CN214097523U - 风速风向测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及仪器仪表技术领域，具体涉及一种风速风向测量装置，其包括悬垂物、支撑板、承重板和悬臂称重机构，所述悬垂物悬吊于所述承重板下方；所述悬臂称重机构为至少三个，所述至少三个悬臂称重机构均匀布置于所述承重板的周侧，所述悬臂称重机构安装于所述承重板与所述支撑板之间。本实用新型实施例的有益效果为：可测量常规条件下的二维风速风向及特定条件下的三维风速风向。传感器内部没有任何可以转动、活动或发生明显弹性形变的结构，测量稳定，受温度影响较小，使用寿命较长，抗风等级较高，抗干扰及振动的能力较强。更适合野外恶劣环境，抗沙尘、雨雪及冰冻侵害的能力强，长时间使用衰减小，出厂后无需再次标定，安装简单。

Description

风速风向测量装置

技术领域

本实用新型涉及仪器仪表技术领域，具体涉及一种风速风向测量装置。

背景技术

现有技术中，较多的有风杯式风速与风标式风向组成一体传感器，使用超声波测量原理的风速风向一体传感器，使用温差测量风速风向的一体传感器，以及部分采用应变力来测量风速风向的传感器。

风杯与风标式的传感器的测量几乎不受空气温湿度的影响，但因为需要机械转动，所以容易受摩擦力、及外界不良环境的干扰，轴承的寿命也有限，所能承受的最大风力也有限，冰冻时可能无法测量。

超声波形式的传感器多采用顶部盖板并向上安装，其测量寿命较长，数据灵敏度较高，但如果风速不是水平方向，由于空气的涡流及通道的狭窄，可能会导致误差增大的情况，空气温湿度对测量也有一定影响，需要针对性校正，而且超声波探头在冰冻与降雨时可能会出现测量误差增大或无法测量。

温差式风速风向一般应用在室内或管道等测量场合，其体积可以做到很小，无机械结构的缺点，但一般不适合野外使用，且测量需要根据介质不同而调节参数。

应变测力形式的传感器存在多种结构，比如扭力式、弹簧式、转轴式等，这些测量形式基本都具备无转动结构、寿命长的特点，但存在较多弹性结构的系统，在野外使用时都会因为气流不稳定而发生涡振，特别是高风速条件下的剧烈涡振可能会给传感器带来破坏性的影响。而地面传导的各种震动也会因为弹性结构的存在而被放大，从而降低了系统的抗干扰能力与测量精确度。另外，如果这些结构的感风装置向上安装、暴露或传动结构过于复杂，都难以在野外环境中使用，水汽、冰冻或沙尘都会造成其测量误差增大或无法测量。

因此，需要一种风速风向测量装置，以克服上述问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，即为了解决的问题，本实用新型实施例提供了一种风速风向测量装置，其特征在于，包括悬垂物、支撑板、承重板和悬臂称重机构，其中：

所述悬垂物悬吊于所述承重板下方；

所述悬臂称重机构为至少三个，所述至少三个悬臂称重机构均匀布置于所述承重板的周侧，所述悬臂称重机构安装于所述承重板与所述支撑板之间。

进一步的，所述悬臂称重机构为三个。

进一步的，所述悬垂物为球状。

进一步的，还包括防护罩，所述防护罩从上方和外侧将所述支撑板、承重板和所述悬臂称重机构的称重传感器罩设在内。

进一步的，还包括固定于所述防护罩的电路安装板，所述电路安装板位于所述承重板的上方，所述电路安装板上安装有控制器，所述悬臂称重机构的信号输出端与所述控制器的信号输入端信号连接。

进一步的，所述防护罩包括顶板和环状的挡圈，所述顶板固定于所述挡圈的上端。

进一步的，所述悬臂称重机构包括悬臂式称重传感器、第一连接件和第二连接件，其中：

所述臂式称重传感器的近端通过所述第一连接件固定于所述承重板，所述臂式称重传感器的远端通过所述第二连接件固定于所述支撑板。

进一步的，所述第二连接件包括连接螺栓、连接螺母、第一垫片和第二垫片，其中：

所述连接螺栓自上而下依次穿过所述顶板、所述臂式称重传感器的远端和所述支撑板后由所述连接螺母锁紧；

所述第一垫片套装在所述连接螺栓外，竖直方向上所述第一垫片位于所述顶板与所述臂式称重传感器的远端之间，并且所述第一垫片的高度等于所述臂式称重传感器的近端到所述承重板之间的高度；

所述第二垫片套装在所述连接螺栓外，竖直方向上所述第二垫片位于所述支撑板与所述臂式称重传感器的远端之间，并且所述第二垫片的厚度等于所述支撑板到所述臂式称重传感器的近端的高度。

