CN114371310B - 基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，属于风速测量技术领域，包括底部结构体和顶部结构体，顶部结构体和底部结构体之间连接有连接杆。底部结构体的顶部安装有激光发射单元，底部结构体上设有激光接收单元，激光发射单元向激光接收单元发射激光信号。本发明提供的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，利用激光发射单元向激光接收单元发射激光信号，从而在上部结构体和下部结构体之间形成激光信号，风力转化球通过风力阻挡部分激光信号以判定风向；风动叶片通过风力转动而间歇性地遮挡激光信号以计算风速。本发明提供的装置不会受到磁力、电力或环境的影响，并且能够兼顾风向和风速的测量。

Description

基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置

技术领域

本发明属于风速测量技术领域，更具体地说，是涉及一种基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置。

背景技术

目前用于风速测量的主要方式包括热式、超声式、机械式和压差式等。热式风速传感器是利用风流经发热元件时带走的热量与风速成正比的原理测量风速，但是测量范围受环境影响；超声式风速传感器采用一对对射的超声换能器,利用顺风与逆风两种情况下超声传播的渡越时间差实现对风速的测量，缺点是磁场影响较大，同时受雨，雪，霜，雾等障碍物的影响；差压式风速传感器利用风流经差压结构体时,在结构体阻力件会产生压力差,该压力差的大小与风速有关,通过测试其压力差,就可计算出风速，但是无法同时测量风速大小和风向，测量范围比较局限。

可见在现有技术中，风速测量设备虽然各有特点，但均会在不同程度上受到磁力、电力或环境的影响，要么就难以兼顾风速大小和风向的同时测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，旨在解决现有风速测量设备会在不同程度上受到磁力、电力或环境的影响，难以兼顾风速大小和风向的同时测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，包括底部结构体和顶部结构体，所述底部结构体的顶部安装有激光发射单元，所述底部结构体上设有激光接收单元，所述激光发射单元向所述激光接收单元发射激光信号，所述顶部结构体内设有风力转化球，所述风力转化球通过风力驱动至所述顶部结构体的一侧以遮蔽激光信号，所述底部结构体和所述顶部结构体之间连接有连接杆，所述连接杆上转动设有至少一个风动叶片，所述风动叶片通过风力驱动转动以间歇性地切割激光信号。

在一种可能的实现方式中，所述顶部结构体包括开口端相对设置的上部半球壳体和下部半球壳体，所述下部半球壳体为透光制件，所述激光发射单元安装在所述上部半球壳体上，所述风力转化球活动设于所述上部半球壳体和所述下部半球壳体之间，所述上部半球壳体和所述下部半球壳体之间形成气流间隙，所述气流间隙的宽度小于所述风力转化球的外径。

在一种可能的实现方式中，所述连接杆的上端贯穿所述下部半球壳体并连接在上部半球壳体的内顶面。

在一种可能的实现方式中，所述下部半球壳体的开口端设有用于承托所述风力转化球的承托板，且所述承托板为透光制件，所述连接杆自中部贯穿所述承托板。

在一种可能的实现方式中，所述承托板的上端面开设有围设于所述连接杆的周向的环形槽，所述环形槽具备与所述风力转化球适配的弧形面。

在一种可能的实现方式中，所述连接杆上设有安装套，所述安装套转动设于所述连接杆上，所述风动叶片安装在所述安装套上。

在一种可能的实现方式中，所述风动叶片的数量为多个，且均匀安装在所述安装套的周向。

在一种可能的实现方式中，所述底部结构体为中空的圆盘壳体，所述激光接收单元位于所述圆盘壳体内部，所述连接杆的下端贯穿所述圆盘壳体的上端板并连接在所述圆盘壳体的下端板上，所述上端板为透光制件。

在一种可能的实现方式中，所述上端板包括设于所述激光接收单元上方的转动盘和设于所述转动盘周向的环形板，所述转动盘为透光制件，所述转动盘连接在所述安装套的下端且与所述连接杆转动配合，所述环形板连接在所述圆盘壳体的侧边板的上端，所述转动盘的周向设有向下延伸的第一边板，所述环形板的内沿设有向下延伸的第二边板，所述第一边板的下端连接有向外延伸至所述第二边板下侧的延伸板，所述第一边板、所述第二边板和所述延伸板围设成装配槽，所述装配槽内设有用于配合所述第一边板和所述第二边板相对旋转的深沟球轴承。

本发明提供的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置的有益效果在于：与现有技术相比，利用激光发射单元向激光接收单元发射激光信号，从而在上部结构体和下部结构体之间形成激光信号，风力转化球通过风力阻挡部分激光信号，以判定风向；风动叶片通过风力转动而间歇性地遮挡激光信号，以计算风速。本发明提供的装置不会受到磁力、电力或环境的影响，并且能够兼顾风向和风速的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置的立体图；

