專利名稱：一種風(fēng)速風(fēng)向傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型風(fēng)速風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)，尤其是采用電阻分流原理實現(xiàn)的風(fēng)速風(fēng)向傳感器系統(tǒng)及其測量原理。
背景技術(shù)：
風(fēng)速風(fēng)向傳感器在環(huán)境監(jiān)測、野外作業(yè)等方面有廣泛的應(yīng)用。該類傳感器一般有傳統(tǒng)的風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)、純固態(tài)的熱絲或熱膜結(jié)構(gòu)、以及超聲風(fēng)速測量系統(tǒng)等。傳統(tǒng)風(fēng)杯和風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)體積較大、一般在數(shù)十厘米或以上，且存在轉(zhuǎn)動部件，容易磨損；熱式風(fēng)速傳感器雖然可以做的很小，但溫漂和功耗是其固有的問題，需要改進(jìn)；超聲風(fēng)速傳感器近年來得到很大的發(fā)展，該傳感器具有精度高，測量范圍大，且使用壽命長等諸多突出優(yōu)點，其不利因素是體積較大(10厘米以上)，價格偏高。在野外作業(yè)等測量方面，需要小型測試系統(tǒng)。因此超小型便攜風(fēng)速風(fēng)向測量系統(tǒng)仍得到人們的關(guān)注并試圖研發(fā)出新型產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明提出了一種小型風(fēng)速風(fēng)向測量結(jié)構(gòu)。該測量系統(tǒng)由一風(fēng)敏桿和用來定位風(fēng)敏桿的檢測面組成。風(fēng)敏桿一端固定，另一端自由，在風(fēng)場中會隨風(fēng)力大小及風(fēng)向擺動。檢測面由電阻層和四個電極組成，用來感應(yīng)風(fēng)敏桿自由端的位置變化，風(fēng)敏桿與檢測面構(gòu)成的電容中的電流在經(jīng)過檢測面到達(dá)四個電極上的位置隨風(fēng)敏感桿位置而變化，從而四個電極上的輸出電壓大小也發(fā)生變化，通過測量這四個電極上的電壓值，并進(jìn)行標(biāo)定就可得到反映風(fēng)速和風(fēng)向的信息。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其包括底板、設(shè)置在底板上的電阻層、分別設(shè)置在電阻層上且互不連接的第一電極、第二電極、第三電極和第四電極、與底板相對設(shè)置且相距一定距離的頂板、連接底板和頂板的支桿、設(shè)在頂板的電容電極、設(shè)在底板和頂板之間的風(fēng)敏桿、設(shè)在頂板的導(dǎo)線；風(fēng)敏桿的包括固定端和與固定端相對的自由端，其自由端和固定端分別與底板和頂板相連；風(fēng)敏桿與電阻層之間不接觸，風(fēng)敏桿自由端與電阻層構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，電阻層設(shè)在底板中心位置，電阻層上的第一電極、第二電極、第三電極和第四電極相對于電阻層的中心對稱放置在電阻層四端，且第一電極、第二電極、第三電極和第四電極結(jié)構(gòu)相同。優(yōu)選的，風(fēng)敏桿安裝在頂板的正中心。有益效果該風(fēng)速風(fēng)向傳感器的結(jié)構(gòu)，原理明確電路簡單，利用電阻分流原理將結(jié)構(gòu)變化轉(zhuǎn)化成電壓變化，無獨立發(fā)熱器件，溫漂小，功耗低；可采用微機(jī)械加工工藝制造關(guān)鍵部件電阻層2和電極，成本低廉，且體積較小可達(dá)到5厘米以內(nèi)，便于攜帶和安裝，能滿足野外等作業(yè)的需要；采用電容和電阻相結(jié)合實現(xiàn)位置定位，無接觸點，抗干擾能力強(qiáng)，器件內(nèi)部無摩擦，使用壽命長；在頂蓋層不同位置設(shè)置不同剛性風(fēng)敏桿，可實現(xiàn)量程切換。與現(xiàn)有的傳統(tǒng)風(fēng)速風(fēng)向傳感器相比，在體積、功耗、性能與價格間實現(xiàn)了更好的協(xié)調(diào)。


圖1為本發(fā)明的立體示意圖。其中:底板1，電阻層2，第一電極31、第二電極32、第三電極33和第四電極34，支桿4，頂板5，電容電極6，風(fēng)敏桿7，導(dǎo)線8圖2為本發(fā)明的電路測試示意圖。其中:電阻R，輸出電壓V1，V2，V3，V4，輸入交流電壓Vs，其他標(biāo)號同附圖1。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。本發(fā)明提出的小型風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，主要利用電阻分流原理實現(xiàn)二維風(fēng)速風(fēng)向測量。