專利名稱：組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于野外環(huán)境、室內(nèi)及動力系統(tǒng)中測試的三維風(fēng)速風(fēng)向測試裝置， 特別涉及三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器。
背景技術(shù)：
風(fēng)是重要的氣象要素，一般意義講環(huán)境風(fēng)是指空氣水平運動的矢量。常規(guī)的風(fēng)速、 風(fēng)向測試儀器主要應(yīng)用于平面風(fēng)的測試，而在特殊環(huán)境監(jiān)測和動力工程應(yīng)用中，往往需求 測取三維風(fēng)速和風(fēng)向。目前國內(nèi)外雖有能在野外環(huán)境測量三維風(fēng)速風(fēng)向的感應(yīng)器，但設(shè)備 造價昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，測試精度容易受環(huán)境的影響；
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供的組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的設(shè)備 造價昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，測試精度容易受環(huán)境的影響的技術(shù)問題。本發(fā)明是通過以下方案解決以上問題的組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器，包括支架和在支架上分別設(shè)置的U軸一維 風(fēng)速感應(yīng)器座體、V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體和W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體，u軸一維風(fēng)速感應(yīng) 器座體和V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體在同一水平面上且相互垂直設(shè)置，W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器 座體與U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體和V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體構(gòu)成的水平面垂直設(shè)置，這三 個一維風(fēng)速感應(yīng)器座體結(jié)構(gòu)相同，在u軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體上設(shè)置有第一一維風(fēng)速感應(yīng) 器，在V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體上設(shè)置有第二一維風(fēng)速感應(yīng)器，在W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體 上設(shè)置有第三一維風(fēng)速感應(yīng)器，所述的結(jié)構(gòu)相同的一維風(fēng)速感應(yīng)器由碼盤軸承套體、主軸 套、轉(zhuǎn)動軸、葉片輻條和葉片組成，轉(zhuǎn)動軸的頂端設(shè)置有安裝風(fēng)車葉片的葉片輻條，葉片輻 條以轉(zhuǎn)動軸為圓心在與轉(zhuǎn)動軸垂直的平面內(nèi)均勻輻射設(shè)置，在每根葉片輻條上固定設(shè)置有 葉片，每片葉片沿同一圓周方向分別與葉片輻條構(gòu)成的平面成45度角，轉(zhuǎn)動軸的底端設(shè)置 有碼盤，該碼盤設(shè)置在碼盤軸承套體中，主軸套設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸中部并與碼盤軸承套體固定 連接在一起，碼盤軸承套體與一維風(fēng)速感應(yīng)器座體活動連接；設(shè)置在碼盤軸承套體中的碼 盤由轉(zhuǎn)盤和半環(huán)形碼盤罩組成，轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)動軸的底端固定連接，半環(huán)形碼盤罩固定設(shè)置在 碼盤軸承套體的內(nèi)側(cè)壁上，在轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有通孔，在通孔轉(zhuǎn)動通過的半環(huán)形碼盤罩的上下 罩體上對應(yīng)設(shè)置有兩對光敏發(fā)射接收管，即第一光敏發(fā)射管，第一光敏接收管和第二光敏 發(fā)射管，第二光敏接收管，這兩對光敏發(fā)射接收管均分別與信號采集機電連接在一起，信號 采集機中設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換器和CPU。所述的CPU為單片機，且該單片機通過接口電路與PC機電連接在一起，在支架上 設(shè)置有溫度傳感器，該溫度傳感器與信號采集機電連接在一起。所述的信號采集機連有多個在三維方向上設(shè)置了一維風(fēng)速感應(yīng)器的架體。本發(fā)明應(yīng)用范圍廣，工作性能可靠，性價比高，特別適用于對野外環(huán)境、室內(nèi)及動 力系統(tǒng)中的三維風(fēng)速風(fēng)向進行測試。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是本發(fā)明的一維風(fēng)速感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是本發(fā)明的碼盤的結(jié)構(gòu)示意圖圖4是風(fēng)矢量M在三維坐標(biāo)下的合成與分解圖
具體實施方式
