CN201796048U

CN201796048U - 风向传感器

Info

Publication number: CN201796048U
Application number: CN2010205229669U
Authority: CN
Inventors: 张胜德
Original assignee: ZHEJIANG BEILIANG WIND POWER ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG BEILIANG WIND POWER ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-09-05
Filing date: 2010-09-05
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2020-09-05

Abstract

一种风向传感器，它包括风向标、壳体、传动轴、加热板电路、风向转换电路、底座、N极/S极标记，风向标装在传动轴上，传动轴外装有短定位套、精密轴承、长定位套、定位螺柱，定位螺柱固定在壳体中，上面的精密轴承两边装有两个孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈固定在壳体中，下面的精密轴承外圆与壳体紧密固定，磁钢通过六角定位帽固定在定位螺柱的末端，磁钢处于风向转换电路上方，风向转换电路固定在底座上。它适应用于海洋、沿海、沙漠、冻雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风的方向。

Description

风向传感器

技术领域

本实用新型涉及一种风向传感器，尤其是指一种适用于海洋、沿海、沙漠、冻雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风方向的风向传感器。

背景技术

中国专利曾公开了一种“风向传感器”(中国，公开号CN25370133，公开日2003年2月19日)，它由拨盘、转轴、码盘、轴承、轴座、线路板、管座、插座、发光管、光电管，还有上夹板、下夹板、螺栓构成，其中上夹板、线路板、下夹板上的安装孔用夹模一次加工而成，由螺栓将它们联接成一体，这种结构能保证码盘上弧槽的中心与管座上下翼插装发光管、光电管的中心一一对应，从而保证了仪器测量的精度。

中国专利曾公开了“一种风向传感器”(中国，公开号CN201311431，公开日2009年9月16日)，包括风向标、传动部件、风向编码器及基座；所述风向编码器包括转动盘及套设在所述转动盘外侧的定位盘，所述转动盘与所述传动部件相连，随传动部件的旋转而转动，所述定位盘固定在所述基座上；所述转动盘外圆周上设置有至少两层磁钢体层，所述磁钢体层上下垂直排列，每层包括有若干个磁钢体；在所述定位盘的内圆周上、与所述磁钢体层相对应的位置处设置有感应元件层，所述感应元件层包括有若干个感应元件，所述感应元件输出端连接有测量电路；每层磁钢体层及与其对应的感应元件层构成风向传感器的编码盘。所述风向传感器基于电磁感应原理，能够降低传感器的加工精度，提高传感器的可靠性。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种风向传感器，当空气流动的方向改变时，它的风向标随之变换响应角度，风向角度变换由安装在传动轴上的磁钢与霍尔元件进行电信号转换，经过单片机进行模数转换和数据处理，可输出为0-20mA/4-20mA电流输出，也可以转换成0-5V/0-10V电压输出。

为达到上述目的，本实用新型采取的解决方案是：一种风向传感器，它包括风向标、壳体、传动轴、加热板电路、风向转换电路、底座、N极/S极标记，风向标装在传动轴上，传动轴外装有短定位套、精密轴承、长定位套、定位螺柱，定位螺柱固定在壳体中，上面的精密轴承两边装有两个孔用弹性挡圈，孔用弹性挡圈固定在壳体中，下面的精密轴承外圆与壳体紧密固定，磁钢通过六角定位帽固定在定位螺柱的末端，磁钢处于风向转换电路上方，风向转换电路固定在底座上。

该风向传感器的测量原理是：当空气流动的方向改变时，风向传感器的风向标随之变换响应角度，风向转换电路固定底座上，风向角度变换采用磁钢与风向转换电路中霍尔元件进行电信号转换，经过风向转换电路中单片机进行模数转换和数据处理，可输出为0-20mA/4-20mA电流输出，也可以转换成0-5V/0-10V电压输出。

