可攜式近地層風速廓線儀的製作方法

2023-05-18 12:14:36 1

專利名稱：可攜式近地層風速廓線儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量空氣流場的電子設備領域，尤其是一種專門用於測 量風沙環境條件下的空氣流場的可攜式近地層風速廓線儀。
背景技術：
我國是世界上遭受風沙危害最嚴重的國家之一，因風沙問題每年造成的直接損失高達540億元。風沙災害已嚴重危害人民生活、制約社會經濟協調發 展，成為中華民族的心腹之患。如何有效治理風沙災害問題已經成為廣泛關 注的焦點。風作為風沙災害的主要營力，在防沙治沙研究中，不同高度風速 風向的測量是防沙治沙工程設計中參照的重要物理參數。因此氣流性質、風 速大小及其方向都必須在野外實驗觀測過程中進行解決。實用新型內容(一) 要解決的技術問題本實用新型的目的是針對上述現有技術的不足，提供一種可以在野外實 驗觀測過程檢測氣流性質、風速大小及其方向等的測試儀器，即可攜式近地 層風速廓線儀。(二) 技術方案為實現上述目的，本實用新型釆用如下技術方案本實用新型所述的可攜式近地層風速廓線儀，包括測風觀測支架、安裝 在支架上的風速傳感器、風向傳感器，以及風速測量控制存儲器，其中所述 風速測量控制存儲器包括CR10X數據採集器、通信接口和供電電路；CR10X 數據採集器用於接收風速傳感器、風向傳感器傳來的信號，並進行分析處理 與存儲，再由通信接口輸出到PC機或計算機。所述供電電路是交流電充電電路或太陽能充電電路。
所述通信接口是232串行口 。所述測風觀測支架包括底座、安裝在底座上首尾順次連接的伸縮管、安 裝在各個伸縮管上的若干個傳感器支杆、以及用於固定支架的縴繩機構，風 速傳感器安裝在其中一個傳感器支杆上，風向傳感器安裝在頂端部的伸縮管 的頂端。所述風速傳感器、風向傳感器外各自設有防沙罩。所述風速傳感器通過軸承安裝在伸縮管上，風向傳感器通過軸承安裝在 傳感器支杆上。所述供電電路中還設有供電電路避雷器和信號避雷器，所述測風觀測支 架上設有避雷針。這種帶有避雷設備的野外可攜式風速廓線儀可以保障其在 雷電天氣中正常使用，保護相關設備安全。 (三)有益效果本實用新型所述的可攜式近地層風速廓線儀的優點和積極效果是1、本實用新型提供了一種適應野外的可攜式近地層風速廓線儀，它通過 CR10X數據採集器，將傳感器中的風杯和風向標的圈數和方向轉換成平均風 速值和風速方位，並進行相應的分析處理與存儲，再通過通信接口將數據傳 輸到筆記本和PC機。基於這些數據，通過軟體處理，得到相關風速廓線數據。2、本實用新型主要包括傳感器、可攜式測風觀測支架、採集處理器、供 電電路以及通信接口。其中風速、風向傳感器採用軸承式結構，並增加有一 對防沙迷宮罩，是用於風沙天氣下的風速、風向測試設備，不用時將傳感器 儲存在期間在一個具有保護作用的特製箱子；風速測量控制存儲器、供電電 路以及通信接口集成在一個鐵製的機箱，機箱裡的CR10X數據釆集器、避雷 器(供電電路、信號)、232串行口、供電電路、變壓器、供電電路控制器等共 同組成風速廓線控制存儲電路。這種帶有避雷設備的野外可攜式風速廓線儀 可以保障其在雷電天氣中正常使用，保護相關設備安全。3、本實用新型採用積木式結構，可根據實際需要增加風速傳感器和其他 配置，組裝靈活，維修方便。同時可以連接各類開關量風速傳感器、由計數 原理的風杯傳感器取消了風速表的齒輪和零部件，採用插件式接口，避免沙 粒卡住風杯的現象，從而減小風杯的起動風速，提高了本實用新型的可靠性。4、 本實用新型的傳感器支架拆卸可作線軸，組裝後可將風杯倒掛，用以測量平坦地表2cm以及以下的風沙流挾沙風速。對於其他下墊面，根據實際 情況也可進行相關測量。5、 本實用新型的輕便簡單，減少了科研人員勞動強度，減輕了科研人員 的數據挑選與人工輸入數據。6、 本實用新型的可測量9個不同高度的風速、風向，它們的測量範圍分 別0 30m/s、 0~360°;起動風速風向(^0.5m/s)、風速(^0.7m/s);精度風向 ($0.5。)、風速(^).lm/s);工作環境-20°C~50°C。7、 本實用新型釆用CR10X數據採集器技術，設置了交流電、太陽能充 電電路，增加了 232數據串行口與筆記本電腦或PC機直接連接，具有非易失 性存儲記憶功能，具有較高的精度、靈活性以及長期的穩定性。8、 本實用新型的風速、風向數據釆集嚴格按照氣象標準風速、風向每 3秒取一個樣本值，作為瞬時風速、風向；以3秒為步長分別計算1分鐘、10 分鐘的滑動平均值。


