CN111781397A - 一种风向检测器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种风向检测器，包括壳体、风向轴、风向标、光电传感器和环形的渐变密度滤光片，壳体内部中空，风向轴竖向并可转动的安装在壳体内，且风向轴的上端向上延伸至伸出壳体，风向标安装在风向轴上端，风向标在风力的作用下带动风向轴同步转动，渐变密度滤光片设置在壳体内且同轴固定安装在风向轴上端，光电传感器与控制器电连接，光电传感器安装在壳体内并位于渐变密度滤光片的下方，且光电传感器的检测部朝上，光电传感器用以朝渐变密度滤光片发出光束，并接收渐变密度滤光片反射的光束信号后发送至控制器。本申请所述风速检测器的结构简单，测量原理简单，响应时间短，精度高，抗干扰能力强，受环境影响较小，可靠性高，使用寿命长。

Description

一种风向检测器
技术领域
本发明涉及一种风向检测装置。
背景技术
风速检测器可广泛用于测量温室、环保、气象站、建筑施工、码头、养殖等场所的风速，风可以传送温度和传播灰尘，并可用于反映气象情况，风向的监察对环境污染控制、环境温度调节、工业、农业和交通行业有重要的意义，且风向信息在气象领域、煤矿领域、风力发电领域、塔吊起重领域及通风设备领域和航空航天领域应用广泛，因此风速和风向的参数测定一直都是工程测试中的重要工作。
但是传统的风速仪器对使用环境要求高，风速仪在沙尘暴、高温、电磁干扰等环境下的测量误差较大，会出现测量误差及温度漂移等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种避免温度漂移、测量精度高、适用范围广、功耗小的综合性能强的微型风向检测器，采用的技术方案为：
一种风向检测器，包括壳体、风向轴、风向标、光电传感器和环形的渐变密度滤光片，所述壳体内部中空，所述风向轴竖向并可转动的安装在所述壳体内，且所述风向轴的上端向上延伸至伸出所述壳体，所述风向标安装在所述风向轴上端，所述风向标在风力的作用下带动所述风向轴同步转动，所述渐变密度滤光片设置在所述壳体内且同轴固定安装在所述风向轴上端，所述光电传感器与控制器电连接，所述光电传感器安装在壳体内并位于所述渐变密度滤光片的下方，且所述光电传感器的检测部朝上，所述光电传感器用以朝所述渐变密度滤光片发出光束，并接收所述渐变密度滤光片反射的光束信号后发送至所述控制器。
优选地，所述壳体内固定安装有竖向分布的管轴，所述管轴的上端与所述壳体内顶壁之间具有间隙，所述风向轴的下端伸入所述管轴内并与其同轴转动连接，所述光电传感器安装在所述管轴上端。
优选地，还包括环形的明暗交替滤光片，所述明暗交替滤光片上布满有沿其周向依次交替分布的反射区域和吸光区域，所述壳体包括底座和圆柱体形的槽体，所述管轴设置在所述底座上端，所述槽体同轴并可转动的安装在所述管轴上，且所述槽体的槽口朝下，所述槽体的外侧壁上设有多个沿其周向间隔均匀分布的扇叶，所述明暗交替滤光片安装在所述槽体的内底壁上，并位于所述渐变密度滤光片的上方，所述光电传感器用以发出光束，并接收所述明暗交替滤光片和所述渐变密度滤光片反射的光束后发送至所述控制器。
优选地，所述明暗交替滤光片包括多个呈扇形且规格一致的反射滤光片和黑色滤光片，多个所述反射滤光片和多个所述黑色滤光片同轴设置且沿环形依次交替分布，任意相邻的所述反射滤光片和所述黑色滤光片连接固定，所述反射滤光片构成所述明暗交替滤光片的反射区域，所述黑色滤光片构成所述明暗交替滤光片的吸光区域。
优选地，所述明暗交替滤光片和所述渐变密度滤光片同轴分布。
