CN107064549A - 风速风向传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风速风向传感器，它包括信号采集部、数字电源部和底座支撑部，信号采集部用于对环境风速、风向和温度信号进行采集，并将采集到的信号传送给数字电源部；数字电源部用于采集气压信号，数字电源部同时对采集到的气压、环境风速、风向和温度信号进行处理并转化为数字信号；底座支撑部用于支撑所述传感器整机，同时底座支撑部作为所述传感器与外部控制系统进行通信的电气接口。本发明首次采用了由双热膜敏感体构成的测量装置，实现了环境风速与风向信号的同步采集，测量数据更准确、直观；同时可测量气温和气压信号，能够按要求的频次和格式为外接系统提供环境风速、风向、气温、气压等参数。

Description

风速风向传感器

技术领域

本发明属于气象传感器，具体涉及一种风速风向传感器。

背景技术

气象传感器是为弹道修正提供横风风速、气温、气压等环境参数的一种传感器。目前的气象传感器普遍存在以下不足：其一，仅能从环境中采集到横风矢量，无法独立表征风速和风向；其二，信号采集装置中横风风速、气温和气压的测量元件及其驱动电路均组装在同一组件中，各元器件在机械结构上相互交叉干涉，既影响传感器的测量精度，又不利于实现各功能模块的单独维修和更换。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种测量数据直观准确，抗干扰能力强、性能稳定，具备更高维修性和互换性的风速风向传感器。

本发明采用的技术方案：一种风速风向传感器，它包括信号采集部、数字电源部和底座支撑部，信号采集部用于对环境风速、风向和温度信号进行采集，并将采集到的信号传送给数字电源部；数字电源部用于采集气压信号，数字电源部同时对采集到的气压、环境风速、风向和温度信号进行处理并转化为数字信号；底座支撑部用于支撑所述传感器整机，同时底座支撑部作为所述传感器与外部控制系统进行通信的电气接口。

进一步地，所述信号采集部由顶盖、纵风组件、风笼组件、横风组件、外筒和第一电连接器组成；纵风组件倒置安装于风笼组件上方，横风组件设置在风笼组件下方，顶盖通过螺纹与风笼组件上端连接，设置在纵风组件外部，作为其防护外壳；外筒通过螺纹与风笼组件下端连接，设置在横风组件外部，作为其防护外壳；外筒下端有一组均布的径向螺纹孔，使其兼具信号采集部与数字电源部2连接的机械接口功能；第一电连接器与纵风组件和横风组件的数据导线连接，作为信号采集部与数字电源部通信的电气接口；

所述风笼组件由上盘、过线管、隔板、下盘和支柱组成；外径一致的4根过线管与16根支柱相互间隔18°均匀分布在一个中心圆上，过线管和支柱的柱体贯穿隔板，且过线管和支柱的两端分别与上盘和下盘进行铆接，形成一笼状结构，为热膜敏感体的信号采集提供一个相对稳定的“风场”；4根过线管用于穿引纵风组件的数据导线；隔热板与16根支柱中互成90°分布的4根焊接，固定在风笼的中间位置，用于隔离开上下两个热膜敏感体，防止二者之间出现热串扰；

所述纵风组件由纵风座、纵风热敏板、纵风热膜敏感体、纵风温补电阻、纵风垫板、温度传感器、温感座、第一组六角铜柱、纵风板和纵风盖组成；纵风热膜敏感体和纵风温补电阻设置在纵风热敏板上，用于采集纵向的风速和风向信号；纵风热敏板前后安装面设置有纵风垫板，并安装在纵风座的长槽内，以紧定螺钉调整并固定在组件中心位置；用于采集环境气温信号的温度传感器设置在温感座内，温感座以紧定螺钉固定在纵风座的相应圆槽内；纵风座上设置有法兰式分隔结构，可有效消除纵风热膜敏感体对温度传感器的影响；纵风座下部设置有第一组六角铜柱，纵风板以螺钉固定在第一组六角铜柱上，作为纵风热膜敏感体的驱动电路；纵风座下端设置有纵风盖，对电路部分起密封防护作用；

所述横风组件由横风座、横风热敏板、横风热膜敏感体、横风温补电阻、横风垫板、第二组六角铜柱、横风板和横风盖组成；横风热膜敏感体与横风温补电阻设置在横风热敏板上，用于采集横向的风速和风向信号；横风热敏板的左右两侧安装面分别设置有横风垫板，一并安装在横风座的长槽内，以紧定螺钉调整并固定在组件中心位置；横风座的下部设置有第二组六角铜柱，横风板以螺钉固定在第二组六角铜柱上，作为横风热膜敏感体的驱动电路；横风座的下端设置有横风盖，对电路部分起密封防护作用；纵风组件的纵风热膜敏感体与横风组件的横风热膜敏感体的轴线在水平方向相互垂直成90°；

