CN112782784A - 气象传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气象传感装置，属于气象监测领域。该装置包括基座、螺旋式通风防辐射罩、气流加速罩、超声波风传感器和温湿度传感器，温湿度传感器设置于螺旋式通风防辐射罩的内部，超声波风传感器和温湿度传感器均与基座内设置的控制电路通信，以实现风信息和温湿度的采集与控制；螺旋式通风防辐射罩包括多个层叠设置的螺旋环状的防辐射片，相邻防辐射片之间存在间隙，形成螺旋通风道；防辐射片的下边缘向外扩大，形成倾斜面；气流加速罩包括与螺旋通风道相通的水平延伸的气流加速腔，以及分别位于气流加速腔两端的敞口，敞口的截面积朝气流加速腔逐渐减小。该装置集成度高、体积小、重量轻、防辐射强、测量精度高、抗污、防水、防尘、易于维护。

Description

气象传感装置

技术领域

本发明属于气象监测领域，涉及一种气象传感装置。

背景技术

气象传感装置准确可靠的测量信息对公众的生产、生活及社会各个领域具有非常广泛的影响。其中移动式专用气象站是可在发生洪水、飓风、沙尘暴、暴风雪等重大灾害性天气事件时，对城市、地区、道路等现场气象实时监测的气象设备。该设备的时效性与评估的准确性直接影响抗灾指挥以及人民生命安全；同时，在国家重要活动中(包括重大工程、科学试验、大型国际盛会等)可进行现场实时的气象监测和提供气象配套保障能力。

集成式车载气象站是移动式专用气象站的一种，需要具有体积小、重量轻、功耗低、观测要素扩展性强、安装架设速度快、环境适应性强及供电方式多等特点。其中风速风向要素使用较多的是机械式风速风向仪，尽管这种方法简单可靠，但由于其测量部分具有机械活动部件，在长期暴露于室外的工作环境下易磨损，寿命有限，维护成本较高以及检测精度也不高。

此外，用于观测大气温湿度的温湿度传感器会受到太阳辐射和地面反射辐射而导致其测量值高于真实的大气温湿度值。在引起温湿度测量误差的因素中，温湿度传感器器件及配套系统相较于辐射升温引起的测量误差低1～2个量级，所以辐射成为影响温湿度测量误差的主要来源。在实际应用过程中，通常会使用百叶窗或螺旋式通风防辐射罩等设备来降低外部辐射对温湿度传感器测量精度造成的影响。常见百叶箱由多层叶片组成，自然螺旋式通风防辐射罩由多层环片组成，具有伞形的上板以及带有防辐射功能的下板，温湿度传感器放置在百叶箱或自然螺旋式通风防辐射罩内部。然而，传统百叶箱和自然防辐射罩的多层叶片和环片结构存在不利于气流流通、防辐射效果差的问题。因此，出现了带风扇的强制螺旋式通风防辐射罩，虽然可形成速度更高的气流来加强通风效果，但其体积较大，并且大多数野外气象站的太阳能供电系统无法支撑风扇的功率需求。而且，尘土、冰雪、昆虫等环境因素使得大功率风扇在野外的可靠性无法得到长期保障。

针对上述气象传感装置测量所用机械式风速风向仪存在的易磨损、寿命短、难维护和精度低的问题，传统自然防辐射罩气流流通性差、防辐射效果差的问题，以及强制螺旋式通风防辐射罩体积大、功耗大、维护难的问题，需要进一步探索更好的解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种气象传感装置，以解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

气象传感装置，包括基座、螺旋式通风防辐射罩、气流加速罩、超声波风传感器和温湿度传感器，温湿度传感器设置于螺旋式通风防辐射罩的内部，超声波风传感器和温湿度传感器均与基座内设置的控制电路通信，以实现风信息和温湿度的采集与控制；螺旋式通风防辐射罩包括多个层叠设置的螺旋环状的防辐射片，相邻防辐射片之间存在间隙，形成螺旋通风道；防辐射片的下边缘向外扩大，形成倾斜面；气流加速罩包括与螺旋通风道相通的水平延伸的气流加速腔，以及分别位于气流加速腔两端的敞口，敞口的截面积朝气流加速腔逐渐减小。

