一種球形風速風向傳感器結構的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球形風速風向傳感器結構，采用四個支撐桿對稱安裝在支撐基座四周，支撐桿上方固定區(qū)域安裝帶有應力檢測傳感器的彈性結構，彈性結構通過彈簧和中心的球形感風結構相連。本發(fā)明提供的球形風速風向傳感器結構，具有結構簡單、體積小、安裝方便、成本低的優(yōu)點，且溫度漂移小，能夠適合便攜和移動測量需要。
【專利說明】一種球形風速風向傳感器結構
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風速風向檢測裝置，尤其涉及一種球形風速風向傳感器結構。
【背景技術】
[0002]風速、風向是反應氣象形勢的非常重要的參數，風速和風向的檢測對環(huán)境監(jiān)測、空氣調節(jié)和工農業(yè)的生產有重要影響，因此快速準確測量出風速和風向具有重要的實際意義。傳統的風杯和風向標是目前仍廣泛使用的檢測器件，但這些機械裝置因具有轉動部件而易磨損，同時具有體積大，價格昂貴，需要經常維護等缺點。典型超聲風速傳感器發(fā)射和探測接收頭位置固定，因此相對結構也較大?；贛EMS加工技術的微型熱流速傳感器具有體積小，價格低，產品一致性好的特點，是近幾年來熱風速傳感器研究的熱點。但是，由于硅襯底的高熱導率，這類傳感器的功耗較大，靈敏度較低。采用背面腐蝕或者正面腐蝕的方法形成絕熱薄膜，可以提高靈敏度，但是結構易損壞，不利于后道工藝和封裝。
【發(fā)明內容】
[0003]發(fā)明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于壓阻應變片及球形感風裝置的球形風速風向傳感器結構，體積小、抗干擾能力強且功耗低。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0005]一種球形風速風向傳感器結構，包括支撐基座、四組結構完全相同的支撐桿連接結構和球狀感應裝置，在支撐基座的水平支撐面上定義一個正方形S，記正方形S的兩條對角線的交點為0，垂直于正方形S且經過交點O的直線為I ;每組支撐桿連接結構包括一根支撐桿、一個彈性結構和一根彈簧，所述四根支撐豎直固定在支撐基座的水平支撐面上，且四根支撐柱底端分別位于所述正方形S的四個頂點上；所述彈性結構安裝在支撐柱上部正對直線I的位置，在彈性結構可變形位置處的根部設置有應力檢測傳感器，所述彈簧的一端與彈性結構固定，另一端與球狀感應裝置固定；所述球狀感應裝置與四根彈簧的四個固定點分別位于其兩條垂直相交的直徑的兩個端點；初始狀態(tài)，所述球狀感應裝置懸于支撐基座的上方，且球狀感應裝置的球心位于直線I上。
[0006]具體的，所述彈性結構為單端固定的懸臂梁結構、雙端固定的固定梁結構或四周固定的薄膜結構；所述彈性結構與彈簧的連接部位為彈性結構的中部。
[0007]具體的，所述應力檢測傳感器為金屬應變片或半導體壓阻。
[0008]優(yōu)選的，所述支撐基座為方形或圓形薄盤結構。
[0009]具體的，所述球狀感應裝置為球型、圓柱型或橢球型，但一定要求球狀感應裝置為輕質、自重低的結構。
[0010]本案提供的球形風速風向傳感器結構，其構造為在支撐基座上對稱放置四根支撐桿，在支撐桿頂部安裝彈性結構，在彈性結構可變形位置處的根部安裝應力檢測傳感器，彈性結構與彈簧連接，四根彈簧另一端與球狀感應裝置連接。無風情況下，球狀感應裝置處于中心位置，四個應力檢測傳感器受力一致，四個應力檢測傳感器的輸出電壓大小保持一致。當周圍環(huán)境有水平風吹過，球狀感應裝置將會根據受力情況產生順風方向的位移，這種變化趨勢將會導致四根支撐桿上的彈簧發(fā)生不同的形變，從而將應力傳遞到四根垂直支撐桿上使應力檢測傳感器產生不同的輸出。這種二維對稱結構的設計，使得應力檢測傳感器可以同時得到相互正交的兩組測量電壓值，經過一定的數值計算可以得到風速和風向的信
肩、O