圖i是本實用新型所述的可攜式近地層風速廓線儀的結構示意圖；圖2是本實用新型中的風速測量控制存儲器的電路結構框圖。 圖中1.底座；2、 9、 12伸縮管；3.傳感器支杆；4.鎖緊器；5.鋼絲 繩；6.卸扣；7.拉線內環；8.拉線環；10.風速傳感器；11.風速傳感器傳 輸線；13.避雷針；14.風向傳感器傳輸線；15.風向傳感器；16.風速測量控 制存儲器；17.交流電充電電路；18.太陽能板；19.太陽能充電電路；20.防風 拉機構；21.插釺。
具體實施方式
下面結合附圍，進一步詳細說明本實用新型所述的可攜式近地層風速廓 線儀的具體實施方式
，但不用來限制本實用新型的保護範圍。
如圖l所示，本實用新型的可攜式近地層風速廓線儀包括測風觀測支架、 安裝在支架上的風速傳感器IO、風向傳感器15,以及風速測量控制存儲器。其中所述風速測量控制存儲器16包括CRIOX數據採集器(主要由CRIOX數 據控制模塊、CR10X數據測量模塊組成)、通信接口、供電電路和和避雷器； CRIOX數據採集器用於接收風速傳感器10、風向傳感器15傳來的信號，並 通過它的測量模塊和控制模塊對所接收的信號進行分析處理與存儲，並由通 信接口 232串行口輸出到PC機或計算機。所述測風觀測支架包括底座1,安裝在底座上首尾順次連接的伸縮管2、 9、 12,利用鎖緊器4將伸縮管首尾順次連接形成測風觀測支架主體，安裝在 各個伸縮管上的若干個傳感器支杆3,用來安裝風速傳感器10等各類傳感器， 還可以預留幾個傳感器支杆，以備以後需要時使用。在伸縮圓管與地基之間 設有六根鋼絲繩5，以及3根用於固定底座1、 6根用於固定縴繩的插釺21， 鋼絲繩5、插釺21的目的是防止支架傾倒。本實用新型中的底座1具有良好 的機動性、可裝配性、可運載性，同時所有零部件具有良好的剛度、機械強 度以及耐候性，另外對於傳感器支架可保證傳感器定位空間三維任意位置並 鎖定。相鄰兩根伸縮圓管由鎖緊器4鎖緊。風速傳感器10通過軸承安裝在其 中一個傳感器支杆上，外面設有防沙罩，防沙罩可以是迷宮形狀的，主要使 本實用新型適用於風沙天氣的風速、風向觀測。風向傳感器15(可釆用現有 結構的風向傳感器)通過軸承安裝在頂端部的伸縮管12的頂端，外面設有防 沙罩。在頂端的傳感器支杆上安裝有避雷針13。圖1中的鋼絲繩5、卸扣6、 拉線內環7、拉線環8形成了防風拉機構20，用於固定支架。其中拉線環8通過插銷固定於伸縮管上，卸扣6使鋼絲繩5能夠形成一個固定的環形結， 拉線內環7連接由卸扣6在鋼絲繩5夠形成一個固定環形結與拉線環8。本實用型中，任何現有的防風拉機構都是可行的。如圖1和圖2所示，本實用新型中的風速測量控制存儲器及其供電電路 以及通信接口集成在一個鐵製的機箱內。其中通信接口主要是指傳感器與釆 集處理器之間的通信電纜以及風速測量控制存儲器與PC機或計算機之間的 傳輸接口其可以是232串行口，也可以是其他類型接口。風速測量控制存儲器採用美國CAMPBELL SCIENTIFIC公司生產的CR10X數據採集器，控制 整個系統的數據測量、採集、運算及存貯，具有非易失性存儲記憶功能、精 度高、性能穩定；主要包括控制模塊、測量模塊、SC12和SC12R電纜以及 其他附屬設備，其中控制模塊主要接受傳感器數據，並對數據進行處理傳輸, 控制外設、數據存儲的編程和靜態存儲器，具有允許觀測、傳輸同時進行的 雙任務作業系統，此外具有對射頻屏蔽、抗脈衝幹擾；測量模塊是8通道間 隔定時器SDM-INT8，它將已處理過的定時數據輸出到CR10X中，同時 SDM-INT8有自己的處理器，它可以在數據釆集器處理其他任務的時候完成 自己的數據測量與處理；SC12和SC12R電纜主要用於CR10X通過9針串行 口和外設數據進行數據交換，SC12和SC12R電纜耐用，同時性能穩定。