进一步，基座、螺旋式通风防辐射罩、气流加速罩和超声波风传感器从下至上依次相连，螺旋通风道内气流螺旋向上，温湿度传感器安装在基座上。

进一步，超声波风传感器的供电和通信线缆穿过气流加速罩的穿线槽和螺旋式通风防辐射罩的穿线通道连接至基座的控制电路的相应接线器上。

进一步，温湿度传感器的下端插入基座上的安装孔，通过紧固螺母进行紧固，并通过密封圈进行密封，以防止基座漏水。

进一步，温湿度传感器上设有凸台，凸台卡设在基座上表面，以防止基座积水。

进一步，防辐射片的上边缘的中心腔内嵌设有螺旋环状的导流套，导流套随防辐射片螺旋，共同形成螺旋通风道；导流套面向螺旋通风道的一侧具有螺旋向上导流的导向面。

进一步，基座、气流加速罩、螺旋式通风防辐射罩和超声波风传感器从下至上依次相连，螺旋通风道内气流螺旋向下。

进一步，防辐射片的上边缘的中心腔内嵌设有螺旋环状的导流套，导流套随防辐射片螺旋，共同形成螺旋通风道；导流套面向螺旋通风道的一侧具有螺旋向下导流的导向面，螺旋向下导流的导向面的水平倾角与防辐射片的倾斜面的水平倾角不同。

进一步，气流加速腔通过一个以上的通气筛孔与螺旋通风道相通，并且通气筛孔处安装有过滤网。

进一步，气流加速腔与敞口的连接处平滑过渡。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明公开的气象传感装置，采用螺旋式通风防辐射罩，形成螺旋通风道，在低风速和辐射升温发生时，其内部热空气膨胀密度减小，会随着螺旋通风道螺旋向上流动，带动外部空气不断进入螺旋通风道内，从而增加了进风风量，提高通风性能，改善防辐射效果，降低辐射对温湿度测量带来的不利影响。因此，该螺旋式通风防辐射罩相较于传统自然防辐射罩，通风性能强、防辐射效果好；相较于强制通风防辐射罩，体积小、功耗低、易于维护。

(2)本发明公开的气象传感装置，其螺旋式通风防辐射罩在结构上较为灵活，既可以采用单螺旋结构，也可以通过在防辐射片内部嵌设导流套，形成双螺旋甚至多螺旋结构；并且，导流套的导向面可以设计成螺旋向上导流，也可以设计成螺旋向下导流。

(3)本发明公开的气象传感装置，导流套除了起到导流作用，增加气流流量，加快气流流速，还可以有效抵挡热辐射、灰尘、水滴等对内部温湿度传感器的影响，并提高了温湿度传感器的测量精度。

(4)本发明公开的气象传感装置，螺旋向下导流的导流套与相应防辐射片之间留有间隙，增加了与空气的接触面积，有利于加快换气效率。

(5)本发明公开的气象传感装置，采用超声波风传感器代替传统机械式风速风向仪，检测精度高，耐用可靠，易于维护。

(6)本发明公开的气象传感装置，整体集成度高、体积小、重量轻、可靠性好。采用集成式设计，能够有效搭载多种传感器，实现快速架设、便捷安装。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明实施例1的气象传感装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1的气象传感装置的剖面示意图；

图3为本发明实施例1的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩I的结构示意图；

图4为本发明实施例1的气象传感装置的防辐射片的结构示意图；

图5为本发明实施例1的气象传感装置的气流示意图；

图6为本发明实施例2的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩II的结构示意图；

图7为本发明实施例2的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩II的剖面示意图；

图8为本发明实施例2的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩II的气流示意图；

图9为本发明实施例3的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩III的结构示意图；

图10为本发明实施例3的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩III的剖面示意图；

图11为本发明实施例3的气象传感装置的螺旋式通风防辐射罩III的气流示意图。

附图标记：螺旋式通风防辐射罩I1、防辐射片101、螺旋通风道102、连接孔103、基座4、接线器401、螺钉孔402、超声波风传感器5、气流加速罩6、气流加速腔601、敞口602、通气筛孔603、温湿度传感器7、凸台701、连接杆8；