所述数字电源部由连接件、支撑管、电源支架、套筒、气压电源板、数字通信板、气压传感器、电源模块、电源滤波器、管体、三通接头、小导管、通气管、第二电连接器和第三电连接器组成；连接件和支撑管焊接成一体，作为部件的防护外壳和框架；连接件上端设置有一组径向锥口沉孔，使其兼具数字电源部与信号采集部连接的机械接口功能；支撑管下端设置有一组径向螺纹孔，使其兼具数字电源部与底座支撑部连接的机械接口功能；电源支架设置在连接件和支撑管内腔，以一组螺钉固定；第二电连接器设置在电源支架的上端，作为与信号采集部通信的电气接口；电源支架下部两侧分别设置有气压电源板和数字通信板；气压传感器和电源模块设置在气压电源板上，电源模块用于为传感器整机供电；气压传感器的出口设置有管体，该管体依次连接三通接头和小导管，最终与设置在支撑管下部的两个通气管相连，从而实现对环境气压信号的采集；数字通信板与气压电源板通过背面的排插进行连接通信，用于对采集到的风速、风向、气温、气压等模拟信号进行处理并转换为数字信号；电源滤波器设置在电源支架下部，以螺钉固定；套筒设置在电源支架外部，通过螺纹与电源支架连接，对上述电子元器件及其电路起防护作用；第三电连接器与组件的各条数据导线相连，作为数字电源部与底座支撑部通信的电气接口；

所述的底座支撑部由底座、底盘、丝圈、第四电连接器和电缆组成；第四电连接器设置在底座上端，作为与数字电源部通信的电气接口；底座下端与底盘焊接成一体，支撑起传感器整机；底座上端设置有一组径向锥口沉孔，使其兼具底座支撑部与数字电源部连接的机械接口功能；底盘作为传感器与外部结构相连接的机械接口；丝圈设置在底盘下端，用于部件内腔的密封；电缆的引线端穿过丝圈和底盘，在底座内腔与第四电连接器相连，作为传感器与外部控制系统进行通信的电气接口。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1、通过两个正交设置的热膜敏感体采集的信号，矢量合成环境的风速、风向信号，测量结果直观、准确；2、环境风速、风向、气温、气压等测量装置在结构和功能上均实现了相互独立，避免了测量结果的相互影响，有利于对任一功能模块进行单独更换和维修；3、输出的测量结果为数字信号，抗干扰能力更强，性能更稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中信号采集部的结构示意图；

图3是本发明中风笼组件的结构示意图；

图4是本发明中纵风组件的剖面结构示意图；

图5为本发明中纵风组件的侧面结构示意图；

图6是本发明中横风组件的剖面结构示意图；

图7为本发明中横风组件的侧面结构示意图；

图8是本发明中数字电源部的结构示意图；

图9是图8中沿剖面线A-A的剖面示意图；

图10是本发明中底座支撑部的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的风速风向传感器主要包括信号采集部1、数字电源部2和底座支撑部3等三大部分。其中，信号采集部用于对环境风速、风向和温度信号进行采集；数字电源部用于采集气压信号、对采集到的所有模拟信号进行处理并转化为数字信号，以及为传感器供电；底座支撑部分用于支撑起传感器整机，并兼备传感器与外部系统进行连接的机械接口和电气接口的功能。

所述的信号采集部1（图2）由顶盖4、纵风组件5、风笼组件6、横风组件7、外筒8和第一电连接器9组成。纵风组件5倒置安装于风笼组件6上方，横风组件7设置在风笼组件6下方，纵风组件5与横风组件7各自的热膜敏感体的轴线在水平方向相互垂直成90°，分别用于采集纵向（平行于传感器安装方向）和横向（水平垂直于传感器安装方向）的环境风速和风向。顶盖4通过螺纹与风笼组件6上端连接，设置在纵风组件5外部，作为其防护外壳。外筒8通过螺纹与风笼组件6下端连接，设置在横风组件7外部，作为其防护外壳；外筒8下端有一组均布的径向螺纹孔，使其兼具信号采集部1与数字电源部2 连接的机械接口功能。第一电连接器9与纵风组件5和横风组件7的数据导线连接，作为信号采集部1与数字电源部2通信的电气接口。

所述的风笼组件6（图3）包括上盘10、过线管11、隔板12、下盘13和支柱14。外径一致的4根过线管11与16根支柱14相互间隔18°均匀分布在特定的中心圆上，柱体贯穿隔板12，两端分别与上盘10和下盘13进行铆接，形成一个笼状结构，为热膜敏感体的信号采集提供一个相对稳定的“风场”；4根过线管11用于穿引纵风组件5的数据导线。隔热板12与16根支柱14中互成90°分布的4根焊接，固定在风笼的中间位置，用于隔离开上下两个热膜敏感体，防止二者之间出现热串扰。

