專利名稱：一種便攜式風(fēng)速測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式風(fēng)速測量裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)速儀是用于氣象臺、化工、電站、工礦企業(yè)等單位用于記錄風(fēng)的行程并且觀測瞬時風(fēng)速的裝置，實現(xiàn)風(fēng)速指示的數(shù)字化和自動化，對相關(guān)單位具有重要的現(xiàn)實意義。目前國內(nèi)外的風(fēng)速儀主要分為三類，第一類為螺旋槳式風(fēng)向風(fēng)速傳感器，風(fēng)速測量是利用一個低慣性的三葉螺旋槳作為感應(yīng)元件，槳葉隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)并帶動風(fēng)速碼盤進行光電掃描輸出相應(yīng)的電脈沖信號，這種螺旋槳式風(fēng)速傳感器禁錮性較差，動態(tài)性能一般。第二類為三杯式風(fēng)速傳感器，其感應(yīng)元件是三杯風(fēng)組件，由三個碳纖維風(fēng)杯和風(fēng)架組成，旋轉(zhuǎn)器為多齒轉(zhuǎn)杯和狹縫光耦，當(dāng)風(fēng)杯受風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)時，通過軸轉(zhuǎn)杯在狹縫光耦中的轉(zhuǎn)動，輸出頻率信號，但是這種裝置具有移動部件，所以容易磨損，而且體積大，需要經(jīng)常維護，且只適用于測量較大的風(fēng)速，不適用于小空間流場測量。第三類為超聲波風(fēng)速傳感器，根據(jù)測量原理的不同，目前對氣體流速的測量主要采用以下幾種方法:時差法、多普勒法、渦街風(fēng)速測量法、相關(guān)法和波束偏移法等，這些方法測量精度較高，但超聲波在傳播的過程中速度會受到溫度的影響，因此在應(yīng)用超聲波多普勒方法進行測量時，必須進行溫度補償，以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，此外，如果超聲波工作在有噪聲環(huán)境中，其信號會被噪聲淹沒，不利于進行測量，且儀器價格昂貴，測量成本相對較高。在實用新型專利《便攜式風(fēng)向風(fēng)速儀》(授權(quán)公告號為CN202196076U)中也提出了一種便攜式風(fēng)向風(fēng)速測量裝置，通過風(fēng)速感應(yīng)元件和風(fēng)向感應(yīng)元件分別帶動風(fēng)速碼盤和風(fēng)向格雷碼盤在光耦中轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生脈沖信號，并經(jīng)過處理后在顯示單元中顯示，該裝置體積小巧，質(zhì)量輕，但是測量部件不能夠拆卸，在保存的過程中容易損壞且不易維護和更換。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對背景技術(shù)中所述的目前測量風(fēng)速的裝置，在測量方法的準(zhǔn)確度及測量裝置便捷性方面存在的問題，提出了一種便攜式風(fēng)速測量裝置。其技術(shù)方案是，一種便攜式風(fēng)速測量裝置，其特征在于，所述裝置包括風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊；所述風(fēng)速信號處理模塊包括單片機和A/D轉(zhuǎn)換器；其中，所述風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊順次連接。所述風(fēng)速信號測量模塊置于流動空氣中；所述風(fēng)速信號測量模塊包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向軸和風(fēng)向標(biāo)；所述風(fēng)速傳感器包括電阻應(yīng)變片和彈性元件；所述風(fēng)速傳感器與所述風(fēng)向軸和風(fēng)向標(biāo)連為一體；所述風(fēng)向標(biāo)與風(fēng)向軸通過緊固螺絲固定。所述風(fēng)速信號顯示模塊包括顯示屏。