螺旋式通风防辐射罩II2、A型导流套201、螺旋向上导流的导向面202、A型固定面203；

螺旋式通风防辐射罩的III3、B型导流套301、螺旋向下导流的导向面302、B型固定面303。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图5，为一种气象传感装置，包括从下至上依次相连的基座4、螺旋式通风防辐射罩I1、气流加速罩6和超声波风传感器5，温湿度传感器7设置于螺旋式通风防辐射罩I1的内部，并安装在基座4上，超声波风传感器5和温湿度传感器7均与基座4内设置的控制电路通信，以实现风信息和温湿度的采集与控制。

具体来说，超声波风传感器5是基于超声波谐振测风原理实现风信息采集的部件，代替传统机械式风速风向仪，检测精度高，耐用可靠，易于维护。通过螺钉将超声波风传感器5安装在气流加速罩6的上表面，超声波风传感器5的供电和通信线缆穿过气流加速罩6的穿线槽和螺旋式通风防辐射罩I1的穿线通道连接至基座4的控制电路的相应接线器401上。

螺旋式通风防辐射罩I1包括多个层叠设置的螺旋环状的防辐射片101，相邻防辐射片101之间存在间隙，形成螺旋通风道102，该螺旋通风道102内气流螺旋向上；防辐射片101的下边缘向外扩大，形成倾斜面，以便通风。防辐射片101的倾斜面的水平倾角的范围是40°～60°。防辐射片101上设有绕轴线均布的三个连接孔103，各防辐射片101的连接孔103对齐，通过插装在连接孔103内的连接杆8来分层固定各防辐射片101，连接杆8的下端安装在基座4上。

防辐射片101采用轻质的工程塑料(如PC、ASA)开模加工一体成型，表面喷涂抗紫外辐射涂层，并涂覆疏水涂层。该防辐射片101具有强度高、重量轻、防辐射性能好、杂质附着力小及风阻力小的优点，不但保证了辐射防护，而且增强了空气流通，有利于提升设置其内的温湿度传感器7的测量精度及使用寿命。

气流加速罩6包括与螺旋通风道102相通的水平延伸的气流加速腔601，以及分别位于气流加速腔601两端的敞口602，敞口602的截面积朝气流加速腔601逐渐减小。气流加速腔601对由其中一个敞口602收集的气流进行束流加速，经加速的气流由另一个敞口602排出。气流加速腔601与敞口602的连接处平滑过渡，并对气流加速罩6的内表面采用低粗糙度的表面处理，以降低对流经气流的阻碍。气流加速腔601的下表面设有多个通气筛孔603，通过通气筛孔603与螺旋通风道102相通，并且通气筛孔603处安装有过滤网，对气流中的大颗粒杂质进行过滤，避免落入螺旋通风道102内。

在低风速和辐射升温发生时，螺旋式通风防辐射罩I1内部热空气膨胀密度减小，会随着螺旋通风道102螺旋向上流动，带动外部空气不断进入螺旋通风道102内，从而增加了进风风量，提高通风性能，改善防辐射效果，降低辐射对温湿度测量带来的不利影响。同时，螺旋式通风防辐射罩I1的螺旋通风道102形成的螺旋气流可带走附着在螺旋式通风防辐射罩I1和温湿度传感器7表面上的灰尘和杂质，配合螺旋式通风防辐射罩I1表面的疏水涂层，提高了螺旋式通风防辐射罩I1和温湿度传感器7的抗污能力，降低了维护频率。

在中高风速和辐射升温发生时，气流加速腔601根据其内气体流动模型，对单位时间内由敞口602进入的空气进行截面积压缩及流速加速。根据伯努利方程在空气重力场中流动时的能量守恒原理可知，气流加速腔601内的加速空气使得与螺旋通风道102相通处压强减小，进而使得螺旋通风道102内的空气被抽向该相通处方向，这与螺旋通风道102内向上流动的热空气方向一致，此时热空气被迅速抽离螺旋通风道102，从而增加了从外部向螺旋通风道102的空气补充，加强了螺旋式通风防辐射罩I1的通风效果，减小辐射升温引起的测量误差。

