一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，采用四個支撐桿對稱安裝在支撐基座四周，支撐桿上方固定區(qū)域安裝帶有應(yīng)力檢測傳感器的彈性結(jié)構(gòu)，彈性結(jié)構(gòu)通過彈簧和中心的球形感風(fēng)結(jié)構(gòu)相連。本發(fā)明提供的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝方便、成本低的優(yōu)點，且溫度漂移小，能夠適合便攜和移動測量需要。
【專利說明】一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)速風(fēng)向檢測裝置，尤其涉及一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)速、風(fēng)向是反應(yīng)氣象形勢的非常重要的參數(shù)，風(fēng)速和風(fēng)向的檢測對環(huán)境監(jiān)測、空氣調(diào)節(jié)和工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)有重要影響，因此快速準確測量出風(fēng)速和風(fēng)向具有重要的實際意義。傳統(tǒng)的風(fēng)杯和風(fēng)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轉(zhuǎn)動部件而易磨損，同時具有體積大，價格昂貴，需要經(jīng)常維護等缺點。典型超聲風(fēng)速傳感器發(fā)射和探測接收頭位置固定，因此相對結(jié)構(gòu)也較大?；贛EMS加工技術(shù)的微型熱流速傳感器具有體積小，價格低，產(chǎn)品一致性好的特點，是近幾年來熱風(fēng)速傳感器研究的熱點。但是，由于硅襯底的高熱導(dǎo)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(jié)構(gòu)易損壞，不利于后道工藝和封裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于壓阻應(yīng)變片及球形感風(fēng)裝置的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，體積小、抗干擾能力強且功耗低。
[0004]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，包括支撐基座、四組結(jié)構(gòu)完全相同的支撐桿連接結(jié)構(gòu)和球狀感應(yīng)裝置，在支撐基座的水平支撐面上定義一個正方形S，記正方形S的兩條對角線的交點為0，垂直于正方形S且經(jīng)過交點O的直線為I ;每組支撐桿連接結(jié)構(gòu)包括一根支撐桿、一個彈性結(jié)構(gòu)和一根彈簧，所述四根支撐豎直固定在支撐基座的水平支撐面上，且四根支撐柱底端分別位于所述正方形S的四個頂點上；所述彈性結(jié)構(gòu)安裝在支撐柱上部正對直線I的位置，在彈性結(jié)構(gòu)可變形位置處的根部設(shè)置有應(yīng)力檢測傳感器，所述彈簧的一端與彈性結(jié)構(gòu)固定，另一端與球狀感應(yīng)裝置固定；所述球狀感應(yīng)裝置與四根彈簧的四個固定點分別位于其兩條垂直相交的直徑的兩個端點；初始狀態(tài)，所述球狀感應(yīng)裝置懸于支撐基座的上方，且球狀感應(yīng)裝置的球心位于直線I上。
[0006]具體的，所述彈性結(jié)構(gòu)為單端固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)、雙端固定的固定梁結(jié)構(gòu)或四周固定的薄膜結(jié)構(gòu)；所述彈性結(jié)構(gòu)與彈簧的連接部位為彈性結(jié)構(gòu)的中部。
[0007]具體的，所述應(yīng)力檢測傳感器為金屬應(yīng)變片或半導(dǎo)體壓阻。
[0008]優(yōu)選的，所述支撐基座為方形或圓形薄盤結(jié)構(gòu)。
[0009]具體的，所述球狀感應(yīng)裝置為球型、圓柱型或橢球型，但一定要求球狀感應(yīng)裝置為輕質(zhì)、自重低的結(jié)構(gòu)。
[0010]本案提供的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造為在支撐基座上對稱放置四根支撐桿，在支撐桿頂部安裝彈性結(jié)構(gòu)，在彈性結(jié)構(gòu)可變形位置處的根部安裝應(yīng)力檢測傳感器，彈性結(jié)構(gòu)與彈簧連接，四根彈簧另一端與球狀感應(yīng)裝置連接。無風(fēng)情況下，球狀感應(yīng)裝置處于中心位置，四個應(yīng)力檢測傳感器受力一致，四個應(yīng)力檢測傳感器的輸出電壓大小保持一致。當(dāng)周圍環(huán)境有水平風(fēng)吹過，球狀感應(yīng)裝置將會根據(jù)受力情況產(chǎn)生順風(fēng)方向的位移，這種變化趨勢將會導(dǎo)致四根支撐桿上的彈簧發(fā)生不同的形變，從而將應(yīng)力傳遞到四根垂直支撐桿上使應(yīng)力檢測傳感器產(chǎn)生不同的輸出。這種二維對稱結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使得應(yīng)力檢測傳感器可以同時得到相互正交的兩組測量電壓值，經(jīng)過一定的數(shù)值計算可以得到風(fēng)速和風(fēng)向的信
肩、O