[0011]有益效果:本發(fā)明提供的球形風速風向傳感器結構，具有如下優(yōu)勢:1、采用增大受風面積的球型結構，有效放大了傳感器的接收信號，抗干擾能力強；2、應力檢測傳感器可以采用金屬應變片或半導體壓阻實現，傳感器可靠且成本低；3、四應力檢測傳感器為電阻型結構，驅動方便，輸出電壓抗干擾性好；4、結構無轉動部件，維護方便；5、可以采用半導體硅作為壓阻傳感器和支撐結構，采用游絲彈簧和塑料球受力結構，能制作厘米尺寸的風速傳感器，因此具有體積小，功耗低的優(yōu)點，便攜性好；6、風速和風向的計算和相對邊的電壓差有關，而不是單個傳感器的輸出，傳感器溫漂小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的俯視結構示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的正視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0015]如圖1、圖2所不為一種球形風速風向傳感器結構,屬于一種基于應力測量的球形二維風速風向傳感器結構，包括支撐基座1、四組結構完全相同的支撐桿連接結構和球狀感應裝置4，在支撐基座I的水平支撐面上定義一個正方形S，記正方形S的兩條對角線的交點為0，垂直于正方形S且經過交點O的直線為I ;每組支撐桿連接結構包括一根支撐桿、一個彈性結構和一根彈簧，所述四根支撐豎直固定在支撐基座I的水平支撐面上，且四根支撐柱底端分別位于所述正方形S的四個頂點上；所述彈性結構安裝在支撐柱上部正對直線I的位置，在彈性結構可變形位置處的根部設置有應力檢測傳感器，所述彈簧的一端與彈性結構固定，另一端與球狀感應裝置4固定；所述球狀感應裝置4與四根彈簧的四個固定點分別位于其兩條垂直相交的直徑的兩個端點；初始狀態(tài)，所述球狀感應裝置4懸于支撐基座I的上方，且球狀感應裝置4的球心位于直線I上。
[0016]所述彈性結構為單端固定的懸臂梁結構、雙端固定的固定梁結構或四周固定的薄膜結構；所述彈性結構與彈簧的連接部位為彈性結構的中部；所述應力檢測傳感器為金屬應變片或半導體壓阻；所述支撐基座I為方形或圓形薄盤結構。
[0017]如圖1、圖2所示，按順時針方向，記四根支撐桿分別為第一支撐桿21、第二支撐桿22、第三支撐桿23和第四支撐桿24，相對應的彈性結構分別為第一彈性結構61、第二彈性結構、第三彈性結構63和第四彈性結構，
[0018]相對應的應力檢測傳感器分別為第一應力檢測傳感器51、第二應力檢測傳感器、第三應力檢測傳感器53和第四應力檢測傳感器，相對應的彈簧分別為第一彈簧31、第二彈簧32、第三彈簧33和第四彈簧34。
[0019]當風沿某一水平方向吹過整個傳感器結構，將帶動中心的球狀感應裝置4沿風向位移，位移會造成連接不同支撐桿上的彈簧產生相應的形變，風下游ー側的彈簧壓縮，上游ー側彈簧壓縮，上述力的變化通過彈性結構將應カ分別傳給應カ檢測傳感器。這些傳感器的輸出電壓與風速W和風向D的關系可以用如下公式計算：
【權利要求】
1.一種球形風速風向傳感器結構，其特征在于:包括支撐基座(I)、四組結構完全相同的支撐桿連接結構和球狀感應裝置(4)，在支撐基座(I)的水平支撐面上定義一個正方形S，記正方形S的兩條對角線的交點為O，垂直于正方形S且經過交點O的直線為I ;每組支撐桿連接結構包括一根支撐桿、一個彈性結構和一根彈簧，所述四根支撐豎直固定在支撐基座(I)的水平支撐面上，且四根支撐柱底端分別位于所述正方形S的四個頂點上；所述彈性結構安裝在支撐柱上部正對直線I的位置，在彈性結構可變形位置處的根部設置有應力檢測傳感器，所述彈簧的一端與彈性結構固定，另一端與球狀感應裝置(4)固定；所述球狀感應裝置(4)與四根彈簧的四個固定點分別位于其兩條垂直相交的直徑的兩個端點；初始狀態(tài)，所述球狀感應裝置(4)懸于支撐基座(I)的上方，且球狀感應裝置(4)的球心位于直線I上。
2.根據權利要求1所述的球形風速風向傳感器結構，其特征在于:所述彈性結構為單端固定的懸臂梁結構、雙端固定的固定梁結構或四周固定的薄膜結構；所述彈性結構與彈簧的連接部位為彈性結構的中部。
3.根據權利要求1所述的球形風速風向傳感器結構，其特征在于:所述應力檢測傳感器為金屬應變片或半導體壓阻。
4.根據權利要求1所述的球形風速風向傳感器結構，其特征在于:所述支撐基座(I)為方形或圓形薄盤結構。
5.根據權利要求1所述的球形風速風向傳感器結構，其特征在于:所述球狀感應裝置(4)為球型、圓柱型或橢球型。
【文檔編號】G01P13/02GK103543287SQ201310534156
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權日:2013年10月31日
【發(fā)明者】秦明, 胡世鑌, 陳實 申請人:東南大學