[發明專利]一種海洋浮標監測風傳感器

在審

• 申請號: 202110258613.5
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113063960A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 盧會國;王桂華
• 申請（專利權）人: 珠海復旦創新研究院
• 主分類號: G01P5/12
• 分類號: G01P5/12;G01P13/00;G01P13/02;G01P21/00;G01P21/02;G01F1/69;G01C19/36;B63B22/00;G08C17/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發明屬于氣流監測技術領域，具體為一種海洋浮標監測風傳感器。本發明海洋浮標監測風傳感器包括熱式流量傳感器、三維陀螺儀、信號調理電路、微處理器、電源模塊和無線通信模塊；所述微處理器和熱式流量傳感器、三維陀螺儀、電源模塊以及無線通信模塊電氣連接；所述熱式流量傳感器通過信號調理電路與微處理器進行電氣連接。本發明采用多個流量傳感器，并增加三維陀螺儀，可以獲取浮標的方位和位置，實現自動修正風向，可做到成本低、體積小，響應快，可同時計算風速風向值，降低環境障礙物對傳感器工作的影響。

技術領域

本發明屬于氣流監測技術領域，具體涉及一種海洋浮標監測風傳感器。

背景技術

風用于表示空氣水平流動的大小和方向，是基本的氣象要素之一。對地面風的測量通常包括風速和風向的測量。風是矢量，包括大小和方向，風的大小用風速表示，風的來向用風向表示。

我國目前使用的風速風向測量儀器主要是杯式風速傳感器和風向傳感器，對風向和風速的測量依賴兩個獨立的傳感器。該類傳感器體積大、具有機械磨損和一定的啟動風速，對較小的風無法觀測；

市場上還有一類基于超聲波原理的風傳感器，但其成本高，較難維護，易受雨、雪、雹、霜、霧、沙塵等障礙物影響。且我國目前沒有針對這超聲測風傳感器的計量標準。

上述傳感器主要是針對地面固定點觀測使用的風傳器，安裝前首選找北，以后就不再改變，而且沒有考慮海洋潮濕容易腐化等問題。

發明內容

本發明的目的在于提出一種體積小、無機械磨損、可自動修訂風向的海洋浮標監測風傳感器。

本發明提供的海洋浮標監測風傳感器，采用多個流量傳感器組合形成的風速風向傳感器，并在傳感器中增加了三維陀螺儀，可以獲取浮標的方位和位置，從而實現自動修正風向，可做到成本低、體積小，響應快，可同時計算風速風向值，降低環境障礙物對傳感器工作的影響。

本發明提出的海洋浮標監測量風傳感器，包括熱式流量傳感器、三維陀螺儀、信號調理電路、微處理器、電源模塊和無線通信模塊；其中，微處理器和熱式流量傳感器、三維陀螺儀、電源模塊以及無線通信模塊電氣連接；熱式流量傳感器通過信號調理電路與微處理器進行電氣連接。其中：

所述熱式流量傳感器，主要是以Flow Sens FS5為感應元件(市購)，Flow SensFS5包括兩個阻值取決于不同溫度的鉑電阻，它們封裝在一個芯片器件上。有著較小面積的低歐姆電阻用作加熱器，而其高歐姆電阻器用于測量基準溫度。使用電橋電路，兩個電阻元件的不同電阻值導致不同加熱。加熱依賴于所施加的電壓值，如果自加熱,是通過一個合適的控制器不斷地保持，氣體流量較高的使電壓增加，因此用其原理來測量氣體的流量。由于它是的比較小的熱式質量流量計，因此該傳感器具有快速加熱和冷卻的反應時間。傳感器的測量原理可從0～0.1米/秒至100米/秒。幾何結構模型如圖2所示。

熱式流量傳感器由傳感元件FS5采集風速信號，由于空氣流動，帶走熱量，使得集成在FS5內的RH和RS的阻值變化，采集的電壓值也發生變化，再經由信號放大電路把信號進行放大，本發明選用差動放大電路，由三極管BD237的發射級輸出電壓，由壓控電壓源型濾波電路對電壓進行濾波，使電壓的幅值比較穩定，之后再由分壓電路中的電阻R3和R6對前段的輸出電壓進行分壓，使其輸出電壓小于3.3V，而后由微處理器的A/D通道采集。

所述熱式流量傳感器，可以設置4個，對稱布置于系統主板的上下左右四個方位，參見圖3所示，順時針方向，依次編號為1、2、3、4。

由于監測系統需要在移動過程中測量風向，風向的角度大小通常以地磁場北為基準，而各地的地磁場偏轉角度不盡相同，故在移動過程中測量風向時，需要測量地磁場偏轉角度值來修正監測系統的風向數據得到真正的風向數據。