[0011]有益效果:本發(fā)明提供的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，具有如下優(yōu)勢:1、采用增大受風(fēng)面積的球型結(jié)構(gòu)，有效放大了傳感器的接收信號，抗干擾能力強；2、應(yīng)力檢測傳感器可以采用金屬應(yīng)變片或半導(dǎo)體壓阻實現(xiàn)，傳感器可靠且成本低；3、四應(yīng)力檢測傳感器為電阻型結(jié)構(gòu)，驅(qū)動方便，輸出電壓抗干擾性好；4、結(jié)構(gòu)無轉(zhuǎn)動部件，維護方便；5、可以采用半導(dǎo)體硅作為壓阻傳感器和支撐結(jié)構(gòu)，采用游絲彈簧和塑料球受力結(jié)構(gòu)，能制作厘米尺寸的風(fēng)速傳感器，因此具有體積小，功耗低的優(yōu)點，便攜性好；6、風(fēng)速和風(fēng)向的計算和相對邊的電壓差有關(guān)，而不是單個傳感器的輸出，傳感器溫漂小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0015]如圖1、圖2所不為一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu),屬于一種基于應(yīng)力測量的球形二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，包括支撐基座1、四組結(jié)構(gòu)完全相同的支撐桿連接結(jié)構(gòu)和球狀感應(yīng)裝置4，在支撐基座I的水平支撐面上定義一個正方形S，記正方形S的兩條對角線的交點為0，垂直于正方形S且經(jīng)過交點O的直線為I ;每組支撐桿連接結(jié)構(gòu)包括一根支撐桿、一個彈性結(jié)構(gòu)和一根彈簧，所述四根支撐豎直固定在支撐基座I的水平支撐面上，且四根支撐柱底端分別位于所述正方形S的四個頂點上；所述彈性結(jié)構(gòu)安裝在支撐柱上部正對直線I的位置，在彈性結(jié)構(gòu)可變形位置處的根部設(shè)置有應(yīng)力檢測傳感器，所述彈簧的一端與彈性結(jié)構(gòu)固定，另一端與球狀感應(yīng)裝置4固定；所述球狀感應(yīng)裝置4與四根彈簧的四個固定點分別位于其兩條垂直相交的直徑的兩個端點；初始狀態(tài)，所述球狀感應(yīng)裝置4懸于支撐基座I的上方，且球狀感應(yīng)裝置4的球心位于直線I上。
[0016]所述彈性結(jié)構(gòu)為單端固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)、雙端固定的固定梁結(jié)構(gòu)或四周固定的薄膜結(jié)構(gòu)；所述彈性結(jié)構(gòu)與彈簧的連接部位為彈性結(jié)構(gòu)的中部；所述應(yīng)力檢測傳感器為金屬應(yīng)變片或半導(dǎo)體壓阻；所述支撐基座I為方形或圓形薄盤結(jié)構(gòu)。
[0017]如圖1、圖2所示，按順時針方向，記四根支撐桿分別為第一支撐桿21、第二支撐桿22、第三支撐桿23和第四支撐桿24，相對應(yīng)的彈性結(jié)構(gòu)分別為第一彈性結(jié)構(gòu)61、第二彈性結(jié)構(gòu)、第三彈性結(jié)構(gòu)63和第四彈性結(jié)構(gòu)，
[0018]相對應(yīng)的應(yīng)力檢測傳感器分別為第一應(yīng)力檢測傳感器51、第二應(yīng)力檢測傳感器、第三應(yīng)力檢測傳感器53和第四應(yīng)力檢測傳感器，相對應(yīng)的彈簧分別為第一彈簧31、第二彈簧32、第三彈簧33和第四彈簧34。
[0019]當(dāng)風(fēng)沿某一水平方向吹過整個傳感器結(jié)構(gòu)，將帶動中心的球狀感應(yīng)裝置4沿風(fēng)向位移，位移會造成連接不同支撐桿上的彈簧產(chǎn)生相應(yīng)的形變，風(fēng)下游ー側(cè)的彈簧壓縮，上游ー側(cè)彈簧壓縮，上述力的變化通過彈性結(jié)構(gòu)將應(yīng)カ分別傳給應(yīng)カ檢測傳感器。這些傳感器的輸出電壓與風(fēng)速W和風(fēng)向D的關(guān)系可以用如下公式計算：
【權(quán)利要求】
1.一種球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括支撐基座(I)、四組結(jié)構(gòu)完全相同的支撐桿連接結(jié)構(gòu)和球狀感應(yīng)裝置(4)，在支撐基座(I)的水平支撐面上定義一個正方形S，記正方形S的兩條對角線的交點為O，垂直于正方形S且經(jīng)過交點O的直線為I ;每組支撐桿連接結(jié)構(gòu)包括一根支撐桿、一個彈性結(jié)構(gòu)和一根彈簧，所述四根支撐豎直固定在支撐基座(I)的水平支撐面上，且四根支撐柱底端分別位于所述正方形S的四個頂點上；所述彈性結(jié)構(gòu)安裝在支撐柱上部正對直線I的位置，在彈性結(jié)構(gòu)可變形位置處的根部設(shè)置有應(yīng)力檢測傳感器，所述彈簧的一端與彈性結(jié)構(gòu)固定，另一端與球狀感應(yīng)裝置(4)固定；所述球狀感應(yīng)裝置(4)與四根彈簧的四個固定點分別位于其兩條垂直相交的直徑的兩個端點；初始狀態(tài)，所述球狀感應(yīng)裝置(4)懸于支撐基座(I)的上方，且球狀感應(yīng)裝置(4)的球心位于直線I上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述彈性結(jié)構(gòu)為單端固定的懸臂梁結(jié)構(gòu)、雙端固定的固定梁結(jié)構(gòu)或四周固定的薄膜結(jié)構(gòu)；所述彈性結(jié)構(gòu)與彈簧的連接部位為彈性結(jié)構(gòu)的中部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述應(yīng)力檢測傳感器為金屬應(yīng)變片或半導(dǎo)體壓阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支撐基座(I)為方形或圓形薄盤結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述球狀感應(yīng)裝置(4)為球型、圓柱型或橢球型。
【文檔編號】G01P13/02GK103543287SQ201310534156
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月31日
【發(fā)明者】秦明, 胡世鑌, 陳實 申請人:東南大學(xué)