一种风速风向检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风速及风向检测领域，