CN211785612U - 风向测量装置及系统 - Google Patents
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Abstract
公开了一种风向测量装置及系统，风向测量装置包括：风向标；风向测量模块，固定在风向标上；其中，风向测量模块包括：第一传感器，用于获取第一风向信息；第二传感器，用于获取风向测量装置相对于参考平面的倾角；第一处理器，分别与第一传感器和第二传感器电连接，用于去除第一风向信息中的干扰信号，得到第二风向信息，以及根据倾角对第二风向信息进行补偿，得到第三风向信息；其中，第一风向信息、第二风向信息以及第三风向信息均包括风向角度。本实用新型采用三轴地磁传感器获取风向信息，以及采用三轴加速度传感器获取倾角，根据倾角对所述风向信息进行补偿，以提高风向量化精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器应用和气象测量技术领域，特别涉及风向测量装置及系统。
背景技术
风向标是一种应用最广泛的风向测量装置，分单翼型、双翼型和流线型等。风向标一般是由尾翼、指向杆、平衡器、旋转主轴和风向角度指示等五部分组成的首尾不对称的平衡装置。其重心在支撑轴的轴心上，整个风向标可以绕垂直轴随外力自由摆动。风向标和气流方向有一定的夹角时，气流对风向标尾翼产生压力F。其压力大小正比于风标几何形状在气流方向垂直面上的投影，风标头部迎风面积小，尾翼迎风面积大，由此压力差在垂直风标方向上的分力f产生风压力矩使风标绕垂直轴旋转，直到风标与气流平行。风向标广泛应用于气象、化工、矿区、农业、油田勘探等行业。
目前生产的风向标的风向指示部分通过电触点盘、环形电位器、自整角机或者光电码盘等输出量化的风向值，其中最常用的是光电码盘。长期使用中电触点盘和环形电位器因为磨损接触不良，造成风向测量错误或者完全失效。自整角机和光电码盘因为结构精密，长期使用更不可靠性。以上几种进行风向指示的器件都需要在安装时进行方向标定，确保初始安装方向正确，或者初始安装方向角度标定正确，最终风向输出需要与标定值做偏移校准。另外，以上几种进行风向指示的器件都需要风向标安装确保垂直，以免减少角度读出结构的磨损。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种风向测量装置及系统，采用高精度传感器进行测量，提高风向量化精度。
根据本实用新型的一方面，提供一种风向测量装置，包括：
风向标；
风向测量模块，固定在所述风向标上；
其中，所述风向测量模块包括：
第一传感器，用于获取第一风向信息；
第二传感器，用于获取所述风向测量装置相对于参考平面的倾角；
第一处理器，分别与所述第一传感器和第二传感器电连接，用于去除第一风向信息中的干扰信号，得到第二风向信息，以及根据所述倾角对所述第二风向信息进行补偿，得到第三风向信息；
其中，所述第一风向信息、所述第二风向信息以及所述第三风向信息均包括风向角度。
优选地，所述风向测量装置还包括旋转轴，所述风向标与所述旋转轴垂直固定连接。
优选地，所述第一传感器为三轴地磁传感器，所述第二传感器为三轴加速度传感器。
优选地，所述第一传感器的Z轴与所述参考平面形成第一垂直角度；所述第二传感器的Z轴与所述参考平面形成第二垂直角度。
优选地，所述第一垂直角度和第二垂直角度均为85度-95度。
优选地，所述第二传感器还用于获取温度信号。
优选地，所述风向测量模块还包括：电源管理单元，用于为所述风向测量装置中的各个单元供电。
优选地，所述风向测量模块还包括：第一无线接口单元，与所述第一处理器连接，用于以无线传输的方式传输第三风向信息。
优选地，所述第一无线接口单元为WiFi单元或蓝牙单元。
优选地，所述第一处理器还用于获取所述风向测量装置的状态信息，所述状态信息包括第一传感器的配置参数、第二传感器的配置参数、电池电压和电量信息、温度信号以及当前工作周期。
优选地，所述参考平面为水平面。
根据本实用新型的另一方面，提供一种风向测量系统，包括上述所述的风向测量装置和监控终端；其中，所述风向测量装置将所述第三风向信息发送至监控终端；所述监控终端接收并显示所述第三风向信息，并且将所述第三风向信息发送至云端服务器。
优选地，所述监控终端包括：第二无线接口单元，用于接收所述风向测量装置发送的第三风向信息；第二处理器，与所述第二无线接口单元连接，用于接收所述第三风向信息；显示单元，与所述第二处理器连接，用于显示第三风向信息；通信单元，与所述第二处理器连接，用于将所述第三风向信息发送至所述云端服务器。
优选地，所述通信单元为GSM单元。
优选地，所述监控终端向所述风向测量装置发送控制命令，其中，所述控制命令包括地磁校准命令。
