[实用新型]一种新型风速风向测试仪

说明书

技术领域

本实用新型明涉及一种新型风速风向测试仪，属于气象测量科学和光伏应用技术领域。

背景技术

风是由太阳辐射热引起的一种普遍的自然现象，在地球表面不同地方的空气冷热不一样，致使其发生流动从而形成风。从气象学的角度讲，风主要是指空气运动时的水平分量，因为风是矢量，故有风速和风向之分，风速即为空气在单位时间内移动的水平距离，以米/秒国际单位为准；风向是指风吹来的方向，一般用十六方位法表示。风速和风向的测试在实验研究、天气预报、电站监测、航海、军事等很多领域有广泛而重要的应用。

市面上风速风向仪主要有这样三大类：第一类是机械旋转式的风杯和带风向箭头的传感器，第二类是基于超声波原理的风速风向仪，第三类是用风场对金属片的局部散热，判断不同部位金属片的温度大小，进而得知风的大小和方向。这三类风速风向仪都存在一定的问题：有的精度低，使用寿命短；有的成本很高；有的很难适应天气变化。同时，因普通的风向标存在一定的机械结构，要克服机械摩擦，需要有一定的启动风速，这就导致在测量很小风速时测不准，以及无法判断风向的缺陷；另外当风向标转动时，因为尾翼有重量，其惯性不可避免，这时就会出现在同一个风向上左右摇摆的情况，导致读数不准确，风向的测量误差增大。

针对以上问题，本实用新型提出一种完全不同的解决方案，本实用新型使用的传感器是市面上最常用的压力传感器，在支架的四个面上各安装一个压力传感器，便可以感受到风压的大小。压力传感器均竖直安装，所测风速均为水平风速，有一定倾斜角度的风速和上下对流引起的风速的垂直分量则被压力传感器的上下应变片所抵消。风向便是由不同面的压力大小的比值而得出，整个过程没有任何机械动作，测试仪的寿命和传感器的寿命相当，一次安装完成不需要再做校准和调试，且成本低廉。

发明内容

为了克服现有风速风向仪的不足，本实用新型提供了一种新的风速风向测试仪。该新型风速风向测试仪4个方向的压力传感器采集压力数据，受到风的压力时，应变片发生轻微电阻值的变化，致使输出端的电压值发生微小变化，此模拟信号经过AD转换模块，转换成数字量,通过I/O口送入到单片机内部，经过内部算法处理，得出风速值和风向，温湿度传感器采集数据后对风速风向进行校准，液晶显示模块显示风速、风向、温度、湿度等测量结果。该新型风速风向测试仪使用寿命长，成本低廉。

本发明通过以下技术方案完成：一种新型风速风向测试仪，包括框架结构和控制系统，所述框架结构有一支架，支架的四个面分别竖直连接一铝型材微型形变基板的一端，铝型材微型形变基板的另一端用螺丝竖直连接一圆形挡风板，支架连接支架柱子，支架柱子底端与底座相连；所述控制系统的太阳能电池由导线连接至单片机控制模块，温度传感器、湿度传感器、电子罗盘指南针和SD存储模块分别通过导线与单片机控制模块相连，同时，单片机控制模块通过导线连接至液晶显示模块，由铝型材微型形变基板和粘贴在其上的应变片组成的四组压力传感器通过导线接至AD转换模块，AD转换模块通过导线接入单片机控制模块。

工作原理：将各模块的导线与单片机控制模块连接好，系统上电之前用万用表测量电源两端是否短路，判断非短路状态后开始上电，在测量之前要确保系统的整个结构框架竖直放置，通过观察电子罗盘指南针的数值变化，调整到所需的角度和方位，确保四个挡风板分别垂直于东西南北的方向。然后，在无风的情况下初始化系统，4个方向的压力传感器便开始进行压力数据的采集。当有风时，感受到风压的应变片的电阻值发生微小变化，使输出端的电压值相应地产生轻微变化，此信号经过AD转换模块，把模拟量转换成数字量,通过I/O口送入到单片机内部，通过内部算法的运算，得出风速值和风向，温湿度传感器采集数据后对风速风向进行校准，液晶显示模块显示出风速、风向、温度、湿度等测量结果。液晶显示屏可以通过开关的循环按下，切换屏幕显示内容，初始化情况下屏幕显示风速、风级、风向和四个面的压力，第一次按下第一个开关，显示时间、空气湿度和环境温度，再次按下该开关，显示磁场方位和水平面角度。采集和转换的数据将自动保存到SD存储卡中，供采集人员使用。

与现有技术相比，具有如下优点：

1、使用压力传感器测量风速和风向，避免因机械运动造成的测量误差，增加系统的精确度和灵敏度;

2、与传统的风杯式风速风向仪相比，压力式风速风向测量系统的测量结果更接近风速风向的真实值，且反应速度快，能测量极小的软风;