可重构宽量程的风速风向传感器

本公开属于传感器，具体涉及一种可重构宽量程的风速风向传感器。

背景技术：

1、风速和风向在气象监测、农业生产、风力发电、航空航天、环境保护以及工业制造等众多领域中具有重要的信息价值。传统的风速风向传感器主要有机械式风速风向传感器、超声波式风速风向传感器。其中，基于机械和空气动力学原理的风杯和风向标存在体积大、灵敏度差、量程受限、部件易损等问题；其次，基于超声波原理的风速风向传感器存在体积大、功耗高、成本昂贵、易受环境影响等问题。

2、随着科学技术的快速进步，传感器等仪器所使用的元件数量越来减少，从而导致体积减小，这将引领传感器向高度集成化和微型化的方向发展。因此，针对上述现有技术存在的缺陷，有必要开发一种结构简单、易于操控、稳定性好、系统集成化、量程宽的风速风向传感器。

技术实现思路

1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种可重构宽量程的风速风向传感器，以解决目前风速风向传感器存在的体积大、量程受限、易受环境影响等问题。

2、本公开的一方面，提供一种可重构宽量程的风速风向传感器，所述风速风向传感器包括：衬底、两个v型梁、四个折纸结构梁以及四个金属板；

3、所述v型梁固定于所述衬底上；

4、所述四个折纸结构梁依次首尾连接且悬设于所述两个v型梁之间，所述四个金属板固定于所述衬底上且与所述四个折纸结构梁一一对应；

5、在所述v型梁被施加电流时，所述v型梁推动所述折纸结构梁弯曲，所述折纸结构梁与所述金属板构成平板电容，在风吹向所述折纸结构梁时，所述折纸结构梁产生位移，通过测量所述平板电容的容值变化，以获取风速风向。

6、可选地，其中两个所述折纸结构梁的一端与其中一个所述v型梁固定连接，另外两个所述折纸结构梁的一端与另外一个v型梁固定连接，四个所述折纸结构梁的另一端与所述衬底连接。

7、可选地，所述风速风向传感器还包括四个固定件；其中，

8、所述折纸结构梁的一端通过所述固定件与所述v型梁连接；

9、所述折纸结构梁的另一端通过所述固定件与所述衬底连接。

10、可选地，任一个所述折纸结构梁与x轴方向夹角为45°，且相邻设置的两个所述折纸结构梁相互垂直。

11、可选地，所述折纸结构梁包括三个金属结构，两个绝缘结构以及两个折叠梁；其中，

12、所述三个金属结构沿其长度方向依次相邻设置，且在任一侧的所述金属结构的端部设置有一个所述绝缘结构，在相邻设置的两个所述金属结构之间设置有一个所述折叠梁，以在v型梁推动或风吹所述折纸结构梁时，所述折叠梁发生弯折；

13、其中一个所述绝缘结构通过所述固定件与所述v型梁连接，另外一个所述绝缘结构通过所述固定件与所述衬底连接；

14、位于中间区域的所述金属结构与所述金属板相对应形成平板电容。

15、可选地，所述折叠梁包括上折叠结构、下折叠结构以及位于所述上折叠结构与所述下折叠结构之间的中空结构；其中，

16、所述上折叠结构的一端与位于任一侧的所述金属结构连接，另一端与所述中空结构连接；

17、所述下折叠结构的一端与位于中间区域的所述金属结构连接，另一端与所述中空结构连接，以在所述折叠梁弯折时，所述上折叠结构向上弯折，所述下折叠结构向下弯折，所述中空结构自上向下倾斜设置。

18、可选地，所述上折叠结构自所述金属结构向下凹陷。

19、可选地，所述下折叠结构自所述金属结构向上凹陷。

20、可选地，所述v型梁包括呈v型连接的两个支梁，两个锚区以及驱动杆；其中，

21、所述两个支梁的一端通过对应的所述锚区固定于所述衬底上，所述两个支梁的另一端与所述驱动杆连接，所述驱动杆与所述折纸结构梁连接。

22、可选地，所述锚区作为电流输入端，用于对所述两个支梁施加电流。

23、本公开提出一种可重构宽量程的风速风向传感器，该风速风向传感器包括：衬底、两个v型梁、四个折纸结构梁以及四个金属板；所述v型梁固定于所述衬底上；所述四个折纸结构梁依次首尾连接且悬设于所述两个v型梁之间，所述四个金属板固定于所述衬底上且与所述四个折纸结构梁相对应；在所述v型梁被施加电流时，所述v型梁推动所述折纸结构梁沿z轴正方向弯曲，所述折纸结构梁与所述金属板构成平板电容，在风吹向所述折纸结构梁时，所述折纸结构梁产生位移，通过测量所述平板电容的容值变化，以获取风速风向，通过控制v型梁施加电流的大小，折纸结构梁弯曲高度可控，进而实现灵敏度和量程可重构的风速风向检测。

技术特征：

1.一种可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述风速风向传感器包括：衬底、两个v型梁、四个折纸结构梁以及四个金属板；

2.根据权利要求1所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，其中两个所述折纸结构梁的一端与其中一个所述v型梁连接，另外两个所述折纸结构梁的一端与另外一个v型梁连接，四个所述折纸结构梁的另一端与所述衬底连接。

3.根据权利要求2所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述风速风向传感器还包括四个固定件；其中，

4.根据权利要求3所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，任一个所述折纸结构梁与x轴方向夹角为45°，且相邻设置的两个所述折纸结构梁相互垂直。

5.根据权利要求4所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述折纸结构梁包括三个金属结构，两个绝缘结构以及两个折叠梁；其中，

6.根据权利要求5所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述折叠梁包括上折叠结构、下折叠结构以及位于所述上折叠结构与所述下折叠结构之间的中空结构；其中，

7.根据权利要求6所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述下折叠结构自所述金属结构向上凹陷。

8.根据权利要求6所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述上折叠结构自所述金属结构向下凹陷。

9.根据权利要求1所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述v型梁包括呈v型连接的两个支梁，两个锚区以及驱动杆；其中，

10.根据权利要求9所述的可重构宽量程的风速风向传感器，其特征在于，所述锚区作为电流输入端，用于对所述两个支梁施加电流。

技术总结
本公开提出一种可重构宽量程的风速风向传感器，属于传感器技术领域。风速风向传感器包括：衬底、两个V型梁、四个折纸结构梁以及四个金属板；所述V型梁固定于所述衬底上；所述四个折纸结构梁依次首尾连接且悬设于所述两个V型梁之间，所述四个金属板固定于所述衬底上且与所述四个折纸结构梁一一对应；在V型梁被施加电流时，V型梁推动折纸结构梁沿Z轴弯曲，折纸结构梁与金属板构成平板电容，在风吹向折纸结构梁时，折纸结构梁产生位移，通过测量平板电容的容值变化，以获取风速风向，通过控制V型梁施加电流的大小，以实现折纸结构梁弯曲高度可控，进而实现灵敏度和量程可重构的风速风向检测。

技术研发人员：颜红彦
受保护的技术使用者：南京林业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19