本实用新型提供的风向测量装置及系统，采用三轴地磁传感器获取风向信息，以及采用三轴加速度传感器获取倾角，根据倾角对所述风向信息进行补偿，以提高风向量化精度。由于不用物理角度读数，适应耐温湿等环境，可靠性程度高，寿命久。
进一步地，不需要对安装位置进行标定，对风向标的安装垂直度要求低，便于安装施工。
进一步地，风向测量装置的风向信息、状态信息和控制命令等均可在云端服务器管理。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出了根据本实用新型实施例提供的风向测量装置的外部结构示意图。
图2示出了根据本实用新型实施例提供的风向测量装置中风向测量模块的结构示意图。
图3示出了根据本实用新型实施例提供的风向测量系统的电路原理图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。
图1示出了根据本实用新型实施例提供的风向测量装置的外部结构示意图。图2示出了根据本实用新型实施例提供的风向测量装置中风向测量模块的结构示意图。如图1和图2所示，所述风向测量装置100包括风向标110、风向测量模块120、旋转轴130和底座140。其中，所述风向测量模块120固定在风向标110上。
其中，所述风向标110与所述旋转轴130垂直固定连接，所述旋转轴130安装在所述底座140上。所述风向标110可以绕旋转轴130水平旋转，也可以绕旋转轴130竖直旋转。
在本实施例中，所述旋转轴130与参考平面(水平面或地面)垂直。
所述风向测量模块120包括第一传感器121、第二传感器122和第一处理器123。其中，第一传感器121用于获取第一风向信息。第二传感器122用于获取所述风向测量装置相对于参考平面的倾角。第一处理器123，分别与所述第一传感器121和第二传感器122电连接，用于去除第一风向信息中的干扰信号，得到第二风向信息，以及根据所述倾角对所述第二风向信息进行补偿，得到第三风向信息。
在本实施例中，第一传感器121为地磁传感器，地磁传感器采用数字三轴地磁传感器，地磁传感器的配置参数为：采样频率为10Hz，量程为±16Gauss，数据位宽为1bit。所述第一传感器的X轴和Y轴形成的平面与水平面平行，其Z轴与所述参考平面形成第一垂直角度。所述第一垂直角度为85度-95度。
第二传感器122为加速度传感器，加速度传感器采用含有温度测量功能的数字三轴加速度传感器，加速度传感器的配置参数：采用频率为10Hz，量程为±2G，数据位宽为12bit。所述第二传感器的X轴和Y轴形成的平面与水平面平行，其Z轴与所述参考平面形成第二垂直角度。所述第二垂直角度为85度-95度。
由于第一传感器121本身因为制造和组装工艺过程导致其原始输出值的零值出现偏差，或者第一传感器121周围的铁钴镍物质或者电流电机导致的磁场导致其原始输出值的零值出现偏差。在测量之前第一处理器123接收外界发送的地磁校准命令，使所述风向测量装置处于地磁校准状态，然后使风向测量装置在风向测量地理位置的10cm空间内水平旋转360度，竖直方向旋转±45度，通过地磁校准获取周围空间的硬磁和软磁干扰原始数据，即干扰信号。第一处理器123去除第一风向信息中的干扰信号得到第二风向信息，并且根据所述倾角对所述第二风向信息进行补偿，得到第三风向信息。所述第一风向信息、所述第二风向信息以及所述第三风向信息均包括风向角度。
具体地，地磁场方向在某一地理位置上永远是固定的且与地球北极方向成固定夹角A，当前风向测量部分的风向标方向随风向转动，通过三轴地磁传感器数据计算得到当前的地磁场方向与风向标方向的夹角B，A+B的值即为风向角度。
所述第一处理器123选择低功耗的处理器，其工作频率为4Hz，包含128K的闪存，该闪存用于保存地磁校准的原始测量数据(干扰信号)，运行功耗1mA以下，待机模式下2uA。
在一个优选地实施例中，所述第二传感器122还用于获取温度信号。
在一个优选地实施例中，所述风向测量模块120还包括电源管理单元124，用于为所述风向测量装置中的各个单元供电。
在本实施例中，电源管理模块124采用70mAh工业级电池和LDO稳压电源，降低系统噪声提高测量精度。风向测量装置的电量消耗到警戒下限时更换电池。
在一个优选地实施例中，所述风向测量模块120还包括第一无线接口单元125，与所述第一处理器123连接，用于以无线传输的方式传输第三风向信息。
在本实施例中，所述第一无线接口单元为WiFi单元或蓝牙单元。WiFi单元的通讯距离可达5Km。也可根据用户需求选用低功耗的蓝牙单元，使得风向测量装置的电池寿命更长。
在一个优选地实施例中，所述第一处理器123还用于获取所述风向测量装置的状态信息，所述状态信息包括第一传感器121的配置参数、第二传感器122的配置参数、电池电压和电量信息、温度信号以及当前工作周期。
在本实施例中，所述风向测量模块120外设置有防护外壳126(图中未示出)，该防护外壳不仅防水保温，而且防雷接地。