优选地，所述扇叶为竖向设置的条形板，多个所述扇叶沿所述槽体的周向间隔均匀的分布，每个所述扇叶靠近所述槽体的一侧通过连杆与所述槽体侧壁连接固定，且所述扇叶的厚度由其对应宽度方向的一侧向另一侧逐渐减小。
本申请所述风速检测器的结构简单，测量原理简单，响应时间短；所述光电传感器封闭在所述壳体内，避免外界环境影响光电传感器工作，精度高，抗干扰能力强，受环境影响较小，适用场合广泛；可靠性高，使用寿命长。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述风向检测器的结构示意图；
图2为本发明实施例所述风向检测器的剖视图；
图3为本发明实施例所述渐变密度滤光片的结构示意图；
图4为本发明实施例所述明暗交替滤光片的结构示意图；
图5为本发明实施例所述控制器接收到所述第四光束的光强信号。
附图标记的具体含义为：
1、壳体；11、管轴；12、底座；13、槽体；2、风向轴；3、风向标；4、光电传感器；5、渐变密度滤光片；6、明暗交替滤光片；61、反射滤光片；62、黑色滤光片；7、扇叶。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
以下结合附图1-5对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参照图1-5，提出本发明的的一实施例，本实施例所述风向检测器包括壳体1、风向轴2、风向标3、光电传感器4和环形的渐变密度滤光片5，所述壳体1内部中空，所述风向轴2竖向并可转动的安装在所述壳体1内，且所述风向轴2的上端向上延伸至伸出所述壳体1，所述风向标3安装在所述风向轴2上端，所述风向标3在风力的作用下带动所述风向轴2同步转动，所述渐变密度滤光片5设置在所述壳体1内且同轴固定安装在所述风向轴2上端，所述壳体1内安装有控制器，所述光电传感器4与控制器电连接，所述光电传感器4安装在壳体1内并位于所述渐变密度滤光片5的下方，且所述光电传感器4的检测部朝上，所述光电传感器4用以朝所述渐变密度滤光片5发出光束，并接收所述渐变密度滤光片5反射的光束信号后发送至所述控制器。
所述风向检测器的检测原理为：
初始状态下，所述光电传感器4朝所述渐变密度滤光片5发出光束，并接收所述渐变密度滤光片5反射的第一光束，所述光电传感器4发送第一光束的光强信号至所述控制器；
风向标3在风力的作用下转动一定角度后，所述渐变密度滤光片5随所述风向标3转动，所述光电传感器4朝所述渐变密度滤光片5发出光束，并接收所述渐变密度滤光片5反射的第二光束，所述光电传感器4发送第二光束的光强信号至所述控制器；
如图3所示，所述渐变密度滤光片5转动一定角度后，所述渐变密度滤光片5反射的光束的光强发生变化，所述控制器对比第一光束和第二光束的光强信号，获得所述渐变密度滤光片5转动的角度，并计算风向信息。
本申请所述风速检测器的结构简单，测量原理简单，响应时间短；所述光电传感器4封闭在所述壳体1内，避免外界环境影响光电传感器4工作，精度高，抗干扰能力强，受环境影响较小，可靠性高，适用场合广泛，使用寿命长。
为提高所述检测器的准确性，所述光电传感器4采用激光光源。
优选地，所述壳体1内固定安装有竖向分布的管轴11，所述管轴11的上端与所述壳体1内顶壁之间具有间隙，所述风向轴2的下端伸入所述管轴11内并与其同轴转动连接，所述光电传感器4安装在所述管轴11上端。
如图1和2所示，所述风向轴2的下端通过轴承与所述管轴11内壁转动连接，所述风向标3在受风力的作用下转动时，所述风向轴2在所述管轴11内部转动，结构稳定。
