專利名稱：便攜式近地層風(fēng)速廓線儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及測量空氣流場的電子設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種專門用于測 量風(fēng)沙環(huán)境條件下的空氣流場的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀。
背景技術(shù)：
我國是世界上遭受風(fēng)沙危害最嚴(yán)重的國家之一，因風(fēng)沙問題每年造成的直接損失高達540億元。風(fēng)沙災(zāi)害已嚴(yán)重危害人民生活、制約社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā) 展，成為中華民族的心腹之患。如何有效治理風(fēng)沙災(zāi)害問題已經(jīng)成為廣泛關(guān) 注的焦點。風(fēng)作為風(fēng)沙災(zāi)害的主要營力，在防沙治沙研究中，不同高度風(fēng)速 風(fēng)向的測量是防沙治沙工程設(shè)計中參照的重要物理參數(shù)。因此氣流性質(zhì)、風(fēng) 速大小及其方向都必須在野外實驗觀測過程中進行解決。實用新型內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以在野外實 驗觀測過程檢測氣流性質(zhì)、風(fēng)速大小及其方向等的測試儀器，即便攜式近地 層風(fēng)速廓線儀。(二) 技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本實用新型釆用如下技術(shù)方案本實用新型所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，包括測風(fēng)觀測支架、安裝 在支架上的風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器，以及風(fēng)速測量控制存儲器，其中所述 風(fēng)速測量控制存儲器包括CR10X數(shù)據(jù)采集器、通信接口和供電電路；CR10X 數(shù)據(jù)采集器用于接收風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器傳來的信號，并進行分析處理 與存儲，再由通信接口輸出到PC機或計算機。所述供電電路是交流電充電電路或太陽能充電電路。
所述通信接口是232串行口 。所述測風(fēng)觀測支架包括底座、安裝在底座上首尾順次連接的伸縮管、安 裝在各個伸縮管上的若干個傳感器支桿、以及用于固定支架的纖繩機構(gòu)，風(fēng) 速傳感器安裝在其中一個傳感器支桿上，風(fēng)向傳感器安裝在頂端部的伸縮管 的頂端。所述風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器外各自設(shè)有防沙罩。所述風(fēng)速傳感器通過軸承安裝在伸縮管上，風(fēng)向傳感器通過軸承安裝在 傳感器支桿上。所述供電電路中還設(shè)有供電電路避雷器和信號避雷器，所述測風(fēng)觀測支 架上設(shè)有避雷針。這種帶有避雷設(shè)備的野外便攜式風(fēng)速廓線儀可以保障其在 雷電天氣中正常使用，保護相關(guān)設(shè)備安全。 (三)有益效果本實用新型所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀的優(yōu)點和積極效果是1、本實用新型提供了一種適應(yīng)野外的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，它通過 CR10X數(shù)據(jù)采集器，將傳感器中的風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)的圈數(shù)和方向轉(zhuǎn)換成平均風(fēng) 速值和風(fēng)速方位，并進行相應(yīng)的分析處理與存儲，再通過通信接口將數(shù)據(jù)傳 輸?shù)焦P記本和PC機?；谶@些數(shù)據(jù)，通過軟件處理，得到相關(guān)風(fēng)速廓線數(shù)據(jù)。