所述裝置還包括底座、盒體和按鍵開關(guān)；所述風(fēng)速信號放大模塊、風(fēng)速信號顯示模塊、單片機和A/D轉(zhuǎn)換器安裝于盒體內(nèi)部；所述按鍵開關(guān)和顯示屏安裝在盒體前端；所述底座安裝與盒體頂端，并與風(fēng)向軸下端相連。所述風(fēng)向標(biāo)為可拆卸型風(fēng)向標(biāo)；所述風(fēng)向標(biāo)包括平衡錘、螺紋，螺孔和尾翼；所述風(fēng)向標(biāo)通過螺孔與風(fēng)向軸進行連接，平衡錘采用螺紋式，通過螺紋與尾翼連接。本實用新型的有益效果為:測量裝置的風(fēng)向標(biāo)部分設(shè)計為可拆卸型，不僅攜帶方便，而且易于維護和更換。同時，本實用新型可以同時實現(xiàn)風(fēng)速信號的測量、存儲和顯示功能，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，克服了現(xiàn)有技術(shù)對于溫度和噪聲信號要求高、價格昂貴、測量結(jié)果不精確、攜帶不便等問題，滿足野外或供電不足的風(fēng)速測量場合。

圖1是本實用新型提供的一種便攜式風(fēng)速測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型提供的一種便攜式風(fēng)速測量裝置的外觀圖；圖3是本實用新型提供的一種便攜式風(fēng)速測量裝置的風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)圖；圖4是本實用新型實施例提供的第一電路結(jié)構(gòu)原理圖；圖5是本實用新型實施例提供的的第二電路結(jié)構(gòu)原理圖；其中，1_風(fēng)速傳感器；2_風(fēng)向軸；3_平衡錘；4_緊固螺絲；5-底座；6_顯不屏；7-按鍵開關(guān)；8_風(fēng)向標(biāo)；9_電阻應(yīng)變片；10-彈性元件；11_螺紋；12_螺孔；13-尾翼。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實用新型的范圍及其應(yīng)用。圖1是本實用新型提供的一種便攜式風(fēng)速測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，所述裝置包括風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊；所述風(fēng)速信號處理模塊包括單片機和A/D轉(zhuǎn)換器；其中，所述風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊順次連接。所述風(fēng)速信號測量模塊用于對風(fēng)速信號進行測量；所述的風(fēng)速信號放大模塊用于對風(fēng)速信號進行放大和濾波；所述的風(fēng)速信號處理模塊用于對風(fēng)速信號進行分析處理；所述風(fēng)速信號顯示模塊用于對風(fēng)速信號進行實時的顯示。圖2是本實用新型提供的一種便攜式風(fēng)速測量裝置的外觀圖。圖2中，一種便攜式風(fēng)速測量裝置包括:風(fēng)速傳感器、風(fēng)向軸、平衡錘、緊固螺絲、底座、顯示屏、按鍵開關(guān)、風(fēng)向標(biāo)、電阻應(yīng)變片和彈性元件。其中，風(fēng)速信號測量模塊由電阻應(yīng)變片和彈性元件構(gòu)成，它與風(fēng)向軸和風(fēng)向標(biāo)三者連為一體，風(fēng)向標(biāo)設(shè)計為可拆卸型，測量時需用緊固螺絲進行固定，風(fēng)向軸下端與底座相連，底座安裝在裝有顯示屏和按鍵開關(guān)以及信號處理模塊電路的盒子頂端。當(dāng)有風(fēng)吹過時，測量裝置I隨著風(fēng)向軸旋轉(zhuǎn)并總與風(fēng)向相垂直，這樣由于受到風(fēng)的阻力從而使得彈性元件發(fā)生形變，利用電阻應(yīng)變計測出這種形變量并最終通過惠斯登電橋?qū)L(fēng)速信息以電壓的形式表現(xiàn)出來。