CN206546377U - 一种基于电磁感应原理的风向风速传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，包括风向传感器和风速传感器，所述风向传感器包括风向传感器本体，所述风向传感器本体上设置有风标轴，所述风标轴顶端对称设置有风向标尾和风向标平衡锤；所述风标轴的轴底上设置有柱形对极磁铁，所述风速传感器包括风速传感器本体，所述风速传感器本体上设置有风杯轴，所述风杯轴顶端对称设置有三杯式风杯，所述风杯轴的轴底上设置有环形对极磁铁环，本实用新型提供一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，结构新颖；本实用新型基于电磁感应原理来测量风向风速变化，通过测量对极磁铁间的磁通量变化来确定风向位置和风速变化；打破了传统码盘式和电位计式的测量方式，提高测量精度。

Description

一种基于电磁感应原理的风向风速传感器

技术领域

本实用新型涉及气象探测领域，具体是一种基于电磁感应原理的风向风速传感器。

背景技术

风向风速的观测在现代气象观测中尤为重要，通过对风向风速的测量可以为各行业的作业生产提供指导依据；传统的风向风速传感器大多数是基于光电原理设计的，由于光电器件的体积及光电切割码盘方式导致了传统的风向风速传感器分辨率低，组装工艺要求高，由于光电器件的原理和光衰寿命有限导致了传统风向风速传感器的抗ESD性差、传感器功耗高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

风向传感器设计原理：传送和指示风向标所在方位的方法很多，有机械式、电接式传送、电位计式传送和光电转换几种类型。本文是基于电磁效应设计了一种风向测量传感器，其原理是在一个平面上贴入2对、4对或者跟多对按圆周排列的霍尔感应元件，每对极性互为相反，排列的圆周直径为2mm。此时在这个平面的霍尔感应元件所在圆心位置距离平面2-4mm上方悬浮放置一个圆形直径为2.5mm的对极磁铁，可测量到相对的两个霍尔感应元件间有微弱电压输出。当悬浮的对极磁铁旋转时霍尔感应元件输出的微弱电压发生变化。从而可以测得圆心处磁铁的转动角度，如果将这个电压连接到放大器并进行AD采集，数字滤波，通过片上处理系统对其进行量化处理就可以得出角度和数字量。为防止频域波形产生混叠则ADC采样速度应满足，如果将对极磁铁安装在风标所在中心轴上，则可以测出当前风向已经变化后的位置。

风速传感器设计原理：在一个平面上并列贴入两个霍尔感应元件，极性互为相反。如果此时在这个平面的霍尔感应元件件正上方距霍尔感应元件平面2-4mm处悬浮放置一条带有N多小磁铁的磁条，相邻两个小磁铁之间极性相反，可测量到平面上两个霍尔感应元件间有电压输出。当悬浮的对极磁条旋在霍尔感应元件 平面平移时霍尔感应元件输出的电压发生变化。通过测量平面处霍尔感应元件的电压可以测量出悬浮磁铁的移动速度，如果将这个电压连接到放大器放大后进行AD采集再经过数字滤波和电压比较，就可以输出与速度成正比关系的方波。根据数字频率与模拟频率转化原理，最后的输入与输出应该满足ω＝2*pi*f/fs，其中ω为弧度，pi为π，f为圈数，fs采样频率，如果将悬浮磁条做成圆环状，装在风杯所在中心轴上，则可以测量出当前风速，以及变化后的风速。

一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，包括风向传感器和风速传感器，所述风向传感器包括风向传感器本体，所述风向传感器本体上设置有风标轴，所述风标轴顶端对称设置有风向标尾和风向标平衡锤；所述风标轴的轴底上设置有柱形对极磁铁，柱形对极磁铁通过连接件连接到风标轴的轴底；所述风标轴的轴底正下方设置有PCB电路板a，PCB电路板a上中心位置处设置有霍尔感应元件a，所述风速传感器包括风速传感器本体，所述风速传感器本体上设置有风杯轴，所述风杯轴顶端对称设置有三杯式风杯，所述风杯轴的轴底上设置有环形对极磁铁环，环形对极磁铁环通过连接件连接到风杯所在中心轴的轴底部，所述风杯轴的轴底正下方设置有PCB电路板b；PCB电路板b上设置有霍尔感应元件b，所述霍尔感应元件b置于环形对极磁铁环外圈正下方。

