本實(shí)用新型屬于儀器測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用來測量風(fēng)速、風(fēng)向和水平夾角(俯仰角)的傳感器。

背景技術(shù)：

目前，已有的三維風(fēng)速風(fēng)向計(jì)，均由三只螺旋槳風(fēng)速傳感器互成90°安裝。由于其支撐桿均為固定安裝，所以支撐螺旋槳的軸和連桿需盡量細(xì)，以保證在任意方向作用的風(fēng)盡可能不受三個支撐桿的影響，因而該傳感器的測量上限風(fēng)速僅為35米/秒，且無法保證在任意方向的測量值不受三個支撐桿對風(fēng)阻擋的影響。另外還有一種超聲三維風(fēng)速計(jì)，該傳感器的測量上限風(fēng)速也只有30米/秒，實(shí)際應(yīng)用時具有很大的局限性。尤其是這兩種傳感器安裝在運(yùn)動載體上時均無法測量出真實(shí)的風(fēng)參數(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種新型測風(fēng)傳感器，該傳感器的尾翼能隨風(fēng)向的變化而不斷的改變傳感器的方向，使傳感器的前部始終處于無任何阻礙物的迎風(fēng)面上，保證了風(fēng)速測量值的準(zhǔn)確性。使其在運(yùn)動載體上也可準(zhǔn)確測量風(fēng)速、風(fēng)向和俯仰角，從而提高了測量上限，擴(kuò)大了測風(fēng)傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

本實(shí)用新型由螺旋槳、四通體、豎軸、尾翼、底座組合構(gòu)成。其中四通體上分別設(shè)有上斜腔、下斜腔、垂直腔三個安裝腔體和一個水平尾端，上、下斜腔中分別安裝有可作360°旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，水平尾端安裝有尾翼，豎軸的一端設(shè)置在垂直腔內(nèi)，另一端安裝在底座中，從而支撐起傳感器的整體。四通體上的兩只螺旋槳與水平尾端的中心線成30°～45°的對稱安裝，且與尾翼在同一縱切面，四通體可繞豎軸作360°旋轉(zhuǎn)。

本實(shí)用新型的螺旋槳包括槳葉、軸、螺母、軸承、襯套、軸承座、磁鐵盤。軸的外端連接槳葉，內(nèi)端通過螺母、軸承、襯套、軸承座分別安裝在四通體的上斜腔、下斜腔內(nèi)，內(nèi)端頭連接磁鐵盤。兩只安裝在四通體上螺旋槳的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的變化及俯仰角的大小成比例的變化。當(dāng)風(fēng)速與水平成俯角時，上部螺旋槳的轉(zhuǎn)速大于下部螺旋槳的轉(zhuǎn)速，成仰角時下部螺旋槳的轉(zhuǎn)速大于上部螺旋槳的轉(zhuǎn)速，成平角時，兩只螺旋槳的轉(zhuǎn)速相同。

本實(shí)用新型的豎軸，包括霍爾元件、線圈、電路板、支架、支柱、發(fā)光板、光敏板、碼筒、光柵、軸承、軸承座、襯套、調(diào)整螺母。豎軸的外端連接底座，內(nèi)端通過軸承、軸承座、襯套、調(diào)整螺母安裝在四通體的垂直腔內(nèi)，內(nèi)端頭依次設(shè)置有霍爾元件、線圈、電路板、支架、支柱、發(fā)光板、光敏板、碼筒、光柵。發(fā)光板和光敏板固定在支架上，發(fā)光板、光敏板通過導(dǎo)線與電路板相連；碼筒安裝在發(fā)光板與光敏板之間，可隨尾翼繞豎軸旋轉(zhuǎn)；風(fēng)向部分的測量是通過安裝在四通體豎軸內(nèi)的光電編碼器完成的。

在本實(shí)用新型中，上部螺旋槳的信號轉(zhuǎn)換采用霍爾元件完成，下部螺旋槳的信號轉(zhuǎn)換采用電感線圈完成，當(dāng)風(fēng)速變化時，螺旋槳的轉(zhuǎn)速也隨著改變，并帶動風(fēng)速軸一起轉(zhuǎn)動，安裝在風(fēng)速軸上的磁鐵盤同步旋轉(zhuǎn)，從而通過磁鐵盤與霍爾元件和電感線圈的相互作用產(chǎn)生感應(yīng)信號，然后電路板上的相關(guān)電路組合將該感應(yīng)信號進(jìn)行放大、濾波、整形、比較后，輸入到安裝在電路板上的單片機(jī)中。俯仰角的測量是通過兩個螺旋槳轉(zhuǎn)速的差異，經(jīng)單片機(jī)程序計(jì)算得出，如風(fēng)速為俯角時，上部的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度將大于下部的螺旋槳的轉(zhuǎn)速，根據(jù)矢量解析原理，由單片機(jī)可解算出所對應(yīng)的角度的大小。在任意位置，發(fā)光管發(fā)出的光信號經(jīng)過碼筒后，由光敏部分將編碼信號傳送給單片機(jī)，該編碼信號經(jīng)單片機(jī)計(jì)算、對比后，可得出當(dāng)前位置的風(fēng)向度數(shù)。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，最大測量風(fēng)速可達(dá)80米/秒，顯著提高了測風(fēng)傳感器的技術(shù)性能，解決了單點(diǎn)測量多年存在的老問題，保證了測量數(shù)據(jù)的一致性。同時拓展了該傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，市場前景極為廣闊。