將測量出上述電壓值在風(fēng)速信號處理模塊中進行分析處理，風(fēng)速信號處理模塊由放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和單片機構(gòu)成，首先，在風(fēng)速信號放大模塊部分，放大電路將風(fēng)速測量模塊輸出的微小電壓值進行放大和濾波，進而提取出與風(fēng)速有關(guān)的電信號，再將經(jīng)過放大的電壓信號輸入A/d轉(zhuǎn)換器中進行數(shù)字化處理，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入至單片機中，單片機根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果選取所需放大倍數(shù)的電壓信號，并將其轉(zhuǎn)換為風(fēng)速信號發(fā)送出去并在顯示器上進行實時的顯示。圖3是本實用新型提供的一種便攜式風(fēng)速測量裝置的風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)圖，圖3中，可拆卸風(fēng)向標(biāo)的結(jié)構(gòu)包括平衡錘、螺紋，螺孔和尾翼。風(fēng)向標(biāo)通過螺孔與風(fēng)向軸進行連接，平衡錘設(shè)計為螺紋式，這樣可以通過螺紋與尾翼部分連接和分離。安裝時，首先將風(fēng)向標(biāo)尾翼部分與風(fēng)向軸連接，然后再安裝平衡錘部分，拆除時，則需要先將平衡錘部分卸下，然后再拆除尾翼部分。圖4和圖5是本實用新型提供的整個測量裝置的電路原理圖。整個電路均采用直流5V電壓進行供電，因此需要將7.5V的直流電池通過三端穩(wěn)壓集成電路LM7805進行轉(zhuǎn)換，直流電源Uac的正極連接第一應(yīng)變電阻R11、第一電阻R13和第一預(yù)調(diào)平衡電阻Rp的公共節(jié)點，負(fù)極連接第二應(yīng)變電阻R12、第二電阻R14和第一預(yù)調(diào)平衡電阻Rp的公共節(jié)點，輸出電壓U。的一端連接第一應(yīng)變電阻R11、第二應(yīng)變電阻R12、以及第二預(yù)調(diào)平衡電阻Rt的公共節(jié)點，另一端連接第一電阻和第二電阻的公共節(jié)點。信號測量模塊利用電阻應(yīng)變測量技術(shù)將風(fēng)速信號轉(zhuǎn)換為第一應(yīng)變電阻Rll和第二應(yīng)變電阻R12的阻值變化，并采用惠斯登電橋?qū)?yīng)變電阻的電阻變化值轉(zhuǎn)化為可以測量的電壓變化值。放大器Ull的I號引腳連接至信號測量模塊的Uil端，放大器Ull的2號引腳連接至電位器R21的2號引腳，放大器Ull的3號引腳連接至電位器R21的I號引腳(電位器的3號引腳懸空，在此處省略);放大器Ull的4號引腳連接至信號測量模塊的Ui2端；放大器Ull的6號引腳接基準(zhǔn)電壓源U21的6號引腳與電容C05的公共節(jié)點；放大器Ull的7號引腳接電阻R4和電容C08的公共節(jié)點；放大器Ul I的8號引腳接5V直流電源、電容CO I和電容C02的公共節(jié)點；基準(zhǔn)穩(wěn)壓源U21的2號引腳接5V直流電源、電容C03和電容C04的公共節(jié)點。ATmegal28單片機的48號引腳與LED指示燈、電阻R3和GND地電位依次串聯(lián)連接，ATmegal28單片機的10號引腳至17號引腳分別連接IXD1602液晶顯示模塊的DBO引腳至DB7引腳，ATmegal28單片機的54號引腳連接JTAG接口的4號引腳，ATmegal28單片機的55號引腳連接JTAG接口的3號引腳，ATmegal28單片機的56號引腳連接JTAG接口的2號引腳，ATmegal28單片機的57號引腳連接JTAG接口的I號引腳，ATmegal28單片機的52號引腳連接JTAG接口的6號引腳和直流電源VCC的公共節(jié)點，ATmegal28單片機的64號引腳連接電容C09、電感Hl和ATmegal28單片機的62號引腳的公共節(jié)點，ATmegal28單片機的63號引腳連接JTAG接口的5號引腳；ATmegal28單片機的51號引腳連接第一信號按鍵開關(guān)Kl，ATmegal28單片機的50號引腳連接第一信號按鍵開關(guān)K2，ATmegal28單片機的49號引腳連接第一信號按鍵開關(guān)K3，ATmegal28單片機的32號引腳連接LCD1602液晶顯示模塊的RS引腳，ATmegal28單片機的33號引腳連接IXD1602液晶顯示模塊的R/W引腳，ATmegal28單片機的32號引腳連接IXD1602液晶顯示模塊的E引腳，ATmegal28單片機的23號引腳連接OSC晶振的3號引腳；LCD1602液晶顯示模塊的VO引腳連接滑動變阻器Rg的右端和中間節(jié)點；為避免噪聲干擾，將數(shù)字地電位GND通過磁珠R5與模擬地電位AGND進行連接。