安装方法：机舱在吊装前，把风向风速传感器安装到传感器的固定支架上。安装风向传感器时把风向传感器的S极指向机舱头部(桨叶)。N极指向机舱尾部。然后使传感器不能松动。调试：风向传感器调试时，有一人在显示屏前观察曲线和方位角，另一人操作风向传感器，把风向标尾翼指向机头(桨叶)方向。这时风向标尾翼应和S极相重合。如不重合，用手扭动风向传感器壳体，使S极和风向标尾翼相重合，此时显示屏上应该显示为0度左右。两只传感器用同一方法进行调试，调试时两只传感器的曲线应尽量重合。这样可减少测量和计算误差。

安装环境：在选好的安装点上将风向传感器垂直安装在该处，为避免探测产生偏差，如果是风向传感器安装在屋顶时，则应安装在屋顶的中心而不能安装在屋檐以免产生探测偏差。如果风速传感器与风向传感器同时安装在一起时，两传感器之间距离应大于风标最大回转半径和风杯回转半径总和的两倍。

附图说明

图1是风向传感器的结构示意图。

图2是风向传感器电气原理图。

图3是加热板电气原理图。

图中：1、风向标，2、短定位套，3、壳体，4、孔用弹性挡圈，5、长定位套，6、精密轴承，7、紧固螺钉，8、风向转换电路，9、定位螺柱，10、磁钢，11、六角定位帽，12、底座，13、七芯防水电缆，14、七芯航空插头，15、底座螺母，16、开槽锥端紧定螺钉，17、N极/S极标记。18、传动轴，19、加热板，20、配重。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本实用新型再作描述。

本实施例是BLF1-X风向传感器。

参见图1，一种风向传感器，它包括风向标1、壳体3、传动轴18、风向转换电路8、底座12、N极/S极标记17，风向标1装在传动轴18上，传动轴18外套短定位套3、长定位套5、定位螺柱9，定位螺柱9固定在壳体3中，上面的精密轴承6两边装有两个孔用弹性挡圈4，孔用弹性挡圈4固定在壳体中，下面的精密轴承6外圆与壳体3紧密固定，磁钢10通过六角定位帽11固定在定位螺柱9的末端，磁钢10处于风向转换电路8上方，风向转换电路8固定在底座12上。

参见图1，所述的壳体3内有加热板19，加热板19处于磁钢10上方，加热板19通过紧固螺钉7固定在壳体3中。使风向传感器具有自动控温除霜(冻)的功能。

参见图1，所述的风向转换电路8与七芯防水电缆13电连接，七芯防水电缆13插入七芯航空插头14，七芯航空插头14塞在底座12下端。使风向传感器具有防淋雨、防尘、防海水的特点。

参见图1，所述的风向标1后有配重20，配重20通过开槽锥端紧定螺钉16固定在风向标1上。

参见图1和图2，所述的风向转换电路8由电源电路、磁感电路、单片机控制电路和数模转换电路构成，电源电路与数模转换电路连接，磁感电路与单片机控制电路连接，单片机控制电路与数模转换电路连接，电源电路由л型RC滤波器和LR电感滤波器构成，电容C12、电容C11、电容C10、电阻R11、电容C8组成л型RC滤波器，电感L2、电阻R7、电感L1、二极管D2组成LR电感滤波器，磁感电路由磁感霍尔电路即2SA-10G集成电路T1、三极管Q1、电阻R1、电容C1、电容C6构成，当磁钢10在2SA-10G集成电路T1上方转动时，2SA-10G集成电路T1第4脚和第5脚输出对应的风向感应电压，单片机控制电路由PIC16F684单片机T3、电阻R3、电阻R4、电容C4、电容C7、晶体振荡器B1、电容C14、电阻R10、电容C5构成，单片机控制电路将2SA-10G集成电路T1输出的磁感应电压转换成数字信号，数模转换电路由电压转换模块即IC9K集成电路T4、高精度4-20mA输出模块即XTR115U集成电路T2、电阻R7、电阻R8、电阻R5、电阻R6、电阻R14、电阻R13、电容C3、电容C15、电容C13构成，IC9K集成电路T4将输入的5V电压信号转换成2.5V的电压，XTR115U集成电路T2将输入的电压转换成电流量输出。