进一步的，还包括连接杆，所述连接杆的下端与所述悬垂物连接，所述连接杆的上端穿过设置于所述支撑板的通孔后固定于所述承重板，所述通孔与所述连接杆保持摆动间隙。

本实用新型实施例的有益效果为：

可测量常规条件下的二维风速风向及特定条件下的三维风速风向。传感器内部没有任何可以转动、活动或发生明显弹性形变的结构，测量稳定，受温度影响较小，使用寿命较长，抗风等级较高，抗干扰及振动的能力较强。系统采用成熟的测重方案，组件成本较低，加工容易，性价比较高，接近传统机械式风速风向，明显低于超声波及同类测力形式的传感器。另外，此传感器更适合野外恶劣条件下使用，抗沙尘、雨雪及冰冻侵害的能力强，长时间使用衰减小，出厂后无需再次标定，安装简单，部署灵活。

针对机械转动式风速风向及其他形式传感器在野外环境中存在的缺点，本传感器使用测力原理并采用特定结构，用较低成本来克服野外测量的诸多难题，实现对野外复杂环境中风速风向的一体化测量。

为下垂形式，主体结构在上方并配有防护罩，可防止雨雪对主要结构的附着，并避免冰冻对测力结构的影响，防止测量失效。

内部无转轴或弹簧等活动结构，可有效减少外界震动及气流涡振带来的影响，提高测量准确度。本传感器配合有自动标定功能，在无风时可实现自动调零，可纠正因重力因素导致的传感器整体数据偏移，即便发生冻雨等自然灾害，也会及时调整零点而不至于在测量时出现严重偏差或测量无效。

附图说明

图1为风速风向测量装置一实施例的立体结构示意图；

图2为图1中拆除挡圈后的立体结构示意图；

图3为风速风向测量装置拆除挡圈后的爆炸视图；

图4为悬垂物、承重板、支撑板和悬臂称重机构装配状态下的立体结构示意图。

图中：

100、悬垂物；

200、连接杆；

300、支撑板；310、通孔；

400、承重板；

500、悬臂称重机构；510、悬臂式称重传感器；520、连接螺栓；530、第二连接件；531、第一垫片；532、第二垫片；533、连接螺母；

600、防护罩；610、顶板；620、挡圈；

700、电路安装板。

具体实施方式

下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

参见图1至图4，本实用新型实施例公开了一种风速风向测量装置，其包括悬垂物100、支撑板300、承重板400和悬臂称重机构500，其中：

所述悬垂物悬吊于所述承重板下方；

所述悬臂称重机构为至少三个，所述至少三个悬臂称重机构均匀布置于所述承重板的周侧，所述悬臂称重机构安装于所述承重板与所述支撑板之间。

一、应用于固定气象监测站或环境监测站，传感器固定于监测支架或风杆上，通过数据采集记录设备采集风速风向信息并进行长期观测记录。

二、应用于隧道或管道监测，传感器固定于侧壁，直接通过网络或移动无线网络组件上传至远程服务器，或通过记录仪设备长期观测记录。

优选的，所述悬臂称重机构为三个。

优选的，所述悬垂物为球状。

进一步的，还包括防护罩600，所述防护罩从上方和外侧将所述支撑板、承重板和所述悬臂称重机构的称重传感器罩设在内。

进一步的，还包括固定于所述防护罩的电路安装板700，所述电路安装板位于所述承重板的上方，所述电路安装板上安装有控制器，所述悬臂称重机构的信号输出端与所述控制器的信号输入端信号连接。

进一步的，所述防护罩包括顶板610和环状的挡圈620，所述顶板固定于所述挡圈的上端。

进一步的，所述悬臂称重机构包括悬臂式称重传感器510、第一连接件530和第二连接件540，其中：

所述臂式称重传感器的近端通过所述第一连接件(如螺栓)固定于所述承重板，所述臂式称重传感器的远端通过所述第二连接件固定于所述支撑板。

另外，第二连接件的一种具体结构包括连接螺栓520、连接螺母533、第一垫片531和第二垫片532，其中：

所述连接螺栓自上而下依次穿过所述顶板、所述臂式称重传感器的远端和所述支撑板后由所述连接螺母锁紧；

所述第一垫片套装在所述连接螺栓外，竖直方向上所述第一垫片位于所述顶板与所述臂式称重传感器的远端之间，并且所述第一垫片的高度等于所述臂式称重传感器的近端到所述承重板之间的高度；

所述第二垫片套装在所述连接螺栓外，竖直方向上所述第二垫片位于所述支撑板与所述臂式称重传感器的远端之间，并且所述第二垫片的厚度等于所述支撑板到所述臂式称重传感器的近端的高度。

