[實用新型]一種基于應力檢測的風速傳感器

有效

• 申請號: 201320276603.5
• 申請日: 2013-05-20
• 公開（公告）號: CN203249933U
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 秦明;陳實;蔣明霞
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01P5/02
• 分類號: G01P5/02;G01P13/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本實用新型涉及一種基于應力檢測的風速傳感器。

背景技術

風速、風向是反應氣象情況非常重要的參數，對環境監測、空氣調節和工農業的生產有重要影響，因此快速準確測量出風速和風向具有重要的實際意義。傳統的風杯和風向標是目前仍廣泛使用的檢測器件，但這些機械裝置因具有移動部件而易磨損，同時具有體積大，價格昂貴，需要經常維護等缺點。典型超聲風速傳感器發射和探測接收頭位置固定，因此相對結構也較大。基于MEMS加工技術的微型熱流速傳感器具有體積小，價格低，產品一致性好的特點，是近幾年來熱風速傳感器研究的熱點。但是，由于硅襯底的高熱導率，這類傳感器的功耗較大，靈敏度較低。采用背面腐蝕或者正面腐蝕的方法形成絕熱薄膜，可以提高靈敏度，但是結構易損壞，不利于后道工藝和封裝。

因此，需要一種基于應力檢測的風速傳感器以解決上述問題。

實用新型內容

實用新型目的：本實用新型針對現有技術中系統性的疲勞損傷狀態評估與剩余壽命估計還不能做到的缺陷，提供一種基于應力檢測的風速傳感器。

技術方案：為實現上述實用新型目的，本實用新型的基于應力檢測的風速傳感器可采用如下技術方案：

一種基于應力檢測的風速傳感器，包括支撐基座、第一風桿、第二風桿、第三風桿、第四風桿和應力檢測傳感器，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿沿豎直方向設置并依次均勻分布在所述支撐基座的上部四周，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿的一端固定連接所述支撐基座，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿的另一端伸出所述支撐基座，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿上均設置有應力檢測傳感器，所述應力檢測傳感器沿所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿的長度方向設置，所述應力檢測傳感器的下端設置有焊接點。

更進一步的，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿的形狀均為扁平狀。為了能分辨不同的風向及方便貼裝應力檢測傳感器。

更進一步的，所述應力傳感器為金屬應變片或半導體壓阻傳感器。應力檢測傳感器采用金屬應變片或半導體壓阻實現，可靠且成本低廉。四個應力傳感器均為電阻型，驅動方便，輸出電壓抗干擾性好；

更進一步的，所述應力傳感器貼在所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿的下部外側。

更進一步的，所述支撐基座為立方體或圓柱形。方便設置第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿。

更進一步的，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿的大小、形狀和材料均相同，所述第一風桿、第二風桿、第三風桿和第四風桿伸出所述支撐基座的長度均相等。

實用新型原理：本實用新型提出了一種將應力檢測傳感器安裝在風桿的下部附近，用四根同樣配置的風桿以中心對稱的方式安裝在支撐基座上以獲取風速風向信息的方法。本實用新型使用的應力檢測傳感器是一種電阻結構，相對的兩個風桿上的應力檢測傳感器構成一組，通過對該應力傳感器施加恒定電流，或將其與固定電阻串聯組成電橋之后再用恒定電壓驅動的形式實現傳感器的驅動。應力傳感器輸出電壓變化將反映應力傳感器電阻的變化。環境風場風力和風向將使風桿產生同一方向的受力彎曲，由于應力傳感器在風桿上的位置固定，且不同風桿上的應力傳感器所在平面的法相與風向角度不同，所以其受力應變不同，導致其輸出電壓也不同。上述二維對稱結構的設計，使得應力傳感器可以同時得到相互正交的兩組測量電壓值，經過一定的數值計算可以得到風速和風向的信息。

請參閱圖1所示，當風沿某一水平方向吹過傳感器，例如從8點鐘方向吹向2點鐘方向（為方便敘述，這里平面角度用平放的時鐘盤表示，12點對應附圖1中第二風桿的位置，6點對應附圖1中第四風桿位置），則四個風桿將向2點方向彎曲。由于應力傳感器主要敏感垂直于它的受力，這導致第一風桿和第四風桿上的應力傳感器感應到拉伸的力，且由于角度關系，第一風桿上的傳感器感應到的力比第四風桿上的更大些；而第二風桿和第三風桿上的應力傳感器感應到壓縮的力，第三風桿上的傳感器感應到的力比第二風桿上的更大些。上述應力傳感器由于受力將引起電阻的變化，通過恒定電流驅動或將其與固定電阻串聯組成電橋之后再用恒定電壓驅動，我們可以得到電壓輸出。這些傳感器的輸出電壓與風速W和風向D的關系可以用如下公式計算：