2、本實用新型主要包括傳感器、便攜式測風(fēng)觀測支架、采集處理器、供 電電路以及通信接口。其中風(fēng)速、風(fēng)向傳感器采用軸承式結(jié)構(gòu)，并增加有一 對防沙迷宮罩，是用于風(fēng)沙天氣下的風(fēng)速、風(fēng)向測試設(shè)備，不用時將傳感器 儲存在期間在一個具有保護作用的特制箱子；風(fēng)速測量控制存儲器、供電電 路以及通信接口集成在一個鐵制的機箱，機箱里的CR10X數(shù)據(jù)釆集器、避雷 器(供電電路、信號)、232串行口、供電電路、變壓器、供電電路控制器等共 同組成風(fēng)速廓線控制存儲電路。這種帶有避雷設(shè)備的野外便攜式風(fēng)速廓線儀 可以保障其在雷電天氣中正常使用，保護相關(guān)設(shè)備安全。3、本實用新型采用積木式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實際需要增加風(fēng)速傳感器和其他 配置，組裝靈活，維修方便。同時可以連接各類開關(guān)量風(fēng)速傳感器、由計數(shù) 原理的風(fēng)杯傳感器取消了風(fēng)速表的齒輪和零部件，采用插件式接口，避免沙 ?？ㄗ★L(fēng)杯的現(xiàn)象，從而減小風(fēng)杯的起動風(fēng)速，提高了本實用新型的可靠性。4、 本實用新型的傳感器支架拆卸可作線軸，組裝后可將風(fēng)杯倒掛，用以測量平坦地表2cm以及以下的風(fēng)沙流挾沙風(fēng)速。對于其他下墊面，根據(jù)實際 情況也可進行相關(guān)測量。5、 本實用新型的輕便簡單，減少了科研人員勞動強度，減輕了科研人員 的數(shù)據(jù)挑選與人工輸入數(shù)據(jù)。6、 本實用新型的可測量9個不同高度的風(fēng)速、風(fēng)向，它們的測量范圍分 別0 30m/s、 0~360°;起動風(fēng)速風(fēng)向(^0.5m/s)、風(fēng)速(^0.7m/s);精度風(fēng)向 ($0.5。)、風(fēng)速(^).lm/s);工作環(huán)境-20°C~50°C。7、 本實用新型釆用CR10X數(shù)據(jù)采集器技術(shù)，設(shè)置了交流電、太陽能充 電電路，增加了 232數(shù)據(jù)串行口與筆記本電腦或PC機直接連接，具有非易失 性存儲記憶功能，具有較高的精度、靈活性以及長期的穩(wěn)定性。8、 本實用新型的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)釆集嚴(yán)格按照氣象標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速、風(fēng)向每 3秒取一個樣本值，作為瞬時風(fēng)速、風(fēng)向；以3秒為步長分別計算1分鐘、10 分鐘的滑動平均值。


圖i是本實用新型所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型中的風(fēng)速測量控制存儲器的電路結(jié)構(gòu)框圖。 圖中1.底座；2、 9、 12伸縮管；3.傳感器支桿；4.鎖緊器；5.鋼絲 繩；6.卸扣；7.拉線內(nèi)環(huán)；8.拉線環(huán)；10.風(fēng)速傳感器；11.風(fēng)速傳感器傳 輸線；13.避雷針；14.風(fēng)向傳感器傳輸線；15.風(fēng)向傳感器；16.風(fēng)速測量控 制存儲器；17.交流電充電電路；18.太陽能板；19.太陽能充電電路；20.防風(fēng) 拉機構(gòu)；21.插釬。
具體實施方式
下面結(jié)合附圍，進一步詳細說明本實用新型所述的便攜式近地層風(fēng)速廓 線儀的具體實施方式
，但不用來限制本實用新型的保護范圍。
