[發明專利]三維流速傳感器

有效

• 申請號: 201010111452.9
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101788566A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 王勇;劉正士;葛運建;揭德算;陳恩偉;陸益民;王純賢
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01P5/02
• 分類號: G01P5/02
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及流速傳感裝置，更具體地說是一種可用于流體的三維流速測量的流速傳感裝 置。

背景技術

流速是流體的一個重要基本參數，流速測量備受關注，如海洋流場的實時監測和測量 是海洋科學考察的重要內容，海洋水體的運動是和引起全球氣候反常的厄爾尼諾等現象密切 聯系，實時監測海流變化，可以對氣候進行及時預測，并提出防范規則。

在海洋、河流和大氣層中，液體和氣體的流速往往是以三維矢量的形式呈現，并且各 維間流速分量的大小也往往存在較大差異。比如，海洋中上升流的流速大小有時甚至是水平 流的百分之一或千分之一。然而，雖然流速測量儀器種類繁多、各具特色，應用于不同的流 速測量中；但是目前的畢托管式差壓流速傳感器、機械式轉子流速傳感器、電磁式流速傳感 器、熱式流速傳感器、多普勒聲學流速傳感器以及PIV粒子成像測速儀等，或測量精度難以 提高，或存在有轉動部件，或難以滿足三維流速的測量，或成本較高價格昂貴，或對工作環 境有特殊要求，凡此種種，都使其應用受到極大的限制。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種無運動部件、工作可靠、使 用壽命長、能勝任三維流速測量的三維流速傳感器。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明三維流速傳感器的結構特點是設置殼體為軸對稱旋轉體、在殼體的內部設置有水 平力測量單元、重力平衡單元、垂直力測量單元和延伸到殼體的外部的支撐桿；其中：

所述水平力測量單元為水平面內的“十”字梁構件，“十”字梁的中心端為中間支撐體、 “十”字梁的外端呈“T”形設置有浮動梁，以所述各浮動梁與殼體相連接，以所述“十” 字梁為水平力傳感單元；

所述重力平衡單元具有平衡桿，“十”字梁的中間支撐體支撐在所述平衡桿的一端，在 所述平衡桿的另一端固定設置重力平衡塊，平衡桿以其平衡支點位置處的柔性掛件懸掛在殼 體內的支撐桿的支撐塊上；

所述垂直力測量單元是在所述平衡桿上沿豎直方向設置豎直撐桿，在所述豎直撐桿的頂 端與支撐桿的支撐塊之間設置垂直梁或水平梁，以所述垂直梁或水平梁為垂直力傳感單元。

本發明三維流速傳感器的結構特點也在于：

所述“十”字梁的中間支撐體與支撐桿的支撐塊之間，呈水平設置有水平力傳遞梁。

所述殼體為球形、圓柱形或橢球形。

設置所述殼體為封閉的殼體，在水下工作時，封閉的殼體內充滿液體，在所述殼體與支 撐桿之間以軟囊或波紋管連接。

與已有技術相比，本發明的有益效果是：

1、本發明中軸對稱旋轉的殼體受到流體的繞流阻力作用，由水平力傳感單元可以獲得 垂直于其軸線的平面上的流體繞流阻力，由垂直力傳感單元可以獲得沿其軸線方向上的流體 繞流阻力，能夠實現三維流速的測量。

2、本發明的三維流速傳感器是由軸對稱旋轉殼體包裹、結構簡單，易于密封，在水下 環境中工作時，易于實現壓力平衡。

3、本發明中的重力平衡單元可以消除重力對垂直方向流體測量的影響，提高對垂直方 向流速的測量精度。

4、本發明中的水平力測量單元和垂直力測量單元各自獨立工作，可以滿足維間流速相 差較大的流速測量。

5、本發明在各維方向上的流速測量均無運動部件，無磨損、工作可靠、使用壽命較長。

6、本發明可以較好地選擇現有的力或位移電信號轉換元件或傳感器，獲得水平力測量 單元和垂直力測量單元的應變或位移，從而滿足不同精度要求，水下或空氣中不同使用環境 的工作需要。

附圖說明

圖1為本發明采用球形殼體外形圖。

圖2為本發明采用圓柱型殼體外形圖。

圖3為本發明立體結構示意圖。

圖4為本發明內部結構主視圖。

圖5為本發明內部結構俯視圖。

圖6為本發明重力平衡單元、垂直力測量單元、柔性掛件和水平力傳遞梁的組成圖。

圖中標號：1殼體、2支撐桿、21支撐塊、3重力平衡單元、31重力平衡塊、32平衡桿、 4水平力測量單元、41為“十”字梁、42浮動梁、43中間支撐體、5垂直力測量單元、51 水平梁、52豎直撐桿、6柔性掛件、7水平力傳遞梁。

以下通過具體實施方式，并結合附圖對本發明作進一步說明。

具體實施方法