嵌入式風速風向測量系統及測量方法
2023-04-28 20:56:01
嵌入式風速風向測量系統及測量方法
【專利摘要】本發明針對野外可攜式設備，提出了一種嵌入式風速風向測量系統及測量方法，通過高靈敏度磁性葉輪和電子羅盤，可以方便實現野外可攜式設備上的風速風向測量。高靈敏度磁性葉輪和風速風向測量電路安裝於一個殼體內，微處理器通過磁感應電路測量風速，根據測量過程中最大風速對應的電子羅盤方位角測量風向。本發明具有設計簡潔、生產方便、一致性好等特點。
【專利說明】嵌入式風速風向測量系統及測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種氣象用嵌入式風速風向測量系統及測量方法。
【背景技術】
[0002] 目前風速風向的測量多採用大型機械式結構，雖然精度相對較高，但是由於安裝 使用複雜，無法在野外可攜式設備上使用。
【發明內容】
[0003] 本發明針對野外可攜式設備，提出了一種嵌入式風速風向測量系統及測量方法， 通過高靈敏度磁性葉輪和電子羅盤，可W方便實現野外可攜式設備上的風速風向測量。
[0004] 本發明包括葉輪裝置、測量電路、微處理器，其特徵在於所述葉輪裝置為磁性葉 輪。其中，測量電路包括繞線電感、電容和運算放大器，且繞線電感沿垂直於磁性葉輪的切 線方向安裝。，用於探測葉輪旋轉速度。
[0005] 優選的，葉輪裝置包括高靈敏度軸承、輕質葉片和外框。
[0006] 優選的，葉輪外框開槽，用於安裝固定膠圈。
[0007] 優選的，所述磁性葉輪經過磁化處理並具有穩定磁場。
[0008] 優選的，軸承上設置有調節旋鈕。
[0009] 優選的，該風速風向測量系統，還包括電子羅盤。
[0010] 優選的，所述電子羅盤、所述葉輪裝置和測量電路安裝於所述殼體內。
[0011] 優選的，本發明裝置測到的風速和風向信息通過通訊系統傳輸至終端設備，用於 存儲和顯示，終端設備可W為移動或非移動的計算機、顯示器等；在該通訊系統或顯示系統 的終端將測量結果展示給用戶。
[0012] 本發明採用的風速測量方案是針對高靈敏度葉輪進行特殊磁化處理，產生磁性效 果。而用於檢測的繞線電感對於葉輪轉動引起的磁場變化產生微弱的電流變化，經過運算 放大器進行信號放大後，轉換成輸出頻率的變化，該樣，葉輪的轉速就和運算放大器的信號 輸出頻率產生了對應關係，微處理器只需要測量運算放大器的信號輸出頻率即可計算葉輪 轉速，並通過葉輪轉速和風速對照表來得到當前的風速。
[0013] 本發明採用的風向測量方案是通過使用電子羅盤，結合最大風速測量來確定風 向。電子羅盤用於記錄可攜式設備當前的朝向。當可攜式設備迎風緩慢轉動一圈後，微處理 器實時記錄設備轉動過程中電子羅盤的朝向信息和對應的風速信息，通過確定最大風速， 即可得到當前風向。與常規的風向標式風向測量方法相比，具有應用簡單，快速的特點。
[0014] 本發明專利具有設計簡潔、生產方便、一致性好，使用簡便的特點，便於實現便攜 式設備上的風速風向測量，結合可攜式設備的顯示、存儲、通訊、定位功能，可W方便的實現 野外的風速風向測量和上報功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖I.本發明專利風速風向測量結構示意圖，並作為摘要附圖。
[001引圖中；1.高靈敏度磁性葉輪，2.靈敏度調節旋鈕，3.繞線電感，4.電容，5.運算放 大器，6.電子羅盤,7.微處理,8.殼體。
[0017] 圖2.本發明專利風速測量電路原理圖。
[001引圖中；L.繞線電感，C.電容，UL運算放大器。
[0019] 圖3.本發明專利風速風向測量系統框圖。
【具體實施方式】
[0020] [010] 嵌入式風速風向測量系統由小型高靈敏度磁性葉輪裝置、風速測量電路、 風向測量電路組成，如圖1所示。
[0021] [011]圖1中，1為小型高靈敏度磁性葉輪，由高靈敏度軸承、輕質葉片和外框組 成；葉輪經過磁化處理，使其具有穩定磁場；軸承上裝配調節旋鈕2,用於調節葉輪靈敏度； 葉輪外框開槽，用於安裝固定膠圈，方便安裝、拆卸。
[0022] [012] 高靈敏度磁性葉輪固定於測量電路板上方，繞線電感3正對葉輪切線方 向，W便在葉輪轉動時，可W獲得最大的磁感應電動勢，微型電子羅盤內置於測量電路中， 微處理器負責風速風向信號的採集和轉換。
[002引 [013]圖2為風速測量電路原理圖。在測量風速時，圖1中的繞線電感3對應於 圖2中的電感L圖1中的儲能電容4對應於圖2中的電容C，圖1中的運算放大器5對應 於圖2中的運放U1。當圖1中的高靈敏度磁性葉輪1受到風力轉動時，和繞線電感3發生 切割磁力線作用，產生微弱電流，該電流信號經過運算放大器5的放大後，轉變成微處理器 可W檢測到的頻率波形，最終由微處理器轉化成葉輪轉速。由於在一定的風速範圍內，葉輪 的轉速與風速大小滿足線性關係式（1):
【權利要求】
1. 嵌入式風速風向測量系統，包括葉輪裝置、測量電路、微處理器，其特徵在於所述葉 輪裝置為磁性葉輪，所述磁性葉輪經過磁化處理並具有穩定磁場。
2. 如權利要求1所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於所述測量電路包括繞線 電感，所述繞線電感沿垂直於磁性葉輪的切線方向安裝。
3. 如權利要求1所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於所述測量電路為繞線電 感、電容和運算放大器等器件的組合。
4. 如權利要求1所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於所述葉輪裝置包括高靈 敏度軸承、輕質葉片和外框。
5. 如權利要求4所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於葉輪外框開槽，用於安 裝固定膠圈，在所述軸承上設置有調節旋鈕。
6. 如權利要求1所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於還包括電子羅盤。
7. 如權利要求6所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於所述電子羅盤、所述葉 輪裝置和測量電路安裝於同一殼體內。
8. 如權利要求7所述的嵌入式風速風向測量系統，其特徵在於還包括通訊系統或顯示 系統。
9. 如權利要求1所述的嵌入式風速風向測量系統的測量方法，其特徵在於利用葉輪旋 轉速度與風速之間的對應關係來測得風速，具體的對應關係為葉輪的轉速與風速大小滿足 線性關係式： W=a · X+b 其中，W為當前風速，X為葉輪轉速，a為轉速因子，b為轉速偏移。
10. 如權利要求7所述的嵌入式風速風向測量系統的測量方法，其特徵在於所述殼體 迎風水平旋轉時，確定風速最大時測量儀器面向的方向，並通過電子羅盤與該方向的對應 關係獲得當如風向。
【文檔編號】G01P13/02GK104237553SQ201310225214
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月6日 優先權日:2013年6月6日
【發明者】馬坤, 任旭東 申請人:上海果凡科技有限公司