[发明专利]一种全方向风速传感器敏感头

说明书

技术领域

本装置可广泛应用于测量自然界的风速与风向。

背景技术

目前，测量风速风向的横风传感器敏感头有两种，一种为叶轮式一种为热丝式，叶轮式传感器存在转动惯量大，对使用环境敏感等缺点；热丝式传感器由于采用在陶瓷基片上溅射白金电阻，自发热的方式，由于结构及工艺的限制，容易造成镀膜与陶瓷载体剥离，从而影响测量精度、环境适应性较差；同时以上两种传感器皆为横风传感器，不能测量全风向风速。

发明内容

本发明的目的在于解决测量全风向风速，同时提高传感器的环境耐受性以及使用寿命等问题。

本发明提供的一种全风向风速传感器敏感头，其改进之处在于包括敏感头壳体、发热元件支撑、发热元件、导热体、温度传感器、底座和电缆；所述发热元件支撑和发热元件位于敏感头壳体内，发热元件位于发热元件支撑上；所述温度传感器位于导热体上，敏感头壳体上设有开槽，在开槽内敏感头壳体端面上设置安装槽，导热体位于安装槽内；所述敏感头壳体安装在底座上，敏感头壳体轴向和底座的底部开有电缆安装孔。

本发明提供的第一优选的全风向风速传感器敏感头，所述开槽位于敏感头壳体平行轴向0°、90°、270°和360°位置。

本发明提供的第二优选的全风向风速传感器敏感头，所述导热体长边端面中心设置安装凸榫，外端面弧度与敏感头一致。

本发明提供的第三优选的全风向风速传感器敏感头，所述发热元件支撑为哑铃型，位于敏感头壳体内轴向方向。

本发明提供的第四优选的全风向风速传感器敏感头，敏感头壳体上断面开有圆形凹槽。

本发明提供的第五优选的全风向风速传感器敏感头，所述敏感头壳体和底座均采用非金属材料；所述发热元件支撑采用耐高温材料；所述导热体为金属材料。

本发明提供的第六优选的全风向风速风向传感器敏感头，所述温度传感器与导热体一一对应。

本发明提供的第七优选的全风向风速传感器敏感头，所述非金属材料为塑料、石墨、陶瓷、合成橡胶、合成纤维；所述耐高温材料为陶瓷；所述金属材料为铝或铜。

本发明提供的第八优选的全风向风速传感器敏感头，所述发热元件为发热丝或薄膜电阻。

敏感头壳体：敏感头壳体为非金属材料，热的不良导体，底座为电缆的安装提供支撑，同时具有保温的作用。发热元件支撑：发热元件支撑采用哑铃型设计，其两端为圆柱形，可以很好的固定发热元件，为发热元件提供有力支撑。发热元件：发热元件为功率热敏电阻，提供传感器正常工作所需的热量，同时自身对温度敏感，控制电路通过检测发热元件电阻的变化控制敏感头内的温度保持恒定。

导热体：导热体为金属材料，热的良导体，实现将敏感头内的热量向外传导，同时提供传感器的安装位置；温度传感器：安装在导热体上，将导热体的温度变化转换为电信号；底座：非金属材料，热的不良导体，与敏感头壳体共同构成敏感头的支撑结构，同时具有保温作用；电缆：提供电源、控制及信号输出。

通过外置发热元件对导热体进行加热，在导热体上安装温度传感器，空气流动带走导热体的热量，导致导热体温度发生变化，通过传感器读取导热体温度的变化。

该传感器采用内加热的方式，在空心密闭的圆柱体内设置发热元件，并控制空心密闭的圆柱体内的温度恒定。在空心圆柱体0°90°270°360°位置布置温度传感器，当外界空气流动时带走温度传感器的热量，从而读出传感器的数值。

非金属材料不限于塑料、石墨、陶瓷、合成橡胶、合成纤维；耐高温材料不限于陶瓷；金属材料不限于铝或铜。

工作原理：该传感器采用内加热的方式，在空心密闭的圆柱体内设置发热元件，发热体为温度敏感元件，通过测量发热体的电阻控制通过发热体的有效电流，从而使发热体的温度恒定；在空心圆柱体0°90°270°360°位置布置导热体，导热体上设置温度传感器，当外界空气流动时带走导热体的热量导致温度变化，由于不同风向、风速带走的热量不同，通过温度传感器读出导热体的温度数值，通过查表法对应风速值。

与现有技术相比，本发明提供的一种全风向风速传感器敏感头具有以下优点：

1)温度传感器及导热体位置0°、90°、270°和360°角度的设计，使得该装置可以接受不同方向的风吹过来，从而使温度传感器可以迅速地感知温度，进而对全风向的风速、风向进行测量；

2)整个装置无转动机构，对沙尘、盐雾、冲击、震动等适应性强；

3)结构坚固，不需要保护栅、网，对风速、风向的扰动小；

4)外加热方式，有效避热丝式传感器镀膜剥离的问题，工艺难度低，使用寿命长；