参见图2，所述的电阻R11、电容C10接KA1端，KA1端接入DC/12-28伏电压正端，所述的电容C12、电容C11、电容C10、电容C8、电感L2接KA2端，KA2端接500Ω负载，500Ω负载另一端接DC/12-28伏电压负端，电感L2另一端接电阻R7，电阻R7另一端接二极D1正极、电容C9接XTR115U集成电路T2第4脚，电阻R11另一端接电容C8、电感L1，电感L1另一端接二极管D2正极，二极管D2负极接场效应管Q2的D端相连，2SA-10G集成电路T1第1脚接PIC16F684单片机T3第10脚。TI的第7脚、第2脚、第3脚接电容C1、电容C6、电阻R1，T1第4脚、第5脚分别接PIC16F684单片机T3第9脚、第8脚，T1第6脚、第8脚接三极管Q1集电极，三极管Q1基极接地、发射极接PIC16F684单片机T3第11脚，PIC16F684单片机T3第1脚接电容C17、电容C4、电容C2、电阻R3、电阻R4、XTR115U集成电路T2第8脚、电阻R1，PIC16F684单片机T3第2脚接晶振B1第3脚、电容C14，T1的第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚、第12脚分别接电阻R10、电阻R3、IC9K集成电路T4第3脚、第1脚、电阻R7、电阻R4，第13脚接电阻R14、电阻R13、电容C13，T3的第14脚接电容C7、电容C4、模拟地，电阻R10另一端接电容C5、晶振B1第2脚，晶振B1第1脚和第4脚为模拟地，IC9K集成电路T4第2脚为模拟地接电容C5，T4第4脚、第6脚分别接电阻R9、电阻R8，第5脚接电容C15、电阻R5、XTR115U集成电路T2第1脚，XTR115U集成电路T2第8脚输出+5伏电压，T2第1脚输出2.5伏电压，第2脚接电阻R8、电阻R7、电阻R5、电阻R6，第3脚接电容C3、模拟地，第4脚接电阻R7、电容C9、二极管D1正极，T2第5脚接电阻R2、场效应管Q2的S端，T2第6脚接场效应管Q2的G端，第7脚接电阻R14、电容C9、二极管D1负极，电阻R6另一端接电阻R9、电容C3，电阻R13、电容C13、电阻R2、电容C15另一端接模拟地。

参见图1和图2，风向转换电路由8四个电路单元组成：电源部分、磁感应部分、单片机控制单元和数模转换单元构成；电源部分：由KA1接点接入DC/12-28伏正直流电压，KA2接点接500Ω负载，500Ω负载另一端接DC/12-28伏电压负端，电容C12、电容C11、电容C10、电阻R11、电容C8组成л型RC滤波器，电感L2、电阻R7、电感L1、二极管D2组成LR电感滤波器；磁感应部分：包括一个高灵敏度的磁感应霍尔电路即2SA-10G集成电路T1、三极管Q1、电阻R1、电容C1、电容C6，当磁钢10在集成电路T1上方转动时，集成电路T1第4脚和第5脚输出对应的风向感应电压；单片机控制单元：包括PIC16F684单片机T3、电阻R3、电阻R4、电容C4、电容C7、晶体振荡器B1、电容C14、电阻R10、电容C5，单片机T3内设有高精度振荡器、上电复位电路、增强型低电流看门狗电路、10位分辨率A/D转换器，该单元完成模数转换、高速度数据处理，把集成电路T1输出的磁感应电压，转换成数字信号，同时对采集的数据进行平滑滤波，使输出信号稳定；数模转换单元：包括电压转换模块即IC9K集成电路T4、高精度4-20mA输出模块即XTR115U集成电路T2、电阻R7、电阻R8、电阻R5、电阻R6、电阻R14、电阻R13、电容C3、电容C15、电容C13，集成电路T4把输入的5V电压信号转换成2.5V的电压，通过电阻R9、电阻R6输入到集成电路T2的第2脚，完成电压与电流之间的转换，该单元完成数字量转换成模拟量输出。