图2为本发明实施例提供的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置的主视图；

图3为沿图2中A-A的剖视图；

图4为图3中B处的局部放大图。

附图标记说明：

1、上部半球壳体；2、下部半球壳体；3、激光发射单元；4、激光接收单元；5、风力转化球；6、连接杆；7、风动叶片；8、气流间隙；9、承托板；10、环形槽；11、安装套；12、圆盘壳体；13、转动盘；14、环形板；15、第一边板；16、第二边板；17、延伸板；18、深沟球轴承。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1至图4，现对本发明提供的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置进行说明。基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置包括底部结构体和顶部结构体，顶部结构体和底部结构体之间连接有连接杆6。底部结构体的顶部安装有激光发射单元3，底部结构体上设有激光接收单元4，激光发射单元3向激光接收单元4发射激光信号。

其中，顶部结构体内设有风力转化球5，风力可以驱动风力转化球5移动至顶部结构体的一侧，此时，风力转化球5可以遮蔽部分激光信号，使激光接收单元4通过缺失激光信号的区域，判定风力转化球5的位置，从而得出风向，激光接收单元4的缺失激光信号的区域即为风的去向，反向即为风的来向。

其中，连接杆6上转动设有至少一个风动叶片7，风力可以驱动风动叶片7沿连接杆6的周向旋转，此时，旋转的风动叶片7会间歇性地遮蔽激光信号，通过激光接收单元4得出缺失激光信号的时间差，并结合风动叶片7相对于连接杆6的排布位置，从而计算出风力的大小。

本发明提供的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，与现有技术相比，利用激光发射单元3向激光接收单元4发射激光信号，从而在上部结构体和下部结构体之间形成激光信号，风力转化球5通过风力阻挡部分激光信号，以判定风向；风动叶片7通过风力转动而间歇性地遮挡激光信号，以计算风速。本发明提供的装置不会受到磁力、电力或环境的影响，并且能够兼顾风向和风速的测量。

具体的，风动叶片7和风力转化球5均为非透光制件；激光发射单元3和激光接收单元4可由激光发射接收器的发射端和接收端分体构成，二者直接形成传输激光信号的空间通道，可被非透光材质的风动叶片7和风力转化球5进行阻挡或切割，以实现测量风向和风速的目的。

此外，风动叶片7和风力转化球5均为轻质件，能够尽可能减少因自重而影响风向测量的灵敏度以及风速测量的准确性。

在测算风速时，其原理如下：

当风力驱动风动叶片7转动时，风动叶片7阻隔激光信号，可取未被风力转化球5阻挡的区域为研究对象，通过激光信号传输可得其相邻激光信号被阻隔的时间差Δt，结合其时间差可计算出其转动角速度ω，

进而通过其角速度ω，可以得出风动叶片7的转动速度，风动叶片7距连接杆6的轴向的距离为r，由此可得其风速V，

请参阅图3，顶部结构体包括开口端相对设置的上部半球壳体1和下部半球壳体2，上部半球壳体1内顶面具备安装室，激光发射单元3安装在安装室内，下部半球壳体2为透光制件，可供激光发射单元3发射的激光通过。

其中，上部半球壳体1和下部半球壳体2相对且间隔设置，二者之间形成气流间隙8，风通过该气流间隙8吹入到上部半球壳体1和下部半球壳体2之间，以驱动风力转化球5移动至一侧，通过遮挡激光信号得出风向。

优选的，气流间隙8的宽度小于风力转化球5的外径，能够保证风力转化球5始终位于上部半球壳体1和下部半球壳体2之间，避免脱落。

具体的，连接杆6的上端贯穿下部半球壳体2，并与下部半球壳体2固定连接。同时，连接杆6的上端固定连接在上部半球壳体1的内顶面的安装室上，从而使上部半球壳体1和下部半球壳体2保持相对稳定，同样的，安装室的下端板同样为透光制件。

请参阅图3，承托板9固定在下部半球壳体2的开口端，风力转化球5位于承托板9上，承托板9能够使风力转化球5与上部半球壳体1和下部半球壳体2形成气流间隙8相对，风力通过气流间隙8直接吹动风力转化球5在承托板9上移动至风向的一侧，能够确保风力转化球5更为灵敏。

其中，承托板9为透光制件，确保激光发射单元3发射的激光能够顺利通过。连接杆6自中部贯穿承托板9并与承托板9固定连接；此外，连接杆6和承托板9也可不存在连接关系，而是依靠承托板9与下部半球壳体2的开口端固定连接而保持承托板9的稳定。

优选的，环形槽10开设在承托板9的上端面，环形槽10具备与风力转化球5适配的弧形面，风力转化球5沿环形槽10的弧形面滚动或滑动，使其在受到风力驱动时能够更为稳定的移动。

请参阅图3，风动叶片7安装在安装套11上，安装套11套设在连接杆6上且可连接杆6的周向旋转，从而在风动叶片7在风力驱动下，可沿连接杆6的周向旋转，以切割激光信号。