温湿度传感器7的下端插入基座4上的安装孔，通过紧固螺母进行紧固，并通过密封圈进行密封，提高温湿度传感器7与基座4间的密封性，防止基座4上表面出现漏水的情况。温湿度传感器7上设有凸台701，凸台701卡设在基座4上表面，可向外排除雨水等液体，起到防止基座4积水的作用。本实施例中，温湿度传感器7采用数字式，并具有过滤器，过滤器的材质可根据防护等级，在聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚四氟乙烯(PTFE)膜、特氟隆、聚乙烯、筛网、金属丝网、聚丙烯等材料中进行选择。

基座4上设有均布的螺钉孔402，通过螺钉将基座4安装在固定平台(如地面)或者移动平台(如车辆、船舶)上，使气流加速罩6的敞口602对准来风方向或者移动平台运动方向；还可以将基座4安装在控制转台上。

实施例2：

如图6～8所示，实施例2提供的气象传感装置采用螺旋式通风防辐射罩II2，螺旋式通风防辐射罩II2与螺旋式通风防辐射罩I1的区别主要在于，防辐射片101的上边缘的中心腔内嵌设有螺旋环状的A型导流套201，A型导流套201随防辐射片101螺旋，共同形成螺旋通风道102。A型导流套201面向螺旋通风道102的一侧具有螺旋向上导流的导向面202，以及与螺旋向上导流的导向面202垂直相交的螺旋向下的A型固定面203，其中，螺旋向上导流的导向面202的水平倾角为45°～80°，则螺旋向下的A型固定面203的水平倾角为10°～45°。A型固定面203所在端与防辐射片101的顶部贴合，并且A型固定面203上设有与防辐射片101的连接孔103相对应的通孔，以供连接杆8穿过，实现防辐射片101和相应A型导流套201之间的连接及分层固定。A型导流套201采用轻质的工程塑料制成，表面喷涂抗紫外辐射涂层，并涂覆疏水涂层。

防辐射片101和A型导流套201的组合使用，使得垂向方向的气流通道逐渐减小，在低风速情况下的气流进入后得到加速，压强减小，增加了新气流的补充。加速后较快的气流随着A型导流套201的导向面的方向，螺旋向上流动，加快了聚集在A型导流套201的中心腔及安装在其中的温湿度传感器7附近的空气交换，带走了产生和集聚的热空气。

另外，A型导流套201的A型固定面203还可阻挡热辐射、灰尘、水滴对中心腔内设置的温湿度传感器7的侵害，综合提升了防辐射、防尘、防水和通风效率的能力。

实施例3：

如图9～11所示，实施例3提供的气象传感装置采用螺旋式通风防辐射罩III3，该气象传感装置的基座4、气流加速罩6、螺旋式通风防辐射罩III3和超声波风传感器5从下至上依次相连，螺旋通风道102内气流螺旋向下。通气筛孔603设置在气流加速腔601的上表面以与螺旋通风道102相通。螺旋式通风防辐射罩III3与螺旋式通风防辐射罩I1的区别主要在于，防辐射片101的上边缘的中心腔内嵌设有螺旋环状的B型导流套301，B型导流套301随防辐射片101螺旋，共同形成螺旋通风道102。B型导流套301面向螺旋通风道102的一侧具有螺旋向下导流的导向面302，还具有与螺旋向下导流的导向面302相接的B型固定面303，其中，螺旋向下导流的导向面302呈流线型(也可为直线型)，其水平倾角的范围是55°～75°，并且其水平倾角的具体取值与防辐射片101的倾斜面的水平倾角不同。B型固定面303上设有与防辐射片101的连接孔103相对应的通孔，以供连接杆8穿过，实现防辐射片101和相应B型导流套301之间的连接及分层固定。B型导流套301采用轻质的工程塑料制成，表面喷涂抗紫外辐射涂层，并涂覆疏水涂层。B型导流套301与相应防辐射片101之间还设有间隙。

