专利名称：一种抗冰冻风速传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种传感器，尤其是涉及一种抗冰冻风速传感器。
背景技术：
风速是自然环境的重要信息参数。当前社会日益注重全球环境保护，而风速也越来越需要在大范围被实时、精确地测量出来。风速传感器是指能够测量风速的大小传感器。 现在技术中，为了防止线路的在低温环境下运动的可靠性，和稳定性，通过会在线路附近安装加热板，然而，在一些低温度的环境下，其机械转动部分会因为温度过低了结冰，导致转动部分无法正常工作，最终导致风速传感器的无法在低温环境下正常工作。另外，现有技术中的用于检测风速的风杯均采用塑料或其它一些轻质量而又容易折损的材料，如果将这种风杯用在风力较大的环境中容易造成部件的损坏，因此抗强风能力较差，在一些强风地区不适用。
实用新型内容为此，本实用新型所要解决的是在低温环境下正常工作的抗冰冻风速传感器。本实用新型的一种抗冰冻风速传感器，包括壳体；风速机构；传动轴机构，与所述风速机构连接；轴承机构，设于所述壳体内部，与所述壳体内壁连接，且与所述传动轴机构连接；风速转换电路模块，用于将所述风速机构检测到的风速磁场变化转换成模拟电流
量输出；所述风速机构处设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，和与所述风速转换电路模块和所述加热装置连接为其供电的电源装置。上述的风速传感器，所述风速机构包括与所述转动轴连接的风杯支架和位于所述风杯支架端部的金属风杯，所述风速传感器还包括底座机构，位于所述轴承机构下方，与所述壳体固定连接；所述风速转换电路模块与所述壳体内壁或所述底座固定连接。上述的风速传感器，所述轴承机构包括轴承架，所述轴承架中部具有轴向通道， 和设于所述轴向通道中的轴承组件；所述传动轴机构包括与所述风杯支架连接的传动轴， 其中所述传动轴轴向穿过所述轴承架的所述轴向通道，并与所述轴承组件连接；所述传动轴机构还包括设于所述传动轴与所述风杯支架连接一端相对的另一端上的用于防止所述传动轴从所述轴承机构中退出的锁紧螺母，和设于所述锁紧螺母末端的磁钢。上述风速传感器，所述金属风杯为铝合金件。上述的风速传感器，所述加热装置包括设于所述风杯支架下方的加热器，和与所述加热器连接的热缩管，和自动测温电加热线路板。上述的风速传感器，所述风速转换电路模块为风速转换线路板，所述自动测温电加热线路板与所述风速转换线路板通过定位针连接，实现相对定位，其中所述风速转换线路板和/或所述自动测温电加热线路板安装在所述底座上；所述传动轴机构还包括设于所述轴向通道中，且套设于所述传动轴上的短衬套、长衬套、上孔用弹性垫圈和下孔用弹性垫圈；所述轴承组件包括套设于所述传动轴上的上轴承和下轴承；其中，所述短衬套、所述上孔用弹性垫圈、所述上轴承、所述下孔用弹性垫圈、所述长衬套和所述下轴承在所述轴向通道内至上而下分布；所述底座机构包括底座，和套设在所述底座上的底座螺母以及弹性垫圈；所述电源装置为设于所述底座下端的电连接插头和用于与所述风速转换线路板和所述自动测温电加热线路板连接的电缆组件。上述的风速传感器，所述风速转换线路板上具有转换电路，所述转换电路包括磁感应单元，用于检测风速，并将其转换成磁感应电压进行输出；控制单元，与所述磁感应单元连接，数据处理，用于完成对所述磁感应单元磁感应电压的模数转换，并对转换得到的电压数字量进行平滑滤波，使输出稳定的数字信号；数模转换单元，与所述控制单元连接，用于完成数字量转换成模拟电流量输出；电源单元，分别与所述控制单元，和所述数模转换单元连接，用于为该两个单元供电。上述的风速传感器，所述电源单元包括一个兀型RC滤波器和所述兀型RC滤波器串联的LC电感滤波器。上述的风速传感器，所述磁感应单元包括一个霍尔电路。上述的风速传感器，所述控制单元包括单片机，所述单片机设有高精度振荡器，上电复位电路，内设有增强型低电流看门狗电路，所述单片机内部设有A/D转换器。本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点1.所述风速机构处设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，电源装置与所述风速转换电路模块和所述加热装置连接，为其供电，该设计可以防止风速传感器在低温环境下使用时出现转动机构，如传动轴结冰，导致传感器无法工作的情况。2.所述风速机构包括与所述传动轴连接的风杯支架和位于所述风杯支架端部的金属风杯，能提高抗强风能力。3.所述风杯为铝合金件，由于材质较轻，不但能够实现高灵敏度，而且可以使装置具有较好的抗强风能力。