如圖l所示，本實用新型的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀包括測風(fēng)觀測支架、 安裝在支架上的風(fēng)速傳感器IO、風(fēng)向傳感器15,以及風(fēng)速測量控制存儲器。其中所述風(fēng)速測量控制存儲器16包括CRIOX數(shù)據(jù)采集器(主要由CRIOX數(shù) 據(jù)控制模塊、CR10X數(shù)據(jù)測量模塊組成)、通信接口、供電電路和和避雷器； CRIOX數(shù)據(jù)采集器用于接收風(fēng)速傳感器10、風(fēng)向傳感器15傳來的信號，并 通過它的測量模塊和控制模塊對所接收的信號進行分析處理與存儲，并由通 信接口 232串行口輸出到PC機或計算機。所述測風(fēng)觀測支架包括底座1,安裝在底座上首尾順次連接的伸縮管2、 9、 12,利用鎖緊器4將伸縮管首尾順次連接形成測風(fēng)觀測支架主體，安裝在 各個伸縮管上的若干個傳感器支桿3,用來安裝風(fēng)速傳感器10等各類傳感器， 還可以預(yù)留幾個傳感器支桿，以備以后需要時使用。在伸縮圓管與地基之間 設(shè)有六根鋼絲繩5，以及3根用于固定底座1、 6根用于固定纖繩的插釬21， 鋼絲繩5、插釬21的目的是防止支架傾倒。本實用新型中的底座1具有良好 的機動性、可裝配性、可運載性，同時所有零部件具有良好的剛度、機械強 度以及耐候性，另外對于傳感器支架可保證傳感器定位空間三維任意位置并 鎖定。相鄰兩根伸縮圓管由鎖緊器4鎖緊。風(fēng)速傳感器10通過軸承安裝在其 中一個傳感器支桿上，外面設(shè)有防沙罩，防沙罩可以是迷宮形狀的，主要使 本實用新型適用于風(fēng)沙天氣的風(fēng)速、風(fēng)向觀測。風(fēng)向傳感器15(可釆用現(xiàn)有 結(jié)構(gòu)的風(fēng)向傳感器)通過軸承安裝在頂端部的伸縮管12的頂端，外面設(shè)有防 沙罩。在頂端的傳感器支桿上安裝有避雷針13。圖1中的鋼絲繩5、卸扣6、 拉線內(nèi)環(huán)7、拉線環(huán)8形成了防風(fēng)拉機構(gòu)20，用于固定支架。其中拉線環(huán)8通過插銷固定于伸縮管上，卸扣6使鋼絲繩5能夠形成一個固定的環(huán)形結(jié)， 拉線內(nèi)環(huán)7連接由卸扣6在鋼絲繩5夠形成一個固定環(huán)形結(jié)與拉線環(huán)8。本實用型中，任何現(xiàn)有的防風(fēng)拉機構(gòu)都是可行的。如圖1和圖2所示，本實用新型中的風(fēng)速測量控制存儲器及其供電電路 以及通信接口集成在一個鐵制的機箱內(nèi)。其中通信接口主要是指傳感器與釆 集處理器之間的通信電纜以及風(fēng)速測量控制存儲器與PC機或計算機之間的 傳輸接口其可以是232串行口，也可以是其他類型接口。風(fēng)速測量控制存儲器采用美國CAMPBELL SCIENTIFIC公司生產(chǎn)的CR10X數(shù)據(jù)采集器，控制 整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測量、采集、運算及存貯，具有非易失性存儲記憶功能、精 度高、性能穩(wěn)定；主要包括控制模塊、測量模塊、SC12和SC12R電纜以及 其他附屬設(shè)備，其中控制模塊主要接受傳感器數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理傳輸, 控制外設(shè)、數(shù)據(jù)存儲的編程和靜態(tài)存儲器，具有允許觀測、傳輸同時進行的 雙任務(wù)操作系統(tǒng)，此外具有對射頻屏蔽、抗脈沖干擾；測量模塊是8通道間 隔定時器SDM-INT8，它將已處理過的定時數(shù)據(jù)輸出到CR10X中，同時 SDM-INT8有自己的處理器，它可以在數(shù)據(jù)釆集器處理其他任務(wù)的時候完成 自己的數(shù)據(jù)測量與處理；SC12和SC12R電纜主要用于CR10X通過9針串行 口和外設(shè)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)交換，SC12和SC12R電纜耐用，同時性能穩(wěn)定。供 電電路可以是交流電充電電路，也可以是太陽能充電電路，或者二者結(jié)構(gòu)均 具備。主要由交流電充電電路17、太陽能充電電路19，供電電路開關(guān)、供電 電路變壓器、蓄電池、供電電路避雷器、供電電路控制器、信號避雷器、CR10X 數(shù)據(jù)采集器組成。室內(nèi)應(yīng)用則采用交流充電電路17;野外主要用太陽能充電 電路是由太陽能板18 、太陽能充電電路19、蓄電池組成。變壓器主要用于 交流電對蓄電池充電，民用交流電電壓220v，而蓄電池是12V,因此需要變 壓器。供電電路控制器主要作用是變交流電為直流電，同時電壓穩(wěn)定。