通过第一垫片、第二垫片的上述设置保证悬垂物自然悬垂状态下各悬臂式称重传感器受力一致。

进一步的，还包括连接杆200，所述连接杆的下端与所述悬垂物连接，所述连接杆的上端穿过设置于所述支撑板的通孔后固定于所述承重板，所述通孔与所述连接杆保持摆动间隙310。基于悬臂梁称重测力原理，内置控制器与记录处理程序，通过分析垂球所受风力及杠杆作用对称重传感器所测重力的影响来实现风速风向一体化测量的数字式新型传感器。其主要特点如下：

一、采用三辐式悬臂梁称重传感器，三个侧重传感器均匀分布，从三个方向感知风力变化，从而计算风力大小与风向。

二、称重传感器安装在上下两个对等的圆盘(即上述的承重板和支撑板可做成圆盘状)中间，通过螺栓单端固定，固定端在圆盘外侧。三个称重传感器另一端由一个小圆盘(即上述的)固定连接，小圆盘中心有一个金属杆向外、向下伸出，金属杆末端配有一个铝合金悬垂物。当垂球受风力影响后，风力通过杠杆作用传递至三个称重传感器上，带来大于或小于静态时悬垂物的重力的重力变化。

三、承重板位于上方，称重传感器通过悬臂布置于周侧，悬垂物悬吊于中部，形成T型的上下结构，外面套有一个环形外壳，即防护罩，防护罩的下边缘尺寸长于承重板和支撑板的总高度，形成防雨沿，可使主体测量结构避免垂直或斜向的雨雪冲击，以及雨雪的附着。同时还能防止空气中的异物进入，进一步保证工作可靠性。

四、悬垂物采用表面处理后的铝合金材质，直径约50mm，可避免长期户外使用时的腐蚀影响，并给测量系统提供配重。悬垂物为螺孔式可拆卸设计，保证运输安全。连接杆采用硬度较高的不锈钢材质，有效长度约100mm，尽量避免因长度过长及钢性不足而导致的明显弹性形变，从而减轻风速较大时出现的涡街振动或地面传导的各种震动的影响。

五、控制器采用自动标定技术，根据三个称重传感器的整体单向偏移及非对称性数据偏移，自动调整传感器零点，实现对初次安装及长时间使用后系统衰变与偏移的自适应纠正。

六、采用对一定时间段内的多点采样、数据存储、极值剔除、均值处理等相关算法，实现对电子测量波动、设备震动及雨滴冲击造成的干扰过滤，平滑测量数据。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风速风向测量装置，其特征在于，包括悬垂物、支撑板、承重板和悬臂称重机构，其中：

所述悬垂物悬吊于所述承重板下方；

所述悬臂称重机构为至少三个，所述至少三个悬臂称重机构均匀布置于所述承重板的周侧，所述悬臂称重机构安装于所述承重板与所述支撑板之间。

2.根据权利要求1所述的风速风向测量装置，其特征在于，所述悬臂称重机构为三个。

3.根据权利要求2所述的风速风向测量装置，其特征在于，所述悬垂物为球状。

4.根据权利要求1所述的风速风向测量装置，其特征在于，还包括防护罩，所述防护罩从上方和外侧将所述支撑板、承重板和所述悬臂称重机构的称重传感器罩设在内。

5.根据权利要求4所述的风速风向测量装置，其特征在于，还包括固定于所述防护罩的电路安装板，所述电路安装板位于所述承重板的上方，所述电路安装板上安装有控制器，所述悬臂称重机构的信号输出端与所述控制器的信号输入端信号连接。

6.根据权利要求5所述的风速风向测量装置，其特征在于，所述防护罩包括顶板和环状的挡圈，所述顶板固定于所述挡圈的上端。

7.根据权利要求6所述的风速风向测量装置，其特征在于，所述悬臂称重机构包括悬臂式称重传感器、第一连接件和第二连接件，其中：

所述臂式称重传感器的近端通过所述第一连接件固定于所述承重板，所述臂式称重传感器的远端通过所述第二连接件固定于所述支撑板。

8.根据权利要求7所述的风速风向测量装置，其特征在于，所述第二连接件包括连接螺栓、连接螺母、第一垫片和第二垫片，其中：

所述连接螺栓自上而下依次穿过所述顶板、所述臂式称重传感器的远端和所述支撑板后由所述连接螺母锁紧；

所述第一垫片套装在所述连接螺栓外，竖直方向上所述第一垫片位于所述顶板与所述臂式称重传感器的远端之间，并且所述第一垫片的高度等于所述臂式称重传感器的近端到所述承重板之间的高度；

所述第二垫片套装在所述连接螺栓外，竖直方向上所述第二垫片位于所述支撑板与所述臂式称重传感器的远端之间，并且所述第二垫片的厚度等于所述支撑板到所述臂式称重传感器的近端的高度。

9.根据权利要求8所述的风速风向测量装置，其特征在于，还包括连接杆，所述连接杆的下端与所述悬垂物连接，所述连接杆的上端穿过设置于所述支撑板的通孔后固定于所述承重板，所述通孔与所述连接杆保持摆动间隙。

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