附圖說明

附圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖

附圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)示意圖

圖中標(biāo)注：1.螺旋槳 2.四通體 3.豎軸 4.尾翼 5.底座 11.槳葉 12.軸 13.螺母 14.軸承 15.襯套 16.軸承座 17.磁鐵盤 21.上斜腔 22.下斜腔 23.垂直腔 24.水平尾端 31.霍爾元件 32.線圈 33.電路板 34.支架 35.支柱 36.發(fā)光板 37.光敏板 38.碼筒 39.光柵 3A.軸承 3B.軸承座 3C.襯套 3D.調(diào)整螺母

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行具體說明：

參考附圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例由螺旋槳1、四通體2、豎軸3、尾翼4、底座5組合構(gòu)成。其中四通體2上分別設(shè)有上斜腔21、下斜腔22、垂直腔23三個安裝腔體和一個水平尾端24，上斜腔21、下斜腔22中分別安裝有可作360°旋轉(zhuǎn)的螺旋槳1，水平尾端安裝有尾翼4，豎軸3的一端設(shè)置在垂直腔內(nèi)，另一端安裝在底座5中，從而支撐起傳感器的整體。四通體2上的兩只螺旋槳與水平尾端的中心線成45°的對稱安裝，且與尾翼在同一縱切面，四通體2可繞豎軸3作360°旋轉(zhuǎn)。

參考附圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例的螺旋槳1包括槳葉11、軸12、螺母13、軸承14、襯套15、軸承座16、磁鐵盤17；軸12的外端連接槳葉11，內(nèi)端通過螺母13、軸承14、襯套15、軸承座16分別安裝在四通體2的上斜腔21、下斜腔22內(nèi)，內(nèi)端頭連接磁鐵盤17。兩只螺旋槳的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的變化及俯仰角的大小成比例的變化；當(dāng)風(fēng)速與水平成俯角時，上部螺旋槳的轉(zhuǎn)速大于下部螺旋槳的轉(zhuǎn)速，成仰角時下部螺旋槳的轉(zhuǎn)速大于上部螺旋槳的轉(zhuǎn)速，成平角時，兩只螺旋槳的轉(zhuǎn)速相同。

本實(shí)用新型實(shí)施例的豎軸3，包括霍爾元件31、線圈32、電路板33、支架34、支柱35、發(fā)光板36、光敏板37、碼筒38、光柵39、軸承3A、軸承座3B、襯套3C、調(diào)整螺母3D；豎軸3的外端連接底座5，內(nèi)端通過軸承3A、軸承座3B、襯套3C、調(diào)整螺母3D安裝在四通體2的垂直腔23內(nèi)，內(nèi)端頭上依次設(shè)置有霍爾元件31、線圈32、電路板33、支架34、支柱35、發(fā)光板36、光敏板37、碼筒38、光柵39。發(fā)光板36和光敏板37固定在支架34上，發(fā)光板36、光敏板37通過導(dǎo)線與電路板33相連；碼筒38安裝在發(fā)光板36與光敏板37之間，可隨尾翼繞豎軸3旋轉(zhuǎn)；在任意位置，發(fā)光管發(fā)出的光信號經(jīng)過碼筒后，由光敏部分將編碼信號傳送給電路板33上的單片機(jī)，該編碼信號經(jīng)單片機(jī)計(jì)算、對比后，得出當(dāng)前位置的風(fēng)向度數(shù)。

實(shí)際工作中，當(dāng)風(fēng)速變化時，上、下兩只螺旋槳及分別安裝在其風(fēng)速軸上的磁鐵盤與之同步旋轉(zhuǎn)。位于上部螺旋槳磁鐵盤正下方的霍爾元件，可測量到磁鐵盤外沿的磁鋼經(jīng)過時產(chǎn)生的感應(yīng)信號，并將該感應(yīng)信號送到安裝在電路板上的單片機(jī)。位于下部螺旋槳磁鐵盤下面的電感線圈，可感應(yīng)到磁鐵盤外沿的磁鋼經(jīng)過時產(chǎn)生的感應(yīng)信號，并將該感應(yīng)信號進(jìn)行放大、濾波、整形、比較后，送到安裝在電路板上的單片機(jī)。

本實(shí)用新型實(shí)施例的電感線圈位于霍爾元件的下部且圍繞霍爾元件一周，以確保四通體部分360°旋轉(zhuǎn)時，在任意位置均能檢測到下部磁鐵盤轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的感應(yīng)信號，同時上下兩只磁鐵盤對霍爾元件和電感線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號相互之間不產(chǎn)生干擾。俯仰角的測量是通過兩個螺旋槳轉(zhuǎn)速的差異，經(jīng)單片機(jī)程序計(jì)算得出，如風(fēng)速為俯角時，上部的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度將大于下部的螺旋槳的轉(zhuǎn)速，根據(jù)矢量解析原理，由單片機(jī)可解算出所對應(yīng)的角度的大小。

本實(shí)用新型的實(shí)施例的為了將傳感器豎軸的直徑盡量減小，減少其對風(fēng)速測量的影響，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上采用了比較適合此安裝方式的發(fā)光管和光敏管，使發(fā)光元件經(jīng)過碼道到達(dá)光敏元件形成一個完整且緊密的統(tǒng)一體，在不影響每個碼道接受靈敏度的情況下，有效地避免相鄰碼道之間的串?dāng)_。

本實(shí)用新型實(shí)施例達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)為：