風速風向傳感器的製作方法

2023-05-26 21:24:21 3

本發明屬於氣象傳感器，具體涉及一種風速風向傳感器。

背景技術：

氣象傳感器是為彈道修正提供橫風風速、氣溫、氣壓等環境參數的一種傳感器。目前的氣象傳感器普遍存在以下不足：其一，僅能從環境中採集到橫風矢量，無法獨立表徵風速和風向；其二，信號採集裝置中橫風風速、氣溫和氣壓的測量元件及其驅動電路均組裝在同一組件中，各元器件在機械結構上相互交叉幹涉，既影響傳感器的測量精度，又不利於實現各功能模塊的單獨維修和更換。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服上述不足，提供一種測量數據直觀準確，抗幹擾能力強、性能穩定，具備更高維修性和互換性的風速風向傳感器。

本發明採用的技術方案：一種風速風向傳感器，它包括信號採集部、數字電源部和底座支撐部，信號採集部用於對環境風速、風向和溫度信號進行採集，並將採集到的信號傳送給數字電源部；數字電源部用於採集氣壓信號，數字電源部同時對採集到的氣壓、環境風速、風向和溫度信號進行處理並轉化為數位訊號；底座支撐部用於支撐所述傳感器整機，同時底座支撐部作為所述傳感器與外部控制系統進行通信的電氣接口。

進一步地，所述信號採集部由頂蓋、縱風組件、風籠組件、橫風組件、外筒和第一電連接器組成；縱風組件倒置安裝於風籠組件上方，橫風組件設置在風籠組件下方，頂蓋通過螺紋與風籠組件上端連接，設置在縱風組件外部，作為其防護外殼；外筒通過螺紋與風籠組件下端連接，設置在橫風組件外部，作為其防護外殼；外筒下端有一組均布的徑向螺紋孔，使其兼具信號採集部與數字電源部2連接的機械接口功能；第一電連接器與縱風組件和橫風組件的數據導線連接，作為信號採集部與數字電源部通信的電氣接口；

所述風籠組件由上盤、過線管、隔板、下盤和支柱組成；外徑一致的4根過線管與16根支柱相互間隔18°均勻分布在一個中心圓上，過線管和支柱的柱體貫穿隔板，且過線管和支柱的兩端分別與上盤和下盤進行鉚接，形成一籠狀結構，為熱膜敏感體的信號採集提供一個相對穩定的「風場」；4根過線管用於穿引縱風組件的數據導線；隔熱板與16根支柱中互成90°分布的4根焊接，固定在風籠的中間位置，用於隔離開上下兩個熱膜敏感體，防止二者之間出現熱串擾；

所述縱風組件由縱風座、縱風熱敏板、縱風熱膜敏感體、縱風溫補電阻、縱風墊板、溫度傳感器、溫感座、第一組六角銅柱、縱風板和縱風蓋組成；縱風熱膜敏感體和縱風溫補電阻設置在縱風熱敏板上，用於採集縱向的風速和風向信號；縱風熱敏板前後安裝面設置有縱風墊板，並安裝在縱風座的長槽內，以緊定螺釘調整並固定在組件中心位置；用於採集環境氣溫信號的溫度傳感器設置在溫感座內，溫感座以緊定螺釘固定在縱風座的相應圓槽內；縱風座上設置有法蘭式分隔結構，可有效消除縱風熱膜敏感體對溫度傳感器的影響；縱風座下部設置有第一組六角銅柱，縱風板以螺釘固定在第一組六角銅柱上，作為縱風熱膜敏感體的驅動電路；縱風座下端設置有縱風蓋，對電路部分起密封防護作用；

所述橫風組件由橫風座、橫風熱敏板、橫風熱膜敏感體、橫風溫補電阻、橫風墊板、第二組六角銅柱、橫風板和橫風蓋組成；橫風熱膜敏感體與橫風溫補電阻設置在橫風熱敏板上，用於採集橫向的風速和風向信號；橫風熱敏板的左右兩側安裝面分別設置有橫風墊板，一併安裝在橫風座的長槽內，以緊定螺釘調整並固定在組件中心位置；橫風座的下部設置有第二組六角銅柱，橫風板以螺釘固定在第二組六角銅柱上，作為橫風熱膜敏感體的驅動電路；橫風座的下端設置有橫風蓋，對電路部分起密封防護作用；縱風組件的縱風熱膜敏感體與橫風組件的橫風熱膜敏感體的軸線在水平方向相互垂直成90°；