[0030]數(shù)字地電位GND分別連接7.5V直流電池的負(fù)極、LM7805的引腳2、電容C06、電容C07、電阻R3、按鍵開關(guān)K1、K2、K3，單片機ATmegal28的引腳22、單片機ATmegal28的引腳63、晶振的引腳2以及液晶顯示模塊IXD1602的所有GND引腳。 模擬地電位AGND分別連接應(yīng)變電阻Rl 2、電阻R14、放大器Ul I的引腳5、電容CO 1、電容C02、電容C03、電容C04、電容C05、基準(zhǔn)電壓源U21的引腳4、電容C08、電容C09。電源模塊主要由7.5V電池、三端穩(wěn)壓集成電路LM7805、電容C06、電容C07構(gòu)成；風(fēng)速信號測量模塊主要由應(yīng)變電阻Rl 1、應(yīng)變電阻Rl2、電阻Rl3、電阻R14、預(yù)調(diào)平衡電阻Rt和Rp構(gòu)成；風(fēng)速信號放大模塊主要由放大器Ul1、基準(zhǔn)電壓源U21、電位器R21、電容C01、電容C02、電容C03、電容C04、電容C05構(gòu)成；風(fēng)速信號處理模塊由單片機ATmegal28、晶振、JTAG接口、LEDl、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電感H1、電容C08、電容C09、按鍵開關(guān)Kl、K2、K3構(gòu)成；風(fēng)速信號顯示模塊由液晶顯示器IXD1602、電位器Rg構(gòu)成。令，電容C06的電容值為0.1yF ;電容C07的電容值為0.33 μ F ;應(yīng)變電阻Rll的阻值為350 Ω ;應(yīng)變電阻R12的阻值為350 Ω ;電阻R13的阻值為350 Ω ;電阻R14的阻值為350Ω ;預(yù)調(diào)平衡電阻Rp為IOK Ω ;預(yù)調(diào)平衡電阻Rt為IOK Ω ;電位器R21要根據(jù)需要來進行調(diào)整；電容⑶I的電容值為0.1 μ F ;電容C02的電容值為10 μ F ;電容C03的電容值為IOyF ;電容C04的電容值為0.1 μ F ;電容C05的電容值為0.1yF;電阻R3的阻值為1ΚΩ ；電阻R4的阻值為4.7ΚΩ ;電容C08的電容值為IOOpF ;電容C09的電容值為IOOpF ;電感Hl的值為10 μ H。其中，基準(zhǔn)電壓源ADR421可以將5V的供電電壓轉(zhuǎn)換為2.5V輸出，在風(fēng)速信號處理模塊部分，它連接至放大器AD8221的REF引腳，可保證經(jīng)放大后的輸出電壓值為正。電容C03和電容C04為輸入電容，可以改善電路瞬態(tài)響應(yīng)和降低電源噪聲，電容C05為輸出電容，用來濾除任何低電平噪聲電壓，保證電路的正常工作。經(jīng)放大后的輸出電壓值連接ATmegal28單片機中的ADCO端口(61號引腳)，因為ATmegal28單片機中自帶A/D轉(zhuǎn)換器，因此可以直接將輸入模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為其自身可以識別的數(shù)字信號，A/D轉(zhuǎn)換采用十位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個10位的數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸入至單片機的存儲器RAM中進行存儲，當(dāng)存儲的數(shù)字信號的數(shù)量達到了預(yù)定的闕值，單片機會將存儲器中的信號予以清除并開始存儲新的數(shù)據(jù)。其中，ADC的參考電壓源(VREF)反映了ADC的轉(zhuǎn)換范圍，VREF可以是AVCC (64號引腳)、內(nèi)部2.56V基準(zhǔn)或外接于AREF引腳(62號引腳)的電壓(在這里選擇AVCC )，AVCC通過一個無源開關(guān)與ADC相連，基準(zhǔn)電壓通過在AREF引腳上加一個電容進行解耦，以更好地噪聲抑制。