优选地，还包括环形的明暗交替滤光片6，所述明暗交替滤光片6上布满有沿其周向依次交替分布的反射区域和吸光区域，所述壳体1包括底座12和圆柱体形的槽体13，所述管轴11设置在所述底座12上端，所述槽体13同轴并可转动的安装在所述管轴11上，且所述槽体13的槽口朝下，所述槽体13的外侧壁上设有多个沿其周向间隔均匀分布的扇叶7，所述明暗交替滤光片6安装在所述槽体13的内底壁上，并位于所述渐变密度滤光片5的上方，所述光电传感器4用以发出光束，并接收所述明暗交替滤光片6和所述渐变密度滤光片5反射的光束后发送至所述控制器。
初始状态下，所述光电传感器4发出光束，一部分光束被所述渐变密度滤光片5反射，另一部分光束透过所述渐变密度滤光片5并被明暗交替滤光片6反射，所述光电传感器4接收所所述渐变密度滤光片5和所述明暗交替滤光片6反射并叠加的第三光束；
风向标3在风力的作用下转动一定角度，所述渐变密度滤光片5转动随所述风向轴2转动一定的角度，所述扇叶7使所述槽体13在风力的作用下转动，所述明暗交替滤光片6随所述槽体13同步转动，所述光电传感器4发出光束，一部分光束被所述渐变密度滤光片5反射，另一部分光束透过所述渐变密度滤光片5并射至所述明暗交替滤光片6，如图4所示，当所述吸光区域转动至所述光电传感器4的上方后，该部分光束被所述吸光区域吸收，所述光电传感器4接收不到光束，当所述反射区域转动至所述光电传感器4的上方后，该部分光束被所述反射区域反射，所述光电传感器4接收到所述明暗交替滤光片6反射的光束明暗交替变化，即所述光电传感器4接收所述渐变密度滤光片5和所述明暗交替滤光片6反射并叠加的第四光束，并将所述第四光束的光强信号发送至所述控制器；
所述光电传感器4接收所述渐变密度滤光片5和所述明暗交替滤光片6反射并叠加的第四光束，如图5所示为所述控制器接收的第四光束的光强信号，所述控制器通过对比所述第四光束和所述第三光束的光强计算风向，风速的大小决定了所述槽体13和所述明暗交替滤光片6转动的速度，所述控制器根据所述第四光束中明暗交替的频率计算风速。
本申请所述风向检测器整合了检测风向和检测风速的功能，结构简单，改善了以往机械式风速风向检测器体积较大的缺陷，且检测风速受低风速启动的限制较小。
所述底座12为法兰，便于固定安装所述风向检测器。
如图2所示，所述槽体13的内侧槽壁通过与其转动配合的轴承转动安装在所述管轴11上，以将所述光电传感器4封闭在所述槽体13内，避免外部环境影响所述光电传感器4工作。
优选地，所述明暗交替滤光片6包括多个呈扇形且规格一致的反射滤光片61和黑色滤光片62，多个所述反射滤光片61和多个所述黑色滤光片62同轴设置且沿环形依次交替分布，任意相邻的所述反射滤光片61和所述黑色滤光片62连接固定，所述反射滤光片61构成所述明暗交替滤光片6的反射区域，所述黑色滤光片62构成所述明暗交替滤光片6的吸光区域。
所述反射滤光片62反射光束，所述黑色滤光片62吸收光束。
优选地，所述明暗交替滤光片6和所述渐变密度滤光片5同轴分布。
所述明暗交替滤光片6和所述渐变密度滤光片5同轴分布，避免所述明暗交替滤光片6和所述渐变密度滤光片5在转动的过程中，导致所述光电传感器4发出的光束无法照射到所述明暗交替滤光片6上。
图1所示的所述风向检测器的风向轴竖向设置，所述扇叶7采用垂直轴风力发电机扇叶的结构；本申请所述风向轴还可水平设置，则所述扇叶7的结构采用水平轴风力发电机扇叶的结构，在此不再赘述。