所述數字電源部由連接件、支撐管、電源支架、套筒、氣壓電源板、數字通信板、氣壓傳感器、電源模塊、電源濾波器、管體、三通接頭、小導管、通氣管、第二電連接器和第三電連接器組成；連接件和支撐管焊接成一體，作為部件的防護外殼和框架；連接件上端設置有一組徑向錐口沉孔，使其兼具數字電源部與信號採集部連接的機械接口功能；支撐管下端設置有一組徑向螺紋孔，使其兼具數字電源部與底座支撐部連接的機械接口功能；電源支架設置在連接件和支撐管內腔，以一組螺釘固定；第二電連接器設置在電源支架的上端，作為與信號採集部通信的電氣接口；電源支架下部兩側分別設置有氣壓電源板和數字通信板；氣壓傳感器和電源模塊設置在氣壓電源板上，電源模塊用於為傳感器整機供電；氣壓傳感器的出口設置有管體，該管體依次連接三通接頭和小導管，最終與設置在支撐管下部的兩個通氣管相連，從而實現對環境氣壓信號的採集；數字通信板與氣壓電源板通過背面的排插進行連接通信，用於對採集到的風速、風向、氣溫、氣壓等模擬信號進行處理並轉換為數位訊號；電源濾波器設置在電源支架下部，以螺釘固定；套筒設置在電源支架外部，通過螺紋與電源支架連接，對上述電子元器件及其電路起防護作用；第三電連接器與組件的各條數據導線相連，作為數字電源部與底座支撐部通信的電氣接口；

所述的底座支撐部由底座、底盤、絲圈、第四電連接器和電纜組成；第四電連接器設置在底座上端，作為與數字電源部通信的電氣接口；底座下端與底盤焊接成一體，支撐起傳感器整機；底座上端設置有一組徑向錐口沉孔，使其兼具底座支撐部與數字電源部連接的機械接口功能；底盤作為傳感器與外部結構相連接的機械接口；絲圈設置在底盤下端，用於部件內腔的密封；電纜的引線端穿過絲圈和底盤，在底座內腔與第四電連接器相連，作為傳感器與外部控制系統進行通信的電氣接口。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：1、通過兩個正交設置的熱膜敏感體採集的信號，矢量合成環境的風速、風向信號，測量結果直觀、準確；2、環境風速、風向、氣溫、氣壓等測量裝置在結構和功能上均實現了相互獨立，避免了測量結果的相互影響，有利於對任一功能模塊進行單獨更換和維修；3、輸出的測量結果為數位訊號，抗幹擾能力更強，性能更穩定。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明中信號採集部的結構示意圖；

圖3是本發明中風籠組件的結構示意圖；

圖4是本發明中縱風組件的剖面結構示意圖；

圖5為本發明中縱風組件的側面結構示意圖；

圖6是本發明中橫風組件的剖面結構示意圖；

圖7為本發明中橫風組件的側面結構示意圖；

圖8是本發明中數字電源部的結構示意圖；

圖9是圖8中沿剖面線a-a的剖面示意圖；

圖10是本發明中底座支撐部的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發明的風速風向傳感器主要包括信號採集部1、數字電源部2和底座支撐部3等三大部分。其中，信號採集部用於對環境風速、風向和溫度信號進行採集；數字電源部用於採集氣壓信號、對採集到的所有模擬信號進行處理並轉化為數位訊號，以及為傳感器供電；底座支撐部分用於支撐起傳感器整機，併兼備傳感器與外部系統進行連接的機械接口和電氣接口的功能。

所述的信號採集部1（圖2）由頂蓋4、縱風組件5、風籠組件6、橫風組件7、外筒8和第一電連接器9組成。縱風組件5倒置安裝於風籠組件6上方，橫風組件7設置在風籠組件6下方，縱風組件5與橫風組件7各自的熱膜敏感體的軸線在水平方向相互垂直成90°，分別用於採集縱向（平行於傳感器安裝方向）和橫向（水平垂直於傳感器安裝方向）的環境風速和風向。頂蓋4通過螺紋與風籠組件6上端連接，設置在縱風組件5外部，作為其防護外殼。外筒8通過螺紋與風籠組件6下端連接，設置在橫風組件7外部，作為其防護外殼；外筒8下端有一組均布的徑向螺紋孔，使其兼具信號採集部1與數字電源部2連接的機械接口功能。第一電連接器9與縱風組件5和橫風組件7的數據導線連接，作為信號採集部1與數字電源部2通信的電氣接口。

所述的風籠組件6（圖3）包括上盤10、過線管11、隔板12、下盤13和支柱14。外徑一致的4根過線管11與16根支柱14相互間隔18°均勻分布在特定的中心圓上，柱體貫穿隔板12，兩端分別與上盤10和下盤13進行鉚接，形成一個籠狀結構，為熱膜敏感體的信號採集提供一個相對穩定的「風場」；4根過線管11用於穿引縱風組件5的數據導線。隔熱板12與16根支柱14中互成90°分布的4根焊接，固定在風籠的中間位置，用於隔離開上下兩個熱膜敏感體，防止二者之間出現熱串擾。