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中图1为抗冰冻风速传感器机械结构示意图；图2为抗冻冻风速传感器风速转换电路结构示意图；图3为抗冰冻风速传感器风速转换电路原理图；1-风杯，2-加热器，3-沉头螺钉，4-轴承架，5-平头螺钉，6_短轴套，7_长轴套， 8-锁紧螺母，9-磁钢，10-上孔用弹性挡圈，11-上轴承，12-下轴承，13-风速转换线路板， 14-壳体，15-自动测温电加热线路板，16-热缩管，17-顶丝，18-定位针，19-底座螺母， 20-弹性垫圈，21-底座，22-电连接插头，23-电缆组件，24-传动轴，25-下孔用弹性挡圈， 26-风杯支架，27-轴向通道，Tl-霍尔电路，T2-电流输出模块，T3-单片机，T4-电压转换模块，Bl-晶体振荡器，DUD2- 二极管，QUQ2-三极管；
具体实施方式
实施例1如图1所示的抗冰冻风速传感器，包括壳体14，所述壳体上设有顶丝17;风速机构，本实施例中所述风速机构优选为包括风杯支架沈和位于所述风杯支架沈一端的风杯1 ；所述风杯1优选为铝合金件。所述传感器还包括传动轴机构，与所述风速机构连接，本实施例中，所述传动轴机构优选为包括与所述风杯支架26连接的传动轴M，和套设于所述传动轴M上的短轴套6、 长轴套7、上孔用弹性垫圈10和下孔用弹性垫圈25 ；另外，所述传动轴机构还包括设于所述传动轴与所述风杯支架26连接一端相对的另一端上的用于防止所述传动轴M从所述轴承机构中退出的锁紧螺母8，和设于所述锁紧螺母8末端的磁钢9。所述传感器还包括轴承机构，设于所述壳体14内部，与所述壳体14内壁连接，且与所述传动轴机构连接；本实施例中，所述轴承机构优选为包括中部具有轴向通道27的轴承架4，所述轴承架4与所述壳体14连接，优选为通过平头螺钉5所述壳体内壁连接，和设于所述轴向通道27中的轴承组件；所述轴承组件优选为包括套设于所述传动轴M上的上轴承11和下轴承12，其中所述传动轴M轴向穿过所述轴承架4的所述轴向通道27，并与所述轴承组件连接；具体地说，所述短衬套6、所述上孔用弹性垫圈10、所述上轴承11、所述下孔用弹性垫圈25、所述长衬套7和所述下轴承12在所述轴向通道27内至上而下分布。所述传感器还包括底座机构，位于所述轴承机构下方，与所述壳体14固定连接； 本实施例中，所述底座机构优选为包括底座21，和套设在所述底座21上的底座螺母19以及弹性垫圈20。所述传感器还包括风速转换电路模块，固定安装在所述底座11上，用于将所述风速机构检测到的风速磁场变化转换成模拟电流量输出；所述风速转换电路模块优选为风速转换线路板13，所述风速机构下方设有与所述壳体14或所述轴承机构连接的加热装置，本实施例中，所述加热装置优选为包括加热器，设于所述风杯支架26下方，与所述加热器连接的热缩管16，和与热缩管16连接的自动测温电加热线路板15。如图1所示，所述加热装置优选为与所述轴承机构连接，具体为，所述加热器2通过沉头螺钉3与所述轴承架4连接；电源装置与所述风速转换电路模块和所述加热装置连接的，为其供电；本实施例中，所述电源装置为设于所述底座下端的电连接插头22和用于与所述风速转换线路板13和所述自动测温电加热线路板连接的电缆组件23。另外，所述自动测温电加热线路板15上具有用于检测大气温度的温度传感器，所述自动测温电加热线路板15根据所检测到的温度对加热器的加热进行自动控制。所述风速转换电路模块为风速转换线路板13，所述自动测温电加热线路板15与所述风速转换线路板13通过定位针18连接，实现相对定位，其中所述风速转换线路板13 和/或所述自动测温电加热线路板15安装在所述底座21上。所述风速转换线路板13上具有转换电路，所述转换电路包括磁感应单元，用于检测风速，并将其转换成磁感应电压进行输出；控制单元，与所述磁感应单元连接，数据处理， 用于完成对所述磁感应单元磁感应电压的模数转换，并对转换得到的电压数字量进行平滑滤波，使输出稳定的数字信号；数模转换单元，与所述控制单元连接，用于完成数字量转换成模拟电流量输出；电源单元，分别与所述控制单元，和所述数模转换单元连接，用于为该两个单元供电。