組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器，包括支架1和在支架1上分別設(shè)置的U軸 一維風(fēng)速感應(yīng)器座體3、V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體5和W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體7，U軸一維 風(fēng)速感應(yīng)器座體3和V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體5在同一水平面上且相互垂直設(shè)置，W軸一 維風(fēng)速感應(yīng)器座體7與U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體3和V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體5構(gòu)成的水 平面垂直設(shè)置，這三個一維風(fēng)速感應(yīng)器座體結(jié)構(gòu)相同，在U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體3上設(shè)置 有第一一維風(fēng)速感應(yīng)器4，在V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體5上設(shè)置有第二一維風(fēng)速感應(yīng)器6， 在W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體7上設(shè)置有第三一維風(fēng)速感應(yīng)器8，所述的結(jié)構(gòu)相同的一維風(fēng) 速感應(yīng)器由碼盤軸承套體12、主軸套14、轉(zhuǎn)動軸15、葉片輻條16和葉片17組成，轉(zhuǎn)動軸15 的頂端設(shè)置有安裝風(fēng)車葉片的葉片輻條16，葉片輻條16以轉(zhuǎn)動軸15為圓心在與轉(zhuǎn)動軸15 垂直的平面內(nèi)均勻輻射設(shè)置，在每根葉片輻條16上固定設(shè)置有葉片17，每片葉片17沿同 一圓周方向分別與葉片輻條16構(gòu)成的平面成45度角，轉(zhuǎn)動軸15的底端設(shè)置有碼盤13，該 碼盤13設(shè)置在碼盤軸承套體12中，主軸套14設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸15中部并與碼盤軸承套體12 固定連接在一起，碼盤軸承套體12與一維風(fēng)速感應(yīng)器座體活動連接；設(shè)置在碼盤軸承套體 12中的碼盤13由轉(zhuǎn)盤18和半環(huán)形碼盤罩24組成，轉(zhuǎn)盤18與轉(zhuǎn)動軸15的底端固定連接， 半環(huán)形碼盤罩24固定設(shè)置在碼盤軸承套體12的內(nèi)側(cè)壁上，在轉(zhuǎn)盤18上設(shè)置有通孔19，在 通孔19轉(zhuǎn)動通過的半環(huán)形碼盤罩24的上下罩體上對應(yīng)設(shè)置有兩對光敏發(fā)射接收管，即第 一光敏發(fā)射管20，第一光敏接收管21和第二光敏發(fā)射管22，第二光敏接收管23，這兩對光 敏發(fā)射接收管均分別與信號采集機9電連接在一起，信號采集機9中設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換器和 CPU。所述的CPU為單片機，且該單片機通過接口電路與PC機電連接在一起，在支架1 上設(shè)置有溫度傳感器2，該溫度傳感器2與信號采集機9電連接在一起。所述的信號采集機9連有多個在三維方向上設(shè)置了一維風(fēng)速感應(yīng)器的架體。在每個垂直向上的支架上共分別設(shè)置三個一維風(fēng)速感應(yīng)器，并按迪卡爾坐標(biāo)系形 成U、V、W相互垂直的方向。每個一維風(fēng)速感應(yīng)器風(fēng)車直徑為15-20cm，亦可按不同的測試 要求、按比例做放大或縮小葉片的尺寸。信號采集機可采集多臺三維風(fēng)速、單維風(fēng)速、兩維風(fēng)速的此外當(dāng)需要溫度、濕度、 風(fēng)壓等參數(shù)時，在結(jié)構(gòu)、線路和軟件是上還可組成多要素的測量系統(tǒng)，并通過計算機處理和 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成大規(guī)模物理量的遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)。風(fēng)矢量M在三維坐標(biāo)下的合成與分解如圖4。風(fēng)矢量M與W、U、V軸的夾角分別為 a、3、Y，風(fēng)矢量 M 在 W、U、V 軸的分量分別為Mw = Mcosa、Mu = OMcos 3、Mv = OMcos y。 Mw的風(fēng)速大小和正負可通過風(fēng)杯螺旋槳與VU平面平行、主軸VU平面垂直的與的一維風(fēng)速感應(yīng)器測取；Mu的風(fēng)速大小和正負可通過風(fēng)杯螺旋槳與VW平面平行、主軸VW平面垂直的 與的一維風(fēng)速感應(yīng)器測?。籑v的風(fēng)速大小和正負可通過風(fēng)杯螺旋槳與UW平面平行、主軸UW 平面垂直的與的一維風(fēng)速感應(yīng)器測取。這樣通過采用不同方位對風(fēng)的測量就可確定出風(fēng)在 三維坐標(biāo)的位置。實測風(fēng)速的三個方向的風(fēng)速，MlW = Mw ；MlU = Mu ；MlV = Mv。其合成風(fēng)速 的大小Mi可用下式確定。= (MiU'+Miv'+MiW2)1/2實際應(yīng)用中在三個方向(正北，正東，向上)分別安裝一個一維風(fēng)速感應(yīng)器，就可 得到三個方向風(fēng)的吹向和大小，利用數(shù)學(xué)矢量公式，利用(正北，正東)二個方向風(fēng)的吹向 和大小的數(shù)據(jù)，就能得到該測點平面風(fēng)的吹向和大?。焕脭?shù)學(xué)矢量公式，利用(正北，正 東，向上)三個方向風(fēng)的吹向和大小，就能得到該測點立體風(fēng)的吹向和大小?？梢娋哂薪M合 式特點的方便。在測量三維風(fēng)速的感應(yīng)器的基礎(chǔ)上，設(shè)置1個溫度傳感器2，選用微型數(shù)字傳感