优选的，风动叶片7的数量为多个，且均匀安装在安装套11的周向。其中，风动叶片7的数量为八个，角度均匀的分布在安装套11的周向。

请参阅图3，底部结构体为中空的圆盘壳体12，激光接收单元4位于圆盘壳体12内部，为了确保激光信号能够被激光接收单元4顺利接受，圆盘壳体12的上端板为透光制件。

其中，连接杆6的下端贯穿圆盘壳体12的上端板，并连接在圆盘壳体12的下端板上。

优选的，请参阅图4，圆盘壳体12的上端板为分体结构，包括外部的环形板14和内部的转动盘13，环形板14与圆盘壳体12的侧边板一体成型，转动盘13固设或一体成型于安装套11的下端，可随安装套11的转动而同步转动。

其中，转动盘13的周向设有向下延伸的第一边板15，环形板14的内沿设有向下延伸的第二边板16，第一边板15的下端连接有向外延伸至第二边板16下侧的延伸板17，第一边板15、第二边板16和延伸板17围设成装配槽，装配槽内设有用于配合第一边板15和第二边板16相对旋转的深沟球轴承18，深沟球轴承18配合第一边板15和第二边板16实现顺畅的相对转动，从而使得转动盘13可相对于环形板14形成转动结构，能够提高安装套11与连接杆6转动的稳定性。此外，在安装套11和转动杆之间还设置有轴承件，配合二者相对转动，减小摩擦力，提高检测风速的准确度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，其特征在于，包括底部结构体和顶部结构体，所述底部结构体的顶部安装有激光发射单元(3)，所述底部结构体上设有激光接收单元(4)，所述激光发射单元(3)向所述激光接收单元(4)发射激光信号，所述顶部结构体内设有风力转化球(5)，所述风力转化球(5)通过风力驱动至所述顶部结构体的一侧以遮蔽激光信号，所述底部结构体和所述顶部结构体之间连接有连接杆(6)，所述连接杆(6)上转动设有至少一个风动叶片(7)，所述风动叶片(7)通过风力驱动转动以间歇性地切割激光信号；所述顶部结构体包括开口端相对设置的上部半球壳体(1)和下部半球壳体(2)，所述下部半球壳体(2)为透光制件，所述激光发射单元(3)安装在所述上部半球壳体(1)上，所述风力转化球(5)活动设于所述上部半球壳体(1)和所述下部半球壳体(2)之间，所述上部半球壳体(1)和所述下部半球壳体(2)之间形成气流间隙(8)，风通过该气流间隙(8)吹入到上部半球壳体(1)和下部半球壳体(2)之间，以驱动风力转化球(5)移动至一侧，通过遮挡激光信号得出风向；

所述气流间隙(8)的宽度小于所述风力转化球(5)的外径；

所述连接杆(6)的上端贯穿所述下部半球壳体(2)并连接在上部半球壳体(1)的内顶面；

所述下部半球壳体(2)的开口端设有用于承托所述风力转化球(5)的承托板(9)，且所述承托板(9)为透光制件，所述连接杆(6)自中部贯穿所述承托板(9)；

所述承托板(9)的上端面开设有围设于所述连接杆(6)的周向的环形槽(10)，所述环形槽(10)具备与所述风力转化球(5)适配的弧形面；

激光发射单元(3)和激光接收单元(4)可由激光发射接收器的发射端和接收端分体构成，二者直接形成传输激光信号的空间通道，可被非透光材质的风动叶片(7)和风力转化球(5)进行阻挡或切割。

2.如权利要求1所述的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，其特征在于，所述连接杆(6)上设有安装套(11)，所述安装套(11)转动设于所述连接杆(6)上，所述风动叶片(7)安装在所述安装套(11)上。

3.如权利要求2所述的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，其特征在于，所述风动叶片(7)的数量为多个，且均匀安装在所述安装套(11)的周向。

4.如权利要求2所述的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，其特征在于，所述底部结构体为中空的圆盘壳体(12)，所述激光接收单元(4)位于所述圆盘壳体(12)内部，所述连接杆(6)的下端贯穿所述圆盘壳体(12)的上端板并连接在所述圆盘壳体(12)的下端板上，所述上端板为透光制件。

5.如权利要求4所述的基于激光信号接受转化的机械式风流体测量装置，其特征在于，所述上端板包括设于所述激光接收单元(4)上方的转动盘(13)和设于所述转动盘(13)周向的环形板(14)，所述转动盘(13)为透光制件，所述转动盘(13)连接在所述安装套(11)的下端且与所述连接杆(6)转动配合，所述环形板(14)连接在所述圆盘壳体(12)的侧边板的上端，所述转动盘(13)的周向设有向下延伸的第一边板(15)，所述环形板(14)的内沿设有向下延伸的第二边板(16)，所述第一边板(15)的下端连接有向外延伸至所述第二边板(16)下侧的延伸板(17)，所述第一边板(15)、所述第二边板(16)和所述延伸板(17)围设成装配槽，所述装配槽内设有用于配合所述第一边板(15)和所述第二边板(16)相对旋转的深沟球轴承(18)。