OSC晶振為單片機的外部晶振，在本實施例中所選用的晶振頻率為11.0592MHZ，它結(jié)合單片機內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機所必須的時鐘頻率。JTAG接口為單片機下載仿真器接口，通過它可以將程序?qū)懭雴纹瑱C中。最后，將經(jīng)過單片機處理的信號以ASCII碼的形式輸入至IXD1602液晶顯示模塊中進行顯示，由于該裝置所有元器件的供電電壓均為5V，因此在圖示中通過在三端穩(wěn)壓集成電路LM7805外部加入兩個電容值分別為0.1OyF和0.33 μ F的電容即可將7.4V的直流電源進行轉(zhuǎn)換。此夕卜，Led指示燈與單片機的輸入輸出端口 48相連，用來判斷單片機是否正常工作。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種便攜式風(fēng)速測量裝置，其特征在于，所述裝置包括風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊；所述風(fēng)速信號處理模塊包括單片機和A/D轉(zhuǎn)換器； 其中，所述風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機和風(fēng)速信號顯示模塊順次連接； 所述風(fēng)速信號測量模塊置于流動空氣中；所述風(fēng)速信號測量模塊包括風(fēng)速傳感器、風(fēng)向軸和風(fēng)向標(biāo)；所述風(fēng)速傳感器包括電阻應(yīng)變片和彈性元件；所述風(fēng)速傳感器與所述風(fēng)向軸和風(fēng)向標(biāo)連為一體；所述風(fēng)向標(biāo)與風(fēng)向軸通過緊固螺絲固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式風(fēng)速測量裝置，其特征在于，所述風(fēng)速信號顯示模塊包括顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式風(fēng)速測量裝置，其特征在于，所述裝置還包括底座、盒體和按鍵開關(guān)；所述風(fēng)速信號放大模塊、風(fēng)速信號顯示模塊、單片機和A/D轉(zhuǎn)換器安裝于盒體內(nèi)部；所述按鍵開關(guān)和顯示屏安裝在盒體前端；所述底座安裝與盒體頂端，并與風(fēng)向軸下端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式風(fēng)速測量裝置，其特征在于，所述風(fēng)向標(biāo)為可拆卸型風(fēng)向標(biāo)；所述風(fēng)向標(biāo)包括平衡錘、螺紋，螺孔和尾翼；所述風(fēng)向標(biāo)通過螺孔與風(fēng)向軸進行連接，平衡錘采用螺紋式，通過螺紋與尾翼連接。
專利摘要本實用新型公開了測量儀器技術(shù)領(lǐng)域的一種便攜式風(fēng)速測量裝置。其技術(shù)方案是，所述裝置包括風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊；所述風(fēng)速信號處理模塊包括單片機和A/D轉(zhuǎn)換器；所述裝置包括風(fēng)速信號測量模塊、風(fēng)速信號放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機、風(fēng)速信號處理模塊和風(fēng)速信號顯示模塊順次連接。本實用新型的效果為，測量裝置的風(fēng)向標(biāo)部分設(shè)計為可拆卸型，不僅攜帶方便，而且易于維護和更換，實現(xiàn)風(fēng)速信號的測量、存儲和顯示功能。
文檔編號G01P5/08GK202956389SQ20122051263
公開日2013年5月29日 申請日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月8日
發(fā)明者錢殿偉, 張博雅 申請人:華北電力大學(xué)