所述的纵风组件5（图4和图5）包括纵风热敏板15、纵风座16、温度传感器17、温感座18、纵风盖19、纵风热膜敏感体20、纵风温补电阻21、纵风垫板22、第一组六角铜柱23和纵风板24。纵风热膜敏感体20和纵风温补电阻21设置在纵风热敏板15上，用于采集纵向（垂直于纵风热敏板方向）的风速和风向信号；纵风热敏板15前后安装面设置有纵风垫板22，一并安装在纵风座16的长槽内，以紧定螺钉调整并固定在组件中心位置。用于采集环境气温信号的温度传感器17设置在温感座18内，温感座18以紧定螺钉固定在纵风座16的相应圆槽内；纵风座16自带法兰式分隔结构，可有效消除纵风热膜敏感体20对温度传感器17的影响。纵风座16下部设置有第一组六角铜柱23，纵风板24以螺钉固定在第一组六角铜柱23上，作为纵风热膜敏感体20的驱动电路。纵风座16下端设置有纵风盖19，对电路部分起密封防护作用。

所述的横风组件7（图6和图7）包括横风热膜敏感体25、横风温补电阻26、横风热敏板27、横风座28、横风盖29、横风垫板30、第二组六角铜柱31和横风板32。横风热膜敏感体25与横风温补电阻26设置在横风热敏板27上，用于采集横向（垂直于横风热敏板方向）的风速和风向信号；横风热敏板27的左右两侧安装面分别设置有横风垫板30，一并安装在横风座28的长槽内，以紧定螺钉调整并固定在组件中心位置；横风座28的下部设置有第二组六角铜柱31，横风板32以螺钉固定在第二组六角铜柱31上，作为横风热膜敏感体25的驱动电路。横风座28的下端设置有横风盖29，对电路部分起密封防护作用。

所述的数字电源部2（图8和图9）包括连接件33、支撑管34、通气管35、小导管36、第二电连接器37、电源支架38、套筒39、气压传感器40、电源模块41、气压电源板42、数字通信板43、管体44、电源滤波器45、三通接头46和第三电连接器47。连接件33和支撑管34焊接成一体，作为部件的防护外壳和框架；连接件33上端设置有一组径向锥口沉孔，使其兼具数字电源部2与信号采集部1连接的机械接口功能；支撑管34下端设置有一组径向螺纹孔，使其兼具数字电源部2与底座支撑部3连接的机械接口功能。电源支架38设置在连接件33和支撑管34内腔，以一组螺钉固定。第二电连接器46设置在电源支架38的上端，作为与信号采集部1通信的电气接口。电源支架38下部两侧分别设置有气压电源板42和数字通信板43。气压传感器40和电源模块41设置在气压电源板42上，电源模块41用于为传感器整机供电；气压传感器40的出口设置有管体44，所述管体44依次连接三通接头46和小导管36，最终与设置在支撑管下部的两个通气管35相连，从而实现对环境气压信号的采集。数字通信板43与气压电源板42通过背面的排插进行连接通信，用于对采集到的风速、风向、气温、气压等模拟信号进行处理并转换为数字信号。电源滤波器45设置在电源支架38下部，以螺钉固定。套筒39设置在电源支架38外部，通过螺纹与电源支架38连接，对上述电子元器件及其电路起防护作用。第三电连接器47与组件的各条数据导线相连，作为数字电源部2与底座支撑部3通信的电气接口。

所述的底座支撑部3（图10）包括第四电连接器48、底座49、丝圈50、底盘51和电缆52。第四电连接器48设置在底座49上端，作为与数字电源部2通信的电气接口。底座49下端与底盘51焊接成一体，支撑起传感器整机；底座49上端设置有一组径向锥口沉孔，使其兼具底座支撑部3与数字电源部2连接的机械接口功能；底盘51作为传感器与外部结构相连接的机械接口。丝圈50设置在底盘51下端，用于部件内腔的密封。电缆52的引线端穿过丝圈50和底盘51，在底座49内腔与第四电连接器48相连，作为传感器与外部控制系统进行通信的电气接口。

Claims (2)

1.风速风向传感器，它包括信号采集部、数字电源部和底座支撑部，其特征在于，信号采集部用于对环境风速、风向和温度信号进行采集，并将采集到的信号传送给数字电源部；数字电源部用于采集气压信号，数字电源部同时对采集到的气压、环境风速、风向和温度信号进行处理并转化为数字信号；底座支撑部用于支撑所述传感器整机，同时底座支撑部作为所述传感器与外部控制系统进行通信的电气接口。