本实用新型提供的风向测量装置，采用三轴地磁传感器获取风向信息，以及采用三轴加速度传感器获取倾角，根据倾角对所述风向信息进行补偿，以提高风向量化精度。由于不用物理角度读数，适应耐温湿等环境，可靠性程度高，寿命久。
进一步地，不需要对安装位置进行标定，对风向标的安装垂直度要求低，便于安装施工。
进一步地，风向测量装置的风向信息、状态信息和控制命令等均可在云端服务器管理。
图3示出了根据本实用新型实施例提供的风向测量系统的电路原理图。如图3所示，所述风向测量系统包括风向测量装置100和监控终端200。其中所述风向测量装置100中的风向测量模块120将所述第三风向信息发送至监控终端200；所述监控终端200接收并显示所述第三风向信息，并且将所述第三风向信息发送至云端服务器300。风向测量装置100与上述实施例中的一样，在此不再赘述。
在本实施例中，所述监控终端200可以为智能终端，与风向测量装置100相距一定的距离。可根据第一无线接口单元125的传输距离来放置监控终端200。
所述监控终端200包括第二无线接口单元201、第二处理器202、显示单元203。第二无线接口单元201用于接收所述风向测量装置发送的第三风向信息。第二处理器202，与所述第二无线接口单元201连接，用于接收所述第三风向信息；显示单元203，与所述第二处理器202连接，用于显示第三风向信息；通信单元204，与所述第二处理器202连接，用于将所述第三风向信息发送至所述云端服务器300。
在本实施例中，与第一无线接口单元125一样，所述第二无线接口单元201为WiFi单元或蓝牙单元。WiFi单元的通讯距离可达5Km。
所述通信单元204为全球移动通信系统GSM(即Global System for MobileCommunications)单元。
在一个优选地实施例中，所述监控终端200向所述风向测量装置发送控制命令，其中，所述控制命令包括地磁校准命令。
所述监控终端200可以为智能手机，也可以根据用户需求使用基于PC机的windows环境外接WIFI单元和GSM单元，开发windows软件。监控终端200接收风向测量装置100中风向测量模块120发送的第三风向信息，并显示测量的风向、以及风向测量装置100的状态信息，向风向测量装置100发送控制命令。风向测量装置100的状态信息包括第一传感器121的配置参数、第二传感器122的配置参数、电池电压和电量信息、温度信号、当前工作周期信息。
控制命令包括地磁校准命令、工作周期更改和软件更新等。其中地磁校准在第一次安装时进行一次，后期在维修或更换电池时启动。
第一处理器123每60s-100s启动工作一次，读取第一传感器121的第一风向信息和第二传感器122的倾角，然后根据第一风向信息和所述倾角计算风向，向监控终端200发送第三风向信息并请求进入待机模式，获准之后进入待机状态再启动。根据客户需求选择不同的测量周期，风向测量装置100的平均功耗可维持在2-5uA，支持1-4年的工作寿命。
在一个优选地实施例中，所述监控终端200还包括电源单元205，为监控终端200的各个单元供电。
本实用新型提供的风向测量系统，采用三轴地磁传感器获取风向信息，以及采用三轴加速度传感器获取倾角，根据倾角对所述风向信息进行补偿，以提高风向量化精度。由于不用物理角度读数，适应耐温湿等环境，可靠性程度高，寿命久。
进一步地，不需要对安装位置进行标定，对风向标的安装垂直度要求低，便于安装施工。
进一步地，风向测量装置的风向信息、状态信息和控制命令等均可在云端服务器管理。
依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (15)
1.一种风向测量装置，其特征在于，包括：
风向标；
风向测量模块，固定在所述风向标上；
其中，所述风向测量模块包括：
第一传感器，用于获取第一风向信息；
第二传感器，用于获取所述风向测量装置相对于参考平面的倾角；
第一处理器，分别与所述第一传感器和第二传感器电连接，用于去除第一风向信息中的干扰信号，得到第二风向信息，以及根据所述倾角对所述第二风向信息进行补偿，得到第三风向信息；
其中，所述第一风向信息、所述第二风向信息以及所述第三风向信息均包括风向角度。
2.根据权利要求1所述风向测量装置，其特征在于，还包括旋转轴，所述风向标与所述旋转轴垂直固定连接。
3.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述第一传感器为三轴地磁传感器，所述第二传感器为三轴加速度传感器。
4.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述第一传感器的Z轴与所述参考平面形成第一垂直角度；所述第二传感器的Z轴与所述参考平面形成第二垂直角度。
5.根据权利要求4所述的风向测量装置，其特征在于，所述第一垂直角度和第二垂直角度均为85度-95度。