供 電電路可以是交流電充電電路，也可以是太陽能充電電路，或者二者結構均 具備。主要由交流電充電電路17、太陽能充電電路19，供電電路開關、供電 電路變壓器、蓄電池、供電電路避雷器、供電電路控制器、信號避雷器、CR10X 數據採集器組成。室內應用則採用交流充電電路17;野外主要用太陽能充電 電路是由太陽能板18 、太陽能充電電路19、蓄電池組成。變壓器主要用於 交流電對蓄電池充電，民用交流電電壓220v，而蓄電池是12V,因此需要變 壓器。供電電路控制器主要作用是變交流電為直流電，同時電壓穩定。本實 用新型中，測量的風速、風向信號通過傳輸線ll、 14與CR10X數據採集模 塊、測量模塊、控制模塊連接，通過CR10X數據採集器，將風杯和風向標的 圈數和方向，轉換成平均風速和風向，利用232數據串行口和筆記本電腦直 接連接，為測量風速和風向提供基礎性數據。以上為本實用新型的最佳實施方式，依據本實用新型公開的內容，本領 域的普通技術人員能夠顯而易見地想到的一些雷同、替代方案，均應落入本 實用新型保護的範圍。
權利要求1.一種可攜式近地層風速廓線儀，其特徵在於包括測風觀測支架、安裝在支架上的風速傳感器(10)、風向傳感器(15)，以及風速測量控制存儲器(16)，其中所述風速測量控制存儲器(16)包括CR10X數據採集器、通信接口和供電電路；CR10X數據採集器用於接收風速傳感器(10)、風向傳感器(15)傳來的信號，並進行分析處理與存儲，再由通信接口輸出到PC機或計算機。
2. 根據權利要求1所述的可攜式近地層風速廓線儀，其特徵在於所述 供電電路是交流電充電電路或太陽能充電電路。
3. 根據權利要求1所述的可攜式近地層風速廓線儀，其特徵在於所述 通信接口是232串行口。
4. 根據權利要求1所述的可攜式近地層風速廓線儀，其特徵在於所述 測風觀測支架包括底座(1)、安裝在底座上首尾順次連接的伸縮管(2、 9、 12)、安裝在各個伸縮管上的若干個傳感器支杆(3)、以及用於固定支架的 防風拉機構(20),風速傳感器(10)安裝在其中一個傳感器支杆上，風向 傳感器(15)安裝在頂端部的伸縮管(12)的頂端。
5. 根據權利要求4所述的可攜式近地層風速廓線儀，其特徵在於所述 風速傳感器(10)、風向傳感器(15)外各自設有防沙罩。
6. 根據權利要求4所述的可攜式近地層風速廓線儀，其特徵在於所述 風速傳感器(10 )通過軸承安裝在伸縮管(12 )上，風向傳感器(15 )通過 軸承安裝在傳感器支杆上。
7. 根據權利要求1-6之任一所述的可攜式近地層風速廓線儀，其特徵 在於所述供電電路中還設有供電電路避雷器和信號避雷器，所述測風觀測支 架上設有避雷針(13)。
專利摘要本實用新型涉及測量風沙環境條件下空氣流場的可攜式近地層風速廓線儀。包括測風觀測支架、風速風向傳感器及風速測量控制存儲器，風速測量控制存儲器包括CR10X數據採集器、通信接口、供電電路和避雷器。CR10X數據採集器用於接收風速傳感器、風向傳感器傳來的信號，並通過它的測量模塊和控制模塊對所接收的信號進行分析處理與存儲，並由通信接口輸出到PC機或計算機。基於這些數據，通過軟體處理，得到相關風速廓線數據。此外，這種帶有避雷設備的野外可攜式風速廓線儀可以保障其在雷電天氣中正常使用，保護相關設備安全。
文檔編號G01W1/02GK201044000SQ20072014885
公開日2008年4月2日 申請日期2007年4月20日 優先權日2007年4月20日
發明者伍永秋, 張春來, 宏 程, 米季德, 鄒學勇 申請人:北京師範大學