作为本实用新型进一步的方案：所述PCB电路板a和PCB电路板b为圆形电路板。

作为本实用新型再进一步的方案：所述柱形对极磁铁位于霍尔感应元件a正上方2-4mm处。

作为本实用新型再进一步的方案：所述环形对极磁铁环与下端霍尔感应元件b间距为2-4mm。

作为本实用新型再进一步的方案：所述连接件为铝制金属连接件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，结构新颖；本实用新型基于电磁感应原理来测量风向风速变化，通过测量对极磁铁间的磁通量变化来确定风向位置和风速变化；打破了传统码盘式和电位计式的测量方式，提高测量精度。

附图说明

图1为基于电磁感应原理的风向风速传感器的风向传感器结构示意图。

图2为基于电磁感应原理的风向风速传感器的风速传感器结构示意图。

图中：1-风向传感器、2-风速传感器、3-风向标尾、4-风向标平衡锤、5-风标轴、6-柱形对极磁铁、7-霍尔感应元件a、8-PCB电路板a、9-三杯式风杯、10-风杯轴、11-环形对极磁铁环、12-霍尔感应元件b、13-PCB电路板b。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，包括风向传感器1和风速传感器2，所述风向传感器1包括风向传感器本体，所述风向传感器本体上设置有风标轴5，所述风标轴5顶端对称设置有风向标尾3和风向标平衡锤4；所述风标轴5的轴底上设置有柱形对极磁铁6，柱形对极磁铁6通过铝制金属连接件连接到风标轴5的轴底；所述风标轴5的轴底正下方设置有PCB电路板a8，所述PCB电路板a8为圆形电路板，PCB电路板a8上中心位置处设置有霍尔感应元件a7，所述柱形对极磁铁6位于霍尔感应元件a7正上方2-4mm处；所述风速传感器2包括风速传感器本体，所述风速传感器本体上设置有风杯轴10，所述风杯轴10顶端对称设置有三杯式风杯9，所述风杯轴10的轴底上设置有环形对极磁铁环11，环形对极磁铁环11通过铝制金属连接件连接到风杯所在中心轴的轴底部，所述风杯轴10的轴底正下方设置有PCB电路板b13；所述PCB电路板b13为圆形电路板，PCB电路板b13上设置有霍尔感应元件b12，所述霍尔感应元件b12置于环形对极磁铁环11外圈正下方；环形对极磁铁环11与下端霍尔感应元件b12间距为2-4mm。

本实用新型的工作原理是：风向传感器的工作原理：风向传感器的风标可以带动中心轴转动，当来风时中心轴转动会带着底部对极磁铁转动，从而使底部固定在电路板上的霍尔感应元件传感器输出不同电压信号。经过风洞校准后通过mcu采集电压信号，采用滑动平均根据公式，风向过零处理函数：就可以得到外部真正的风向，风速传感器的工作原理：当外借来风时风杯会带动中心轴传动，从而带动轴底的对极磁铁环转动，就会在霍尔感应元件上方形成对极磁场，使霍尔感应元件产生感应电压，再通过硬件Amp放大和DigitalFiter滤波后送入到后极Voltage Comparator比较，最后产生PWM信号，将其送入到MCU处理，因为风速的测量不存在过零问题，所以只需要将风速传感器至于风洞中标定后再经 过滑动平均算法,计算即可。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种基于电磁感应原理的风向风速传感器，包括风向传感器和风速传感器，其特征在于，所述风向传感器包括风向传感器本体，所述风向传感器本体上设置有风标轴，所述风标轴顶端对称设置有风向标尾和风向标平衡锤；所述风标轴的轴底上设置有柱形对极磁铁，柱形对极磁铁通过连接件连接到风标轴的轴底；所述风标轴的轴底正下方设置有PCB电路板a，PCB电路板a上中心位置处设置有霍尔感应元件a，所述风速传感器包括风速传感器本体，所述风速传感器本体上设置有风杯轴，所述风杯轴顶端对称设置有三杯式风杯，所述风杯轴的轴底上设置有环形对极磁铁环，环形对极磁铁环通过连接件连接到风杯所在中心轴的轴底部，所述风杯轴的轴底正下方设置有PCB电路板b；PCB电路板b上设置有霍尔感应元件b，所述霍尔感应元件b置于环形对极磁铁环外圈正下方。

2.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的风向风速传感器，其特征在于，所述PCB电路板a和PCB电路板b为圆形电路板。

3.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的风向风速传感器，其特征在于，所述柱形对极磁铁位于霍尔感应元件a正上方2-4mm处。

4.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的风向风速传感器，其特征在于，所述环形对极磁铁环与下端霍尔感应元件b间距为2-4mm。

5.根据权利要求1所述的基于电磁感应原理的风向风速传感器，其特征在于，所述连接件为铝制金属连接件。