B型导流套301的螺旋向下导流的导向面302与相应防辐射片101的倾斜面之间的水平倾角不同，使得B型导流套301和相应防辐射片101内的气流产生流速差，提高了换气的速度和效率；而B型导流套301和相应防辐射片101之间的间隙可增加与空气的接触面积，进一步加快了换气的效率。

此外，B型导流套301的结构可有效抵挡热辐射、灰尘、水滴等对内部温湿度传感器7的影响，并提高了温湿度传感器7的测量精度。

对于螺旋式通风防辐射罩I1，防辐射片101构成单螺旋结构；对于螺旋式通风防辐射罩II2和螺旋式通风防辐射罩III3，防辐射片101作为外螺旋，A型导流套201/B型导流套301作为相应内螺旋，构成双螺旋结构。在实际应用场合，根据所需螺旋式通风防辐射罩的实际大小，可以在防辐射片101内接连嵌设多个导流套，构成多螺旋结构。

当然，上述实施例中，在满足实际功耗要求的情况下，可以在螺旋式通风防辐射罩的顶部增设直流风扇来进一步提升通风效果。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.气象传感装置，其特征在于：包括基座、螺旋式通风防辐射罩、气流加速罩、超声波风传感器和温湿度传感器，温湿度传感器设置于螺旋式通风防辐射罩的内部，超声波风传感器和温湿度传感器均与基座内设置的控制电路通信，以实现风信息和温湿度的采集与控制；螺旋式通风防辐射罩包括多个层叠设置的螺旋环状的防辐射片，相邻防辐射片之间存在间隙，形成螺旋通风道；防辐射片的下边缘向外扩大，形成倾斜面；气流加速罩包括与螺旋通风道相通的水平延伸的气流加速腔，以及分别位于气流加速腔两端的敞口，敞口的截面积朝气流加速腔逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的气象传感装置，其特征在于：所述基座、螺旋式通风防辐射罩、气流加速罩和超声波风传感器从下至上依次相连，螺旋通风道内气流螺旋向上，温湿度传感器安装在基座上。

3.根据权利要求2所述的气象传感装置，其特征在于：所述超声波风传感器的供电和通信线缆穿过气流加速罩的穿线槽和螺旋式通风防辐射罩的穿线通道连接至基座的控制电路的相应接线器上。

4.根据权利要求2所述的气象传感装置，其特征在于：所述温湿度传感器的下端插入基座上的安装孔，通过紧固螺母进行紧固，并通过密封圈进行密封，以防止基座漏水。

5.根据权利要求4所述的气象传感装置，其特征在于：所述温湿度传感器上设有凸台，凸台卡设在基座上表面，以防止基座积水。

6.根据权利要求2所述的气象传感装置，其特征在于：所述防辐射片的上边缘的中心腔内嵌设有螺旋环状的导流套，导流套随防辐射片螺旋，共同形成螺旋通风道；导流套面向螺旋通风道的一侧具有螺旋向上导流的导向面。

7.根据权利要求1所述的气象传感装置，其特征在于：所述基座、气流加速罩、螺旋式通风防辐射罩和超声波风传感器从下至上依次相连，螺旋通风道内气流螺旋向下。

8.根据权利要求7所述的气象传感装置，其特征在于：所述防辐射片的上边缘的中心腔内嵌设有螺旋环状的导流套，导流套随防辐射片螺旋，共同形成螺旋通风道；导流套面向螺旋通风道的一侧具有螺旋向下导流的导向面，螺旋向下导流的导向面的水平倾角与防辐射片的倾斜面的水平倾角不同。

9.根据权利要求1所述的气象传感装置，其特征在于：所述气流加速腔通过一个以上的通气筛孔与螺旋通风道相通，并且通气筛孔处安装有过滤网。

10.根据权利要求1所述的气象传感装置，其特征在于：所述气流加速腔与敞口的连接处平滑过渡。

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