如图1所示，所述扇叶7为竖向设置的条形板，多个所述扇叶7沿所述槽体13的周向间隔均匀的分布，每个所述扇叶7靠近所述槽体13的一侧通过连杆与所述槽体13侧壁连接固定，且所述扇叶7的厚度由其对应宽度方向的一侧向另一侧逐渐减小，且所述扇叶7的厚度由其对应宽度方向的一侧向另一侧逐渐减小，以使所述扇叶7在风力的作用下驱动所述槽体13转动。
所述扇叶7的结构仅作为示意图，本领域技术人员可根据需要调节所述扇叶7的材料、大小和个数。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风向检测器，其特征在于，包括壳体(1)、风向轴(2)、风向标(3)、光电传感器(4)和环形的渐变密度滤光片(5)，所述壳体(1)内部中空，所述风向轴(2)竖向并可转动的安装在所述壳体(1)内，且所述风向轴(2)的上端向上延伸至伸出所述壳体(1)，所述风向标(3)安装在所述风向轴(2)上端，所述风向标(3)在风力的作用下带动所述风向轴(2)同步转动，所述渐变密度滤光片(5)设置在所述壳体(1)内且同轴固定安装在所述风向轴(2)上端，所述光电传感器(4)与控制器电连接，所述光电传感器(4)安装在壳体(1)内并位于所述渐变密度滤光片(5)的下方，且所述光电传感器(4)的检测部朝上，所述光电传感器(4)用以朝所述渐变密度滤光片(5)发出光束，并接收所述渐变密度滤光片(5)反射的光束信号后发送至所述控制器。
2.根据权利要求1所述的风向检测器，其特征在于，所述壳体(1)内固定安装有竖向分布的管轴(11)，所述管轴(11)的上端与所述壳体(1)内顶壁之间具有间隙，所述风向轴(2)的下端伸入所述管轴(11)内并与其同轴转动连接，所述光电传感器(4)安装在所述管轴(11)上端。
3.根据权利要求2所述的风向检测器，其特征在于，还包括环形的明暗交替滤光片(6)，所述明暗交替滤光片(6)上布满有沿其周向依次交替分布的反射区域和吸光区域，所述壳体(1)包括底座(12)和圆柱体形的槽体(13)，所述管轴(11)设置在所述底座(12)上端，所述槽体(13)同轴并可转动的安装在所述管轴(11)上，且所述槽体(13)的槽口朝下，所述槽体(13)的外侧壁上设有多个沿其周向间隔均匀分布的扇叶(7)，所述明暗交替滤光片(6)安装在所述槽体(13)的内底壁上，并位于所述渐变密度滤光片(5)的上方，所述光电传感器(4)用以发出光束，并接收所述明暗交替滤光片(6)和所述渐变密度滤光片(5)反射的光束后发送至所述控制器。
4.根据权利要求3所述的风向检测器，其特征在于，所述明暗交替滤光片(6)包括多个呈扇形且规格一致的反射滤光片(61)和黑色滤光片(62)，多个所述反射滤光片(61)和多个所述黑色滤光片(62)同轴设置且沿环形依次交替分布，任意相邻的所述反射滤光片(61)和所述黑色滤光片(62)连接固定，所述反射滤光片(61)构成所述明暗交替滤光片(6)的反射区域，所述黑色滤光片(62)构成所述明暗交替滤光片(6)的吸光区域。
5.根据权利要求4所述的风向检测器，其特征在于，所述明暗交替滤光片(6)和所述渐变密度滤光片(5)同轴分布。
6.根据权利要求3-5任一项所述的风向检测器，其特征在于，所述扇叶(7)为竖向设置的条形板，多个所述扇叶(7)沿所述槽体(13)的周向间隔均匀的分布，每个所述扇叶(7)靠近所述槽体(13)的一侧通过连杆与所述槽体(13)侧壁连接固定，且所述扇叶(7)的厚度由其对应宽度方向的一侧向另一侧逐渐减小。
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