转换电路上的电源单元包括一个兀型RC滤波器和所述兀型RC滤波器串联的LC 电感滤波器。如图3所示的风速传感器电路，其中风速转换电路的电源单元由接点KAl接入 DC/12-28伏正直流电压，接点KA2接500 Ω负载500另一端接DC/12-观伏电压负端，然后由电容C12、C11、C10、C8和电阻Rll组成兀型RC滤波器，在由电感L2、L1、电阻R7、二极管 D2组成LR电感滤波器。磁感应单元由集成电路、三极管Q1、电阻R1、电容C1、C6组成。所述集成电路在本实施例中优选为是一个高发敏度的霍尔电路Tl，当安装在风速仪轴杆上的磁钢在霍尔电路 Tl上方转动时。霍尔电路Tl第4角和5角输出对应的风速感应电压；其中，所述磁钢随传动轴的转动而转动，将检测到的风速转化为变化的磁场，作用于所述磁感应单元上。单片机控制单元由单片机T3、电阻R3、R4、电容C4、C7、晶体振荡器Bi，电容C14、 电阻R10、电容C5组成。单片机T3单片机内设有高精度振荡器，上电复位电路，内设有增强型低电流看门狗电路，该内部设有10位分辨A/D转换器。该单元用于完成模数转换，高速度数据处理，把霍尔电路Tl输出的磁感应电压，转换成数字信号，同时对采集的数据进行平滑滤波，使输出数字信号稳定。数模转换单元由电压转换模块T4、电流输出模块T2、电阻R7、R8、R5、R6、R14、R13、 电容C3、C15、C13组成。该单元完成数字量转换成电流量输出。其中电流输出模块T2是高精度4-20mA输出模块。把输入的5V电压信号转换成2. 5V的电压，通过电阻R9、R6，输入到电流输出模块T2的第2角，完成电压与电流之间的转换。接点KAl接外电源正，接点 KA2接外电源负。电阻R11，C10接至接点KA1。接点KA2联接电容C12，Cll，C10，C8，电感 L2。电感L2另一端接电阻R7，电阻R7另一端联接二极管Dl的正极，接电容C9，接电流输出模块T2第4角。电阻Rll的另一端接电容C8，电感Li。电感Ll的另一端接三极管D2 的正极。三极管D2的负极接T2第7角，接三极管Q2的集电极。电容C9，二极管D1，电阻 R14以上电路连接组成电源供给电路，霍尔电路Tl的第一角接T3单片机第10角。霍尔电路Tl的第7角、第2角、第3角相接并接电容Cl。电容C6接电阻R1。霍尔电路Tl的第4 角接单片机T3的第9角。霍尔电路Tl的第5角接单片机T3的第8角。霍尔电路Tl的第 6角和8角相接，再接三极管Ql的集电极，三极管Ql的基极接地，其发射极接单片机T3的第11角。单片机T3第1角接电容C17。电容C4、C2、R3、R4接电流输出模块T2的第8角。 电阻Rl组成电源供给电路。单片机T3第2角接晶体振荡器Bl的第3角。电容C14。单片机T3的第3角接电阻R10。电阻RlO另一端接晶体振荡器Bi，电容C5。晶体振荡器Bl的第1角和第4角地为模拟地。单片机T3的第4角接电阻R3。单片机T3的第5角接电压转换模块"Γ4第3角。单片机T3第6角接电压转换模块T4第1角，单片机T3的第7角接电阻R7。单片机T3的第12角接电阻R4。单片机T3的第13角接电阻R14、R13、电容C13。 单片机T3的第14角接电容C7。电容C4接模拟地。电压转换模块T4的第2角接模拟地，电压转换模块T4的第2角接R9。电压转换模块T4的第5角接电容C15、R5、电流输出模块 T2的一角。电压转换模块T4的第1角接电阻R8。电流输出模块T2的第8角输出+5伏电压。电流输出模块T2的第1角输2. 5伏电压。电流输出模块T2的第2角接电阻R8、R7、 R5、R6。电阻R6另一端接电阻R9、电容C3。电流输出模块T2的第3角接电容C3接模拟地。电流输出模块T2的第4角接R7。电流输出模块T2的第5角接电阻R2、三极管Q2的发射极。电流输出模块T2的第6角接三极管Q2的基极。电流输出模块T2的第7角接三极管Q2的集电极。电阻R2、R13和电容C13、C15、C6、C1、C2的其中一端接模拟地。其中，霍尔电路Tl所使用的是2SA-10G型号的集成电路模块，电流输出模块为 XTRl 15U型号的集成电路模块，单片机T3为PIC16F684型号单片机。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