所述的縱風組件5（圖4和圖5）包括縱風熱敏板15、縱風座16、溫度傳感器17、溫感座18、縱風蓋19、縱風熱膜敏感體20、縱風溫補電阻21、縱風墊板22、第一組六角銅柱23和縱風板24。縱風熱膜敏感體20和縱風溫補電阻21設置在縱風熱敏板15上，用於採集縱向（垂直於縱風熱敏板方向）的風速和風向信號；縱風熱敏板15前後安裝面設置有縱風墊板22，一併安裝在縱風座16的長槽內，以緊定螺釘調整並固定在組件中心位置。用於採集環境氣溫信號的溫度傳感器17設置在溫感座18內，溫感座18以緊定螺釘固定在縱風座16的相應圓槽內；縱風座16自帶法蘭式分隔結構，可有效消除縱風熱膜敏感體20對溫度傳感器17的影響。縱風座16下部設置有第一組六角銅柱23，縱風板24以螺釘固定在第一組六角銅柱23上，作為縱風熱膜敏感體20的驅動電路。縱風座16下端設置有縱風蓋19，對電路部分起密封防護作用。

所述的橫風組件7（圖6和圖7）包括橫風熱膜敏感體25、橫風溫補電阻26、橫風熱敏板27、橫風座28、橫風蓋29、橫風墊板30、第二組六角銅柱31和橫風板32。橫風熱膜敏感體25與橫風溫補電阻26設置在橫風熱敏板27上，用於採集橫向（垂直於橫風熱敏板方向）的風速和風向信號；橫風熱敏板27的左右兩側安裝面分別設置有橫風墊板30，一併安裝在橫風座28的長槽內，以緊定螺釘調整並固定在組件中心位置；橫風座28的下部設置有第二組六角銅柱31，橫風板32以螺釘固定在第二組六角銅柱31上，作為橫風熱膜敏感體25的驅動電路。橫風座28的下端設置有橫風蓋29，對電路部分起密封防護作用。

所述的數字電源部2（圖8和圖9）包括連接件33、支撐管34、通氣管35、小導管36、第二電連接器37、電源支架38、套筒39、氣壓傳感器40、電源模塊41、氣壓電源板42、數字通信板43、管體44、電源濾波器45、三通接頭46和第三電連接器47。連接件33和支撐管34焊接成一體，作為部件的防護外殼和框架；連接件33上端設置有一組徑向錐口沉孔，使其兼具數字電源部2與信號採集部1連接的機械接口功能；支撐管34下端設置有一組徑向螺紋孔，使其兼具數字電源部2與底座支撐部3連接的機械接口功能。電源支架38設置在連接件33和支撐管34內腔，以一組螺釘固定。第二電連接器46設置在電源支架38的上端，作為與信號採集部1通信的電氣接口。電源支架38下部兩側分別設置有氣壓電源板42和數字通信板43。氣壓傳感器40和電源模塊41設置在氣壓電源板42上，電源模塊41用於為傳感器整機供電；氣壓傳感器40的出口設置有管體44，所述管體44依次連接三通接頭46和小導管36，最終與設置在支撐管下部的兩個通氣管35相連，從而實現對環境氣壓信號的採集。數字通信板43與氣壓電源板42通過背面的排插進行連接通信，用於對採集到的風速、風向、氣溫、氣壓等模擬信號進行處理並轉換為數位訊號。電源濾波器45設置在電源支架38下部，以螺釘固定。套筒39設置在電源支架38外部，通過螺紋與電源支架38連接，對上述電子元器件及其電路起防護作用。第三電連接器47與組件的各條數據導線相連，作為數字電源部2與底座支撐部3通信的電氣接口。

所述的底座支撐部3（圖10）包括第四電連接器48、底座49、絲圈50、底盤51和電纜52。第四電連接器48設置在底座49上端，作為與數字電源部2通信的電氣接口。底座49下端與底盤51焊接成一體，支撐起傳感器整機；底座49上端設置有一組徑向錐口沉孔，使其兼具底座支撐部3與數字電源部2連接的機械接口功能；底盤51作為傳感器與外部結構相連接的機械接口。絲圈50設置在底盤51下端，用於部件內腔的密封。電纜52的引線端穿過絲圈50和底盤51，在底座49內腔與第四電連接器48相連，作為傳感器與外部控制系統進行通信的電氣接口。