專利名稱：智能風(fēng)力實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力實驗使用的智能風(fēng)力實驗裝置。
背景技術(shù)：
目前，學(xué)校中用于風(fēng)力實驗研究裝置非常少，很難簡單、清晰地將風(fēng)力實驗展示在 面前，即使是擁有風(fēng)力實驗裝置的學(xué)校，往往設(shè)備也很簡陋，不利于學(xué)校教學(xué)工作的開 展。因此，急需一種結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，便于向?qū)W生展示風(fēng)力實驗原理的裝置，這也 是學(xué)校推行素質(zhì)教育的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于風(fēng)力實驗使用的智能風(fēng)力實驗裝置。 本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以釆用以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 一種智能風(fēng)力實驗裝置，它包括 一發(fā)電機；
一用于產(chǎn)生實驗所需的風(fēng)力的風(fēng)洞裝置； 一用于支撐、固定發(fā)電機的支座；及
一用于采集發(fā)電機數(shù)據(jù)，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理的控制器。
其特征在于所述的發(fā)電機固定在所述的支座上，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有風(fēng)葉， 所述的風(fēng)洞裝置對應(yīng)于所述的風(fēng)葉，所述的發(fā)電機通過一導(dǎo)線與所述的控制器連接。
所述風(fēng)洞裝置由殼體、排風(fēng)機、控制器和電源組成，所述的殼體為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)， 所述的排風(fēng)機安裝在所述殼體的一端，向另一端排風(fēng)，所述排風(fēng)機與所述電源之間連接 一用于控制所述排風(fēng)機排風(fēng)量的控制器。
所述排風(fēng)機上設(shè)有一用于穩(wěn)定、導(dǎo)流排風(fēng)機排風(fēng)的穩(wěn)流導(dǎo)風(fēng)網(wǎng)格。
所述殼體為圓柱型。
所述殼體采用有機玻璃、透明玻璃等透明有機材料制成。
所述支座的中心位置設(shè)有一支柱，所述支柱一端與所述支座固定，另一端與一水平
的橫桿連接，所述橫桿一端安裝所述的發(fā)電機，另一端安裝導(dǎo)風(fēng)板。 所述支柱與橫桿通過活動連接方式連接。 所述風(fēng)葉由復(fù)數(shù)個葉片組成。
所述控制器由控制裝置、顯示裝置、分析裝置、存儲裝置、輸入裝置、傳輸裝置和 電源組成。所述控制裝置分別與所述的顯示裝置、分析裝置、存儲裝置、輸入裝置和傳 輸裝置連接。所述的分析裝置還與顯示裝置、存儲裝置和傳輸裝置連接。所述電源與控 制裝置連接。
所述控制裝置連接復(fù)數(shù)個用于控制整個控制器的控制按鈕。 所述輸入裝置連接復(fù)數(shù)個用于采集數(shù)據(jù)信號的傳感接口。 所述顯示裝置包括一顯示屏和復(fù)數(shù)個用于顯示控制器狀態(tài)的指示燈。 所述存儲裝置上設(shè)有一用于連接移動閃存的通信接口。 所述傳輸裝置上設(shè)有與電腦或大屏幕液晶顯示器等聯(lián)接的接口 。
所述接口為RJ45或USB等通信接口 。 所述控制裝置上設(shè)有一與所述電源連接的接口。
所述智能風(fēng)力實驗裝置的操作步驟如下
1、 連接
a、 將電壓傳感器與控制器聯(lián)接；
b、 將控制器通過網(wǎng)線或USB線與微機聯(lián)接(有條件再使微機與大屏幕顯示器聯(lián)
接)；
c、 將自制的發(fā)電實驗支座與電壓傳感器和直流負載電阻(400或200歐姆)相連。
2、 調(diào)試接通風(fēng)洞裝置與電源插座的聯(lián)線，隨后用標(biāo)淮風(fēng)速計在風(fēng)口正前方相距l(xiāng)m 處測定風(fēng)速，看是否達到3.9m/s左右，如偏差太大可通過調(diào)速器調(diào)節(jié)。
3、 實驗
a、 將風(fēng)葉或發(fā)電機置于風(fēng)口前適當(dāng)?shù)奈恢茫?br> b、 啟動控制器和微機相應(yīng)的軟件(GQY數(shù)字實驗室)并進入專用拓展風(fēng)力實驗界