傳感器的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，一種風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其包括底板1、設(shè)置在底板I上的電阻層2、分別設(shè)置在電阻層2上且互不連接的第一電極31、第二電極32、第三電極33和第四電極34、與底板I相對設(shè)置且相距一定距離的頂板5、連接底板I和頂板4的支桿4、設(shè)在頂板5的電容電極6、設(shè)在底板I和頂板4之間的風(fēng)敏桿7、設(shè)在頂板5的導(dǎo)線8 ；風(fēng)敏桿4的包括固定端和與固定端相對的自由端,其自由端和固定端分別與底板I和頂板5相連；風(fēng)敏桿4與電阻層2之間不接觸，風(fēng)敏桿4自由端與電阻層2構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。電阻層2設(shè)在底板I中心位置，電阻層2上的第一電極31、第二電極32、第三電極33和第四電極34相對于電阻層2的中心對稱放置在電阻層四端，且第一電極31、第二電極32、第三電極33和第四電極34結(jié)構(gòu)相同。風(fēng)敏桿7安裝在頂板5的正中心。風(fēng)敏桿7在頂板5中心下方垂直放置，與頂板5連接端為固定端，另一端為自由端，風(fēng)敏桿7的自由端頂端安裝電容電極6，該電極6通過導(dǎo)線8引出。附圖2為測試電路示意圖。圖中，四個電極31、32、33和34分別通過4個相同的接地電阻R接地。同時該四個電極也作為信號輸出端，輸出電壓分別為VI，V2，V3，V4。導(dǎo)線8接交流驅(qū)動信號Vs。電容電極6與電阻層2構(gòu)成一個等效電容，有電流通過該電容進(jìn)入電阻層2，電流進(jìn)入點與風(fēng)敏桿7的自由端電極6的位置有關(guān)，該位置到電阻層2上的四個電極3的距離不同，則從該四個電極上流出的電流大小不同。上述電流通過接地電阻R形成各個電極的輸出電壓。無風(fēng)時，風(fēng)敏桿7末端在檢測面中心，由于對稱性，四個電極3上得到的電壓均相等；當(dāng)有風(fēng)水平吹過傳感器，風(fēng)敏桿發(fā)生彎曲，自由端末端位置偏離中心，則電容電極和電阻層構(gòu)成的等效電容位置偏離中心，該點通過電阻層到四個電極的結(jié)構(gòu)不再對稱，四個電極上得到的電壓也不再相等。通過檢測四個電極上的電壓值，就可根據(jù)公式I計算出風(fēng)敏桿末端的位置(x，y)，且該位置偏離中心的距離Vx2+/和方向Θ分別與風(fēng)速W及風(fēng)向α有關(guān)，見公式(2)。因此，通過簡單標(biāo)定就可得到實際的風(fēng)速和風(fēng)向值。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，其包括底板(I)、設(shè)置在底板(I)上的電阻層(2)、分別設(shè)置在電阻層(2)上且互不連接的第一電極(31)、第二電極(32)、第三電極(33)和第四電極(34)、與底板(I)相對設(shè)置且相距一定距離的頂板(5)、連接底板(I)和頂板(4)的支桿(4)、設(shè)在頂板(5)的電容電極(6)、設(shè)在底板(I)和頂板(4)之間的風(fēng)敏桿(7)、設(shè)在頂板(5)的導(dǎo)線(8)； 風(fēng)敏桿(4)的包括固定端和與固定端相對的自由端,其自由端和固定端分別與底板(I)和頂板(5)相連； 風(fēng)敏桿(4)與電阻層(2)之間不接觸，風(fēng)敏桿(4)自由端與電阻層(2)構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，電阻層(2)設(shè)在底板(I)中心位置，電阻層(2)上的第一電極(31)、第二電極(32)、第三電極(33)和第四電極(34)相對于電阻層(2)的中心對稱放置在電阻層四端，且第一電極(31)、第二電極(32)、第三電極(33)和第四電極(34)結(jié)構(gòu)相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于，風(fēng)敏桿(7)安裝在頂板(5)的正 中心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其包括底板(1)、設(shè)置在底板(1)上的電阻層(2)、分別設(shè)置在電阻層(2)上且互不連接的第一電極(31)、第二電極(32)、第三電極(33)和第四電極(34)、與底板(1)相對設(shè)置且相距一定距離的頂板(5)、連接底板(1)和頂板(4)的支桿(4)、設(shè)在頂板(5)的電容電極(6)、設(shè)在底板(1)和頂板(4)之間的風(fēng)敏桿(7)、設(shè)在頂板(5)的導(dǎo)線(8)；風(fēng)敏桿(4)的包括固定端和與固定端相對的自由端，其自由端和固定端分別與底板(1)和頂板(5)相連；風(fēng)敏桿(4)與電阻層(2)之間不接觸，風(fēng)敏桿(4)自由端與電阻層(2)構(gòu)成電容結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有安裝簡單，可轉(zhuǎn)換量程，功耗低，體積小和溫漂小等優(yōu)點。
文檔編號G01P5/08GK103076464SQ201210558280
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月20日
發(fā)明者秦明, 陳實, 陳升奇, 周麟 申請人:東南大學(xué)