参见图1和图3，所述的加热板19由自动控温电路控制，自动控温电路中：DF02S整流桥D1第1脚接4704电阻R1，4704电阻R1另一端接定位孔，DF02S整流桥D1第2脚接X2点、152K电容C1，152K电容C1另一端接X1点，DF02S整流桥D1第3脚接224K电容C2、1501电阻R3、224K电容C3、T1W三极管Q3发射极、A7三极管Q4集电极、1R20电阻R7、1R20电阻R8，DF02S整流桥D1第4脚接224K电容C2另一端、1501电阻R2、BDW93C场效应管Q1源极，1501电阻R2另一端接BDW93C场效应管Q1栅极、1501电阻R3另一端，BDW93C场效应管Q1漏极接BDW93C场效应管Q2源极、4700电阻R4，4700电阻R4另一端接4700电阻R5，4700电阻R5另一端接BDW93C场效应管Q2栅极、T1W三极管Q3集电极、224K电容C3另一端、1201电阻R6，201电阻R6另一端接1K5热敏电阻Rt、T1W三极管Q3基极、A7三极管Q4发射极，1K5热敏电阻Rt另一端接BDW93C场效应管Q2漏极、1R20电阻R7另一端和1R20电阻R8另一端。

参见图3，X1点和X2点外接AC/DC24V电源。C1起高频滤波作用。D1第3脚输出电压+23.6V(负端)。C2是低频滤波电路。R2和R3组成2∶1的分压电路，给Q1栅极提供正向工作电压，能够使Q1饱和导通，Q1漏极输出23.6V电压。电容C3是交流低频滤波电路。R4和R5给Q2栅极提供直流偏置电压，R7和R8为Q2漏极提供直流通路，Rt、R6、Q3、Q4组成电压反馈环路。当温度升高时，热敏电阻Rt的阻值随之变小，热敏电阻Rt两端电压变小，通过电阻R6使Q2栅极电压减小，使Q2漏极输出电流变小。当温度升高到12℃时，热敏电阻Rt变得很小，使Q2完全处于截止状态。当温度降低时，热敏电阻Rt阻值逐渐增大，Rt两端的电压也逐渐增大，通过电阻R6使Q2栅极电压逐渐升高。Q2漏极输出电压增高，流过电阻R7、R8的电流增大。Q1和Q2、R7和R8，同时流过相同的电流。这四个元件的和，产生最大热功率为20W。

BLF1-X风向传感器是为适应用于海洋、沿海、沙漠、冻雨、高山等气候恶劣条件下准确测量风的方向而进行专业设计的。BLF1-X风向传感器所有的零部件均采用优质材料经先进和特殊工艺精工制造而成，为保证产品的质量和性能，所有用来制造BLF1-X风向传感器的原材料、外购件均经过严格的筛选、测试后才予以选用。BLF1-X风向传感器设计采用防淋雨、防尘、防腐蚀、防海水、防盐雾、防冰冻、耐气候、抗电磁干扰、无摩擦或少摩擦、精密、热隔离设计。

BLF1-X风向传感器的电子电路设计具有抗腐蚀、抗电磁干扰、避雷、耐温度变化、过电流保护、电压极性接反保护、自动控温除霜(冻)、无摩擦光电转换电路等8个特殊功能。

BLF1-X风向传感器的电子电路被牢固可靠的保护在由优质工程塑料和优质铝合金组成的壳体内。所有的工程塑料件都具有极强的耐风沙、耐海水侵蚀的功能，和低温时不脆化、高温时不变形不软化的物理性能。优质铝合金材料制造的壳体充分考虑到传感器工作的恶劣气候条件，在结构上进行充分的防护设计，并且经过专门的防护处理后与工程塑料件组合成坚固可靠的外壳。使得灰尘、盐雾及等有害物质都不能进入到壳体内部。专门的铝合金防护工艺处理，可保证铝合金壳体(包括工程塑料件)不产生任何腐蚀，经过国家级鉴定部门测试，防护等级达IP65。