面；
c、 核對或修正界面所對應(yīng)的測量范圍、定時時間(通常開機設(shè)定最大值為10伏， 測量時為30秒)，第一次測量的序列號為00號； d、再次啟動風(fēng)洞，當(dāng)風(fēng)電輸出超過0.01伏時，控制器開始計時、采集和圖示，微 機分析處理系統(tǒng)立即開始工作，并最后給出最大值和平均值以及排序名單。 4、總結(jié)分析提高風(fēng)電輸出功率和效率的種種途徑。
本發(fā)明的智能風(fēng)力實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，便于向?qū)W生展示風(fēng)力實驗原理， 完全滿足學(xué)校推行素質(zhì)教育的要求。


圖1為本發(fā)明智能風(fēng)力實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3為本發(fā)明智能風(fēng)力實驗裝置的實驗操作原理框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明。 如圖1所示， 一種智能風(fēng)力實驗裝置，它包括 一發(fā)電機l;
一用于產(chǎn)生實驗所需的風(fēng)力的風(fēng)洞裝置2; 一用于支撐、固定發(fā)電機的支座3;及
一用于采集發(fā)電機數(shù)據(jù)，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理的控制器4。
其特征在于所述的發(fā)電機l固定在所述的支座3上，所述發(fā)電機l的轉(zhuǎn)軸ll上 設(shè)有風(fēng)葉111，所述的風(fēng)洞裝置2對應(yīng)于所述的風(fēng)葉111，所述的發(fā)電機1通過一導(dǎo)線
12與所述的控制器4連接。
所述風(fēng)洞裝置2由殼體21、排風(fēng)機22、控制器23和電源24組成，所述的殼體21 為內(nèi)部中空結(jié)構(gòu)，所述的排風(fēng)機22安裝在所述殼體21的一端，向另一端排風(fēng)，所述排 風(fēng)機22與所述電源24之間連接一用于控制所述排風(fēng)機22排風(fēng)量的控制器23。
所述排風(fēng)機22上設(shè)有一用于穩(wěn)定、導(dǎo)流排風(fēng)機排風(fēng)的穩(wěn)流導(dǎo)風(fēng)網(wǎng)格221。所述的 穩(wěn)流導(dǎo)風(fēng)網(wǎng)格221將所述排風(fēng)機22的排出的風(fēng)進行穩(wěn)流和導(dǎo)向，使風(fēng)盡量處于所述殼
體21的內(nèi)部中心位置，便于在教學(xué)實驗時測定風(fēng)力。
所述殼體21為圓柱型。所述殼體21采用有機玻璃、透明玻璃等透明有機材料制成。 可以使使用者清楚地看清楚風(fēng)的流動情況。
所述風(fēng)洞裝置2的風(fēng)源通過所述排風(fēng)機22產(chǎn)生，所述排風(fēng)機22選用高速小型排風(fēng) 電機，它采用220V交流電源，旋轉(zhuǎn)速度較快，但產(chǎn)生的噪音相對比較小。經(jīng)國際通用 風(fēng)速測定儀測定，本風(fēng)洞風(fēng)口的風(fēng)速約為3.9m/s — 4. 5m/s (相當(dāng)3級風(fēng)水平)，在距風(fēng) 洞lm的范圍內(nèi)，風(fēng)速徑向的衰減不超過10%。
所述支座3的中心位置設(shè)有一支柱31，所述支柱31—端與所述支座3固定，另一 端與一水平的橫桿32連接，所述橫桿32—端安裝所述的發(fā)電機1，另一端安裝導(dǎo)風(fēng)板 33。
所述支柱31與橫桿32通過活動連接方式連接。 所述風(fēng)葉111由復(fù)數(shù)個葉片組成。
如圖2所示，所述控制器4由控制裝置41、顯示裝置42、分析裝置43、存儲裝置 44、輸入裝置45、傳輸裝置46和電源47組成。所述控制裝置41分別與所述的顯示裝 置42、分析裝置43、存儲裝置44、輸入裝置45和傳輸裝置46連接。所述的分析裝置 43還與顯示裝置42、存儲裝置44和傳輸裝置46連接。所述電源47與控制裝置41連 接。
所述控制裝置41連接復(fù)數(shù)個用于控制整個控制器的控制按鈕411。所述控制按鈕 411用來對整個控制器，如控制控制器啟動、停止，控制控制器切換模式等。
所述輸入裝置45連接復(fù)數(shù)個用于采集數(shù)據(jù)信號的傳感接口 451。本控制器頂部設(shè) 有四個傳感接口451，以方便電、聲；光、力等各種傳感器接入。