本實 用新型中，測量的風(fēng)速、風(fēng)向信號通過傳輸線ll、 14與CR10X數(shù)據(jù)采集模 塊、測量模塊、控制模塊連接，通過CR10X數(shù)據(jù)采集器，將風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)的 圈數(shù)和方向，轉(zhuǎn)換成平均風(fēng)速和風(fēng)向，利用232數(shù)據(jù)串行口和筆記本電腦直 接連接，為測量風(fēng)速和風(fēng)向提供基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。以上為本實用新型的最佳實施方式，依據(jù)本實用新型公開的內(nèi)容，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本 實用新型保護的范圍。
權(quán)利要求1.一種便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征在于包括測風(fēng)觀測支架、安裝在支架上的風(fēng)速傳感器(10)、風(fēng)向傳感器(15)，以及風(fēng)速測量控制存儲器(16)，其中所述風(fēng)速測量控制存儲器(16)包括CR10X數(shù)據(jù)采集器、通信接口和供電電路；CR10X數(shù)據(jù)采集器用于接收風(fēng)速傳感器(10)、風(fēng)向傳感器(15)傳來的信號，并進行分析處理與存儲，再由通信接口輸出到PC機或計算機。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征在于所述 供電電路是交流電充電電路或太陽能充電電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征在于所述 通信接口是232串行口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征在于所述 測風(fēng)觀測支架包括底座(1)、安裝在底座上首尾順次連接的伸縮管(2、 9、 12)、安裝在各個伸縮管上的若干個傳感器支桿(3)、以及用于固定支架的 防風(fēng)拉機構(gòu)(20),風(fēng)速傳感器(10)安裝在其中一個傳感器支桿上，風(fēng)向 傳感器(15)安裝在頂端部的伸縮管(12)的頂端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征在于所述 風(fēng)速傳感器(10)、風(fēng)向傳感器(15)外各自設(shè)有防沙罩。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征在于所述 風(fēng)速傳感器(10 )通過軸承安裝在伸縮管(12 )上，風(fēng)向傳感器(15 )通過 軸承安裝在傳感器支桿上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6之任一所述的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀，其特征 在于所述供電電路中還設(shè)有供電電路避雷器和信號避雷器，所述測風(fēng)觀測支 架上設(shè)有避雷針(13)。
專利摘要本實用新型涉及測量風(fēng)沙環(huán)境條件下空氣流場的便攜式近地層風(fēng)速廓線儀。包括測風(fēng)觀測支架、風(fēng)速風(fēng)向傳感器及風(fēng)速測量控制存儲器，風(fēng)速測量控制存儲器包括CR10X數(shù)據(jù)采集器、通信接口、供電電路和避雷器。CR10X數(shù)據(jù)采集器用于接收風(fēng)速傳感器、風(fēng)向傳感器傳來的信號，并通過它的測量模塊和控制模塊對所接收的信號進行分析處理與存儲，并由通信接口輸出到PC機或計算機?；谶@些數(shù)據(jù)，通過軟件處理，得到相關(guān)風(fēng)速廓線數(shù)據(jù)。此外，這種帶有避雷設(shè)備的野外便攜式風(fēng)速廓線儀可以保障其在雷電天氣中正常使用，保護相關(guān)設(shè)備安全。
文檔編號G01W1/02GK201044000SQ20072014885
公開日2008年4月2日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者伍永秋, 張春來, 宏 程, 米季德, 鄒學(xué)勇 申請人:北京師范大學(xué)