精密的特种钢传动轴承，无触点(无摩擦)编码电路及转换电路保证了传感器具备良好的灵敏度、精确度、线性度、重复性和宽量程，提高了传感器的寿命。独特的风标设计和独到的风标加工工艺，有效的提高了传感器的刚度和耐受强风能力，传感器的抗风强度可达到70m/s，在国内属首创设计。精细周密的电路设计，使传感器电路具有良好的抗腐蚀性、抗电磁干扰、有过电流保护、防电源极性接反功能。由于电路设计有自动温度控制加热功能，使得传感器有极高的耐气候性，在低温-40℃、高温70℃和冻雨的情况下正常探测数据。

BLF1-X风向传感器具有良好的线性、同一性(互换性)、可靠性、稳定性和宽大的测量范围。综上所述，BLF1-X风向传感器适用于海洋、沿海、沙漠、高山等气候恶劣条件下的气象学、漂浮站、航海、风能、核电、科学考察等领域进行风的全天候探测。

BLF1-X风向传感器型号系列见下表。

BLF1-X风向传感器风向距离常数1.4米，主要技术指标见下表。

起动风速	≤0.5m/s
		测量范围	0°～360°
最大允许误差	±2.5°
		分辨力	2.5°
输出信号形式	0-20mA/4-20mA/0-5V/0-10V

工作电压	DC12V-28V
		工作电流	20mA
抗风强度	70m/s
		加热电压	24VDC/AC(最大20W)
防护等级	IP65
		工作环境温度	-40℃～70℃
测量方式	磁感应扫描
		工作环境湿度	0--100％RH
电流输出(负载)	最大500Ω时(工作电压＞15V)
		电压输出(负载)	最小1KΩ

Claims

1.一种风向传感器，它包括风向标(1)、壳体(3)、传动轴(18)、风向转换电路(8)、底座(12)、N极/S极标记(17)，风向标(1)装在传动轴(18)上，其特征是：传动轴(18)外套短定位套(3)、长定位套(5)、定位螺柱(9)，定位螺柱(9)固定在壳体(3)中，上面的精密轴承(6)两边装有两个孔用弹性挡圈(4)，孔用弹性挡圈(4)固定在壳体中，下面的精密轴承(6)外圆与壳体(3)紧密固定，磁钢(10)通过六角定位帽(11)固定在定位螺柱(9)的末端，磁钢(10)处于风向转换电路(8)上方，风向转换电路(8)固定在底座12上。

2.根据权利要求1所述的风向传感器，其特征是：所述的壳体(3)内有加热板(19)，加热板(19)处于磁钢(10)上方，加热板(19)通过紧固螺钉(7)固定在壳体(3)中。

3.根据权利要求1所述的风向传感器，其特征是：所述的风向转换电路(8)与七芯防水电缆(13)电连接，七芯防水电缆(13)插入七芯航空插头(14)，七芯航空插头(14)塞在底座(12)下端。

4.根据权利要求1所述的风向传感器，其特征是：所述的风向标(1)后有配重(20)，配重(20)通过开槽锥端紧定螺钉(16)固定在风向标(1)上。

5.根据权利要求1所述的风向传感器，其特征是：所述的风向转换电路(8)由电源电路、磁感电路、单片机控制电路和数模转换电路构成，电源电路与数模转换电路连接，磁感电路与单片机控制电路连接，单片机控制电路与数模转换电路连接，电源电路由л型RC滤波器和LR电感滤波器构成，电容C12、电容C11、电容C10、电阻R11、电容C8组成л型RC滤波器，电感L2、电阻R7、电感L1、二极管D2组成LR电感滤波器，磁感电路由磁感霍尔电路即2SA-10G集成电路T1、三极管Q1、电阻R1、电容C1、电容C6构成，当磁钢(10)在2SA-10G集成电路T1上方转动时，2SA-10G集成电路T1第4脚和第5脚输出对应的风向感应电压，单片机控制电路由PIC16F684单片机T3、电阻R3、电阻R4、电容C4、电容C7、晶体振荡器B1、电容C14、电阻R10、电容C5构成，单片机控制电路将由2SA-10G集成电路T1输出的磁感应电压转换成数字信号，数模转换电路由电压转换模块即IC9K集成电路T4、高精度4-20mA输出模块即XTR115U集成电路T2、电阻R7、电阻R8、电阻R5、电阻R6、电阻R14、电阻R13、电容C3、电容C15、电容C13构成，IC9K集成电路T4将输入的5V电压信号转换成2.5V的电压，XTR115U集成电路T2将输入的电压转换成电流量输出。