所述顯示裝置42包括一顯示屏421和復(fù)數(shù)個用于顯示控制器狀態(tài)的指示燈422。
所述存儲裝置44上設(shè)有一用于連接移動閃存的通信接口 441。通過所述通信接口 441所述存儲裝置44還可加接常見移動閃存，使控制器的內(nèi)存無限擴充，以便能長時 間的獨立工作。
所述傳輸裝置46上設(shè)有與電腦聯(lián)接的接口 461。所述接口 461為RJ45或USB等通 信接口。通過所述接口 461以網(wǎng)線或USB 二種方式，與電腦微機連接，傳輸速度快， 能使大屏幕顯示與實驗數(shù)據(jù)采集同步進行，并通過程序軟件可以進行各種操作如排序和 自動記錄功能。
所述控制裝置41上設(shè)有一與所述電源47連接的接口 412。所述電源47通過所述 的接口 412與所述控制裝置41相連，提供整個控制器所需的電能。 如圖3所示，所述智能風(fēng)力實驗裝置的操作步驟如下 1、連接
a、 將電壓傳感器與控制器聯(lián)接；
b、 將控制器通過網(wǎng)線或USB線與微機聯(lián)接(有條件再使微機與大屏幕顯示器聯(lián)
接)；
c、 將自制的發(fā)電實驗支座與電壓傳感器和直流負載電阻(400或200歐姆)相連。
2 、調(diào)試接通風(fēng)洞裝置與電源插座的聯(lián)線，隨后用標(biāo)淮風(fēng)速計在風(fēng)口正前方相距l(xiāng)m 處測定風(fēng)速，看是否達到3.9m/s左右，如偏差太大可通過調(diào)速器調(diào)節(jié)。
3、 實驗
a、 將風(fēng)葉或發(fā)電機置于風(fēng)口前適當(dāng)?shù)奈恢茫?br> b、 啟動控制器和微機相應(yīng)的軟件(GQY數(shù)字實驗室)并進入專用拓展風(fēng)力實驗界
面；
c、 核對或修正界面所對應(yīng)的測量范圍、定時時間(通常開機設(shè)定最大值為10伏， 測量時為30秒)，第一次測量的序列號為00號；
d、 再次啟動風(fēng)洞，當(dāng)風(fēng)電輸出超過0.01伏時，控制器開始計時、采集和圖示，微 機分析處理系統(tǒng)立即開始工作，并最后給出最大值和平均值以及排序名單。
4、 總結(jié)分析提高風(fēng)電輸出功率和效率的種種途徑。
使用時，由所述電源24為排風(fēng)機22提供電能，使所述殼體21 —端的排風(fēng)機22啟 動，通過控制器23調(diào)節(jié)所述排風(fēng)機22的風(fēng)速，在所述殼體21的另一端安放所述的支 座，將橫桿32水平移動到適合的高度(風(fēng)的中心位置)，當(dāng)風(fēng)吹向所述風(fēng)葉lll，所述 風(fēng)葉111帶動所述的發(fā)電機1進行發(fā)電，將發(fā)電機1產(chǎn)生的電量通過傳感接口 451接到 所述的控制器4上，就能通過電量來計算所述風(fēng)葉lll所受到的風(fēng)力的大小了，就能對 所述排風(fēng)機22排出的風(fēng)進行測量。所述輸入裝置45的傳感接口 451所連接的各種傳感 器將數(shù)據(jù)信號采集，通過所述的輸入裝置45輸入控制裝置41，再進入分析裝置43進 行分析處理，同時在顯示裝置42的顯示屏421顯示出來；所述分析裝置43將對通過所 述傳感接口 451連接的各種傳感器的數(shù)據(jù)信號的分析結(jié)果和數(shù)據(jù)儲存到存儲裝置44。 另外存儲裝置44中的分析結(jié)果和數(shù)據(jù)還可通過所述傳輸裝置46上的接口 461，復(fù)制到 電腦微機上，作進一步的分析。整個控制器的電能由所述電源47供給。
在使用過程中，可以更換風(fēng)葉3，如將三片葉片31的風(fēng)葉3更換成四片葉片31的 風(fēng)葉3,從而測試不同葉片時，發(fā)電機2的電量輸出情況。
而所述橫桿32上另一端的導(dǎo)風(fēng)板33與所述的橫桿32處于平行關(guān)系，當(dāng)風(fēng)吹向所 述風(fēng)葉111的同時吹向所述的導(dǎo)風(fēng)板33，使導(dǎo)風(fēng)板33處在風(fēng)的正中位置，以保證所述 的的風(fēng)葉lll正對著風(fēng)。
這樣，將所述發(fā)電機l產(chǎn)生的電量進行分析，就能得出風(fēng)葉數(shù)量、風(fēng)葉迎角、風(fēng)速 大小與發(fā)電功率輸出大小的關(guān)系了，達到風(fēng)力實驗?zāi)康摹?br> 由于本發(fā)明的智能風(fēng)力實驗裝置主要用于學(xué)校的教學(xué)實驗的，故整個風(fēng)洞裝置的大