6.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述第二传感器还用于获取温度信号。
7.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述风向测量模块还包括：
电源管理单元，用于为所述风向测量装置中的各个单元供电。
8.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述风向测量模块还包括：
第一无线接口单元，与所述第一处理器连接，用于以无线传输的方式传输第三风向信息。
9.根据权利要求8所述的风向测量装置，其特征在于，所述第一无线接口单元为WiFi单元或蓝牙单元。
10.根据权利要求1所述的风向测量装置，其特征在于，所述第一处理器还用于获取所述风向测量装置的状态信息，所述状态信息包括第一传感器的配置参数、第二传感器的配置参数、电池电压和电量信息、温度信号以及当前工作周期。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的风向测量装置，其特征在于，所述参考平面为水平面。
12.一种风向测量系统，其特征在于，包括监控终端和如权利要求1-11中任一项所述的风向测量装置；
其中，所述风向测量装置将所述第三风向信息发送至监控终端；
所述监控终端接收并显示所述第三风向信息，并且将所述第三风向信息发送至云端服务器。
13.根据权利要求12所述的风向测量系统，其特征在于，所述监控终端包括：
第二无线接口单元，用于接收所述风向测量装置发送的第三风向信息；
第二处理器，与所述第二无线接口单元连接，用于接收所述第三风向信息；
显示单元，与所述第二处理器连接，用于显示第三风向信息；
通信单元，与所述第二处理器连接，用于将所述第三风向信息发送至所述云端服务器。
14.根据权利要求13所述的风向测量系统，其特征在于，所述通信单元为GSM单元。
15.根据权利要求12所述的风向测量系统，其特征在于，所述监控终端向所述风向测量装置发送控制命令，其中，所述控制命令包括地磁校准命令。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020101588.0U CN211785612U (zh) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | 风向测量装置及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202020101588.0U CN211785612U (zh) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | 风向测量装置及系统 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN211785612U true CN211785612U (zh) | 2020-10-27 |
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| CN202020101588.0U Active CN211785612U (zh) | 2020-01-16 | 2020-01-16 | 风向测量装置及系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN211785612U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112730889A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 深圳市恒辉达电子有限公司 | 一种新型风向测定系统 |
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2020
- 2020-01-16 CN CN202020101588.0U patent/CN211785612U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112730889A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-30 | 深圳市恒辉达电子有限公司 | 一种新型风向测定系统 |
| CN112730889B (zh) * | 2020-12-25 | 2022-10-04 | 深圳市恒辉达电子有限公司 | 一种新型风向测定系统 |
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