2.根据权利要求1所述的风速风向传感器，其特征在于，所述信号采集部由顶盖、纵风组件、风笼组件、横风组件、外筒和第一电连接器组成；纵风组件倒置安装于风笼组件上方，横风组件设置在风笼组件下方，顶盖通过螺纹与风笼组件上端连接，设置在纵风组件外部，作为其防护外壳；外筒通过螺纹与风笼组件下端连接，设置在横风组件外部，作为其防护外壳；外筒下端有一组均布的径向螺纹孔，使其兼具信号采集部与数字电源部连接的机械接口功能；第一电连接器与纵风组件和横风组件的数据导线连接，作为信号采集部与数字电源部通信的电气接口；

所述风笼组件由上盘、过线管、隔板、下盘和支柱组成；外径一致的4根过线管与16根支柱相互间隔18°均匀分布在一个中心圆上，过线管和支柱的柱体贯穿隔板，且过线管和支柱的两端分别与上盘和下盘进行铆接，形成一笼状结构，为热膜敏感体的信号采集提供一个相对稳定的“风场”；4根过线管用于穿引纵风组件的数据导线；隔热板与16根支柱中互成90°分布的4根焊接，固定在风笼的中间位置，用于隔离开上下两个热膜敏感体，防止二者之间出现热串扰；

所述纵风组件由纵风座、纵风热敏板、纵风热膜敏感体、纵风温补电阻、纵风垫板、温度传感器、温感座、第一组六角铜柱、纵风板和纵风盖组成；纵风热膜敏感体和纵风温补电阻设置在纵风热敏板上，用于采集纵向的风速和风向信号；纵风热敏板前后安装面设置有纵风垫板，并安装在纵风座的长槽内，以紧定螺钉调整并固定在组件中心位置；用于采集环境气温信号的温度传感器设置在温感座内，温感座以紧定螺钉固定在纵风座的相应圆槽内；纵风座上设置有法兰式分隔结构，可有效消除纵风热膜敏感体对温度传感器的影响；纵风座下部设置有第一组六角铜柱，纵风板以螺钉固定在第一组六角铜柱上，作为纵风热膜敏感体的驱动电路；纵风座下端设置有纵风盖，对电路部分起密封防护作用；

所述横风组件由横风座、横风热敏板、横风热膜敏感体、横风温补电阻、横风垫板、第二组六角铜柱、横风板和横风盖组成；横风热膜敏感体与横风温补电阻设置在横风热敏板上，用于采集横向的风速和风向信号；横风热敏板的左右两侧安装面分别设置有横风垫板，一并安装在横风座的长槽内，以紧定螺钉调整并固定在组件中心位置；横风座的下部设置有第二组六角铜柱，横风板以螺钉固定在第二组六角铜柱上，作为横风热膜敏感体的驱动电路；横风座的下端设置有横风盖，对电路部分起密封防护作用；纵风组件的纵风热膜敏感体与横风组件的横风热膜敏感体的轴线在水平方向相互垂直成90°；

所述数字电源部由连接件、支撑管、电源支架、套筒、气压电源板、数字通信板、气压传感器、电源模块、电源滤波器、管体、三通接头、小导管、通气管、第二电连接器和第三电连接器组成；连接件和支撑管焊接成一体，作为部件的防护外壳和框架；连接件上端设置有一组径向锥口沉孔，使其兼具数字电源部与信号采集部连接的机械接口功能；支撑管下端设置有一组径向螺纹孔，使其兼具数字电源部与底座支撑部连接的机械接口功能；电源支架设置在连接件和支撑管内腔，以一组螺钉固定；第二电连接器设置在电源支架的上端，作为与信号采集部通信的电气接口；电源支架下部两侧分别设置有气压电源板和数字通信板；气压传感器和电源模块设置在气压电源板上，电源模块用于为传感器整机供电；气压传感器的出口设置有管体，该管体依次连接三通接头和小导管，最终与设置在支撑管下部的两个通气管相连，从而实现对环境气压信号的采集；数字通信板与气压电源板通过背面的排插进行连接通信，用于对采集到的风速、风向、气温、气压等模拟信号进行处理并转换为数字信号；电源滤波器设置在电源支架下部，以螺钉固定；套筒设置在电源支架外部，通过螺纹与电源支架连接，对上述电子元器件及其电路起防护作用；第三电连接器与组件的各条数据导线相连，作为数字电源部与底座支撑部通信的电气接口；

所述的底座支撑部由底座、底盘、丝圈、第四电连接器和电缆组成；第四电连接器设置在底座上端，作为与数字电源部通信的电气接口；底座下端与底盘焊接成一体，支撑起传感器整机；底座上端设置有一组径向锥口沉孔，使其兼具底座支撑部与数字电源部连接的机械接口功能；底盘作为传感器与外部结构相连接的机械接口；丝圈设置在底盘下端，用于部件内腔的密封；电缆的引线端穿过丝圈和底盘，在底座内腔与第四电连接器相连，作为传感器与外部控制系统进行通信的电气接口。