小僅54x42x28cm3，重量不超過3kg。所述控制器體積18xl5x5cm3，重量小于0.5千克， 可以在室內(nèi)也可以在室外教學(xué)中使用，適合作為學(xué)生的實驗用具，具有如下特點
(1) 用微機多媒體實時控制技術(shù)來完成學(xué)校的科學(xué)實驗教學(xué)，提高了學(xué)校教學(xué)效 率，是實驗教學(xué)手段的一次革命性變化，因為它能解決常規(guī)實驗手段難以解決的問題；
(2) 風(fēng)力實驗研究平臺與國家創(chuàng)建創(chuàng)新型社會、節(jié)能型社會密切相關(guān)，有明顯的 先進性、社會性和實用價值；
(3) 平臺系統(tǒng)控制器的核心技術(shù)、控制技巧和程序設(shè)計是在教育教學(xué)第一線的教 師率先提出并和相關(guān)技術(shù)人員合作開發(fā)完成，完全可以說這是中國人自己創(chuàng)造的，這打 破了外國一統(tǒng)天下的局面，這十分有利于今后的大規(guī)模生產(chǎn)推廣和使用；
(4) 中文易懂的顯示介面， 一看即會的操作方法，即時傳輸?shù)娘@示技術(shù)，完滿的
分析處理結(jié)果和多種不同的實驗研究功能，這不會不讓人留下及其深刻的印象。
本實用新型主要用于學(xué)生新能源開發(fā)利用拓展課程的教學(xué)展示研究和風(fēng)力發(fā)電制
作比賽的評判工作。既可放置在開放式實驗室，為需要風(fēng)力發(fā)電實驗研究的學(xué)生服務(wù)， 也可以作為趣味的科技教育教具進行演示，對在中學(xué)開展風(fēng)力發(fā)電效能研究和現(xiàn)代空氣 動力學(xué)入門非常實用。在作為風(fēng)力發(fā)電制作比賽的評判工具時，由于程序軟件中己增添 了排序和自動記錄程序，所以能做到公開、公平、公正，高效快速。本實驗平臺若換上 其它傳感器和相應(yīng)程序就很方便實施新能源其它實驗研究平臺(如用溫度傳感器，可進 行太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的實驗研究等)。
當(dāng)然，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，不花費創(chuàng)造性的勞動，在上述實施例的基礎(chǔ)上
能夠作多種變化，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。但是，上述各種變化顯然應(yīng)該在本發(fā)明 的權(quán)利要求書的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種智能風(fēng)力實驗裝置，它包括一發(fā)電機；一用于產(chǎn)生實驗所需的風(fēng)力的風(fēng)洞裝置；一用于支撐、固定發(fā)電機的支座；及一用于采集發(fā)電機數(shù)據(jù)，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理的控制器。其特征在于所述的發(fā)電機固定在所述的支座上，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有風(fēng)葉，所述的風(fēng)洞裝置對應(yīng)于所述的風(fēng)葉，所述的發(fā)電機通過一導(dǎo)線與所述的控制器連接。
全文摘要
本發(fā)明的目的是公開一種用于風(fēng)力實驗使用的智能風(fēng)力實驗裝置。所述智能風(fēng)力實驗裝置，包括一發(fā)電機；一用于產(chǎn)生實驗所需的風(fēng)力的風(fēng)洞裝置；一用于支撐、固定發(fā)電機的支座；及一用于采集發(fā)電機數(shù)據(jù)，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理的控制器。其特征在于所述的發(fā)電機固定在所述的支座上，所述發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)有風(fēng)葉，所述的風(fēng)洞裝置對應(yīng)于所述的風(fēng)葉，所述的發(fā)電機通過一導(dǎo)線與所述的控制器連接。本發(fā)明的智能風(fēng)力實驗裝置結(jié)構(gòu)簡單，組裝方便，便于向?qū)W生展示風(fēng)力實驗原理，完全滿足學(xué)校推行素質(zhì)教育的要求。
文檔編號G01M9/06GK101097168SQ20061002848
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者奚天敬, 陸趙華 申請人:上海市南洋中學(xué)