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权利要求1.一种抗冰冻风速传感器，包括 壳体；风速机构；传动轴机构，与所述风速机构连接；轴承机构，设于所述壳体内部，与所述壳体内壁连接，且与所述传动轴机构连接； 风速转换电路模块，用于将所述风速机构检测到的风速磁场变化转换成模拟电流量输出；其特征在于所述风速机构处设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，和与所述风速转换电路模块和所述加热装置连接为其供电的电源装置。
2.根据权利要求1所述的风速传感器，其特征在于所述风速机构包括与所述转动轴连接的风杯支架和位于所述风杯支架端部的金属风杯；所述风速传感器还包括底座机构，位于所述轴承机构下方，与所述壳体固定连接； 所述风速转换电路模块与所述壳体内壁或所述底座固定连接。
3.根据权利要求2所述的风速传感器，其特征在于所述轴承机构包括中部具有轴向通道的轴承架，和设于所述轴向通道中的轴承组件；所述传动轴机构包括与所述风杯支架连接的传动轴，其中所述传动轴轴向穿过所述轴承架的所述轴向通道，并与所述轴承组件连接；所述传动轴机构还包括设于所述传动轴与所述风杯支架连接一端相对的另一端上的用于防止所述传动轴从所述轴承机构中退出的锁紧螺母，和设于所述锁紧螺母末端的磁钢； 所述金属风杯为铝合金件。
4.根据权利要求3所述的风速传感器，其特征在于所述加热装置包括设于所述风杯支架下方的加热器，和与所述加热器连接的热缩管， 和自动测温电加热线路板。
5.根据权利要求1-4任一所述的风速传感器，其特征在于所述风速转换电路模块为风速转换线路板，所述自动测温电加热线路板与所述风速转换线路板通过定位针连接，实现相对定位，其中所述风速转换线路板和/或所述自动测温电加热线路板安装在所述底座上；所述传动轴机构还包括设于所述轴向通道中，且套设于所述传动轴上的短轴套、长轴套、上孔用弹性挡圈和下孔用弹性挡圈；所述轴承组件包括套设于所述传动轴上的上轴承和下轴承；其中，所述短轴套、所述上孔用弹性挡圈、所述上轴承、所述下孔用弹性挡圈、所述长轴套和所述下轴承在所述轴向通道内至上而下分布；所述底座机构包括底座，和套设在所述底座上的底座螺母以及弹性挡圈； 所述电源装置为设于所述底座下端的电连接插头和用于与所述风速转换线路板和所述自动测温电加热线路板连接的电缆组件。
6.根据权利要求5所述的风速传感器，其特征在于所述风速转换线路板上具有转换电路，所述转换电路包括磁感应单元，用于检测风速，并将其转换成磁感应电压进行输出； 控制单元，与所述磁感应单元连接，数据处理，用于完成对所述磁感应单元磁感应电压的模数转换，并对转换得到的电压数字量进行平滑滤波，使输出稳定的数字信号； 数模转换单元，与所述控制单元连接，用于完成数字量转换成模拟电流量输出； 电源单元，分别与所述控制单元，和所述数模转换单元连接，用于为该两个单元供电。
7.根据权利要求6所述的风速传感器，其特征在于所述电源单元包括一个兀型RC滤波器和所述兀型RC滤波器串联的LC电感滤波器。
8.根据权利要求7所述的风速传感器，其特征在于 所述磁感应单元包括一个霍尔电路。
9.根据权利要求8所述的风速传感器，其特征在于所述控制单元包括单片机，所述单片机设有高精度振荡器，上电复位电路，内设有增强型低电流看门狗电路，所述单片机内部设有A/D转换器。
专利摘要本实用新型公开了一种抗冰冻风速传感器，包括壳体；风速机构；传动轴机构，与所述风速机构连接；轴承机构，设于所述壳体内部，与所述壳体内壁连接，且与所述传动轴机构连接；风速转换电路模块，用于将所述风速机构检测到的风速磁场变化转换成模拟电流量输出；所述风速机构下方设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，和与所述风速转换电路模块和所述加热装置连接为其供电的电源装置。可以防止风速传感器在低温环境下使用时出现转动机构，如传动轴结冰，导致传感器无法工作的情况。
文档编号G01P5/06GK202177636SQ20112030910
公开日2012年3月28日 申请日期2011年8月23日 优先权日2011年8月23日
发明者叶阿敏, 张胜德 申请人:浙江贝良风能电子科技有限公司