器，其適應(yīng)范圍為_55°C-----125°C，精度為0.5°C，其中在0—一80°C時精度為正負0. 2°C，
三個方向的風(fēng)速傳感器及一個數(shù)字溫度傳感器的數(shù)據(jù)由單片微處理器自動采集、識別、計 數(shù)、并儲存在存儲器內(nèi)可供上位機隨時調(diào)用。
權(quán)利要求一種組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器，包括支架(1)和在支架(1)上分別設(shè)置的U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(3)、V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(5)和W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(7)，U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(3)和V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(5)在同一水平面上且相互垂直設(shè)置，W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(7)與U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(3)和V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(5)構(gòu)成的水平面垂直設(shè)置，這三個一維風(fēng)速感應(yīng)器座體結(jié)構(gòu)相同，其特征在于在U軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(3)上設(shè)置有第一一維風(fēng)速感應(yīng)器(4)，在V軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(5)上設(shè)置有第二一維風(fēng)速感應(yīng)器(6)，在W軸一維風(fēng)速感應(yīng)器座體(7)上設(shè)置有第三一維風(fēng)速感應(yīng)器(8)，所述的結(jié)構(gòu)相同的一維風(fēng)速感應(yīng)器由碼盤軸承套體(12)、主軸套(14)、轉(zhuǎn)動軸(15)、葉片輻條(16)和葉片(17)組成，轉(zhuǎn)動軸(15)的頂端設(shè)置有安裝風(fēng)車葉片的葉片輻條(16)，葉片輻條(16)以轉(zhuǎn)動軸(15)為圓心在與轉(zhuǎn)動軸(15)垂直的平面內(nèi)均勻輻射設(shè)置，在每根葉片輻條(16)上固定設(shè)置有葉片(17)，每片葉片(17)沿同一圓周方向分別與葉片輻條(16)構(gòu)成的平面成45度角，轉(zhuǎn)動軸(15)的底端設(shè)置有碼盤(13)，該碼盤(13)設(shè)置在碼盤軸承套體(12)中，主軸套(14)設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸(15)中部并與碼盤軸承套體(12)固定連接在一起，碼盤軸承套體(12)與一維風(fēng)速感應(yīng)器座體活動連接；設(shè)置在碼盤軸承套體(12)中的碼盤(13)由轉(zhuǎn)盤(18)和半環(huán)形碼盤罩(24)組成，轉(zhuǎn)盤(18)與轉(zhuǎn)動軸(15)的底端固定連接，半環(huán)形碼盤罩(24)固定設(shè)置在碼盤軸承套體(12)的內(nèi)側(cè)壁上，在轉(zhuǎn)盤(18)上設(shè)置有通孔(19)，在通孔(19)轉(zhuǎn)動通過的半環(huán)形碼盤罩(24)的上下罩體上對應(yīng)設(shè)置有兩對光敏發(fā)射接收管，即第一光敏發(fā)射管(20)，第一光敏接收管(21)和第二光敏發(fā)射管(22)，第二光敏接收管(23)，這兩對光敏發(fā)射接收管均分別與信號采集機(9)電連接在一起，信號采集機(9)中設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換器和CPU。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器，其特征在于所述的 CPU為單片機，且該單片機通過接口電路與PC機電連接在一起，在支架(1)上設(shè)置有溫度傳 感器(2)，該溫度傳感器(2)與信號采集機(9)電連接在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器，其特征在于所 述的信號采集機(9)連有多個在三維方向上設(shè)置了一維風(fēng)速感應(yīng)器的架體。
專利摘要本實用新型公開了一種組合式微型微風(fēng)三維風(fēng)速風(fēng)向感應(yīng)器，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的設(shè)備造價昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，包括在支架(1)的三維立體方向上分別設(shè)置的三個一維風(fēng)速感應(yīng)器，它由碼盤軸承套體(12)、主軸套(14)、轉(zhuǎn)動軸(15)、葉片輻條(16)和葉片(17)組成，轉(zhuǎn)動軸(15)的頂端設(shè)置有安裝風(fēng)車葉片的葉片輻條(16)，葉片輻條(16)在與轉(zhuǎn)動軸(15)垂直的平面內(nèi)均勻輻射設(shè)置，每片葉片(17)沿同一圓周方向分別與葉片輻條(16)構(gòu)成的平面成45度角，轉(zhuǎn)動軸(15)的底端設(shè)置有碼盤(13)，在碼盤的轉(zhuǎn)盤上的通孔(19)與兩對光敏發(fā)射接收管配合將光信號傳給CPU。適用于對野外環(huán)境、室內(nèi)的三維風(fēng)進行測試。
文檔編號G01P5/00GK201583551SQ200920292779
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者于天群, 盧家勇, 朱明 , 李慶華, 白志剛, 石紅輝, 馬慶中 申請人:山西省電力公司電力科學(xué)研究院