6.根据权利要求5所述的风向传感器，其特征是：所述的电阻R11、电容C10接KA1端，KA1端接入DC/12-28伏电压正端，所述的电容C12、电容C11、电容C10、电容C8、电感L2接KA2端，KA2端接500Ω负载，500Ω负载另一端接DC/12-28伏电压负端，电感L2另一端接电阻R7，电阻R7另一端接二极D1正极、电容C9、XTR115U集成电路T2第4脚，电阻R11另一端接电容电容C8、电感L1，电感L1另一端接二极管D2正极，二极管D2负极接场效应管Q2的D端，2SA-10G集成电路T1第1脚接PIC16F684单片机T3第10脚，第7脚、第2脚、第3脚接电容C1、电容C6、电阻R1，第4脚、第5脚分别接PIC16F684单片机T3第9脚、第8脚，第6脚、第8脚接三极管Q1集电极，三极管Q1基极接地、发射极接PIC16F684单片机T3第11脚，PIC16F684单片机T3第1脚接电容C17、电容C4、电容C2、电阻R3、电阻R4、XTR115U集成电路T2第8脚、电阻R1，PIC16F684单片机T3第2脚接晶振B1第3脚、电容C14，第3脚、第4脚、第5脚、第6脚、第7脚、第12脚分别接电阻R10、电阻R3、IC9K集成电路T4第3脚、第1脚、电阻R7、电阻R4，第13脚接电阻R14、电阻R13、电容C13，第14脚接电容C7、电容C4、模拟地，电阻R10另一端接电容C5、晶振B1第2脚，晶振B1第1脚和第4脚为模拟地，IC9K集成电路T4第2脚为模拟地接电容C5，第4脚、第6脚分别接电阻R9、电阻R8，第5脚接电容C15、电阻R5、XTR115U集成电路T2第1脚，XTR115U集成电路T2第8脚输出+5伏电压，第1脚输入2.5伏电压，第2脚接电阻R8、电阻R7、电阻R5、电阻R6，第3脚接电容C3、模拟地，第4脚接电阻R7、电容C9、二极管D1正极，第5脚接电阻R2、场效应管Q2的S端，第6脚接场效应管Q2的G端，第7脚接电阻R14、电容C9、二极管D1负极，电阻R6另一端接电阻R9、电容C3，电阻R13、电容C13、电阻R2、电容C15另一端接模拟地。

7.根据权利要求2所述的风向传感器，其特征是：所述的加热板(19)由自动控温电路控制，自动控温电路中：DF02S整流桥D1第1脚接4704电阻R1，4704电阻R1接定位孔，DF02S整流桥D1第2脚接X2点、152K电容C1，152K电容C1另一端接X1点，DF02S整流桥D1第3脚接224K电容C2、1501电阻R3、224K电容C3、T1W三极管Q3发射极、A7三极管Q4集电极、1R20电阻R7、1R20电阻R8，DF02S整流桥D1第4脚接224K电容C2另一端、1501电阻R2、BDW93C场效应管Q1源极，1501电阻R2另一端接BDW93C场效应管Q1栅极、1501电阻R3另一端，BDW93C场效应管Q1漏极接BDW93C场效应管Q2源极、4700电阻R4，4700电阻R4另一端接4700电阻R5，4700电阻R5另一端接BDW93C场效应管Q2栅极、T1W三极管Q3集电极、224K电容C3另一端、1201电阻R6，201电阻R6另一端接1K5热敏电阻Rt、T1W三极管Q3基极、A7三极管Q4发射极，1K5热敏电阻Rt另一端接BDW93C场效应管Q2漏极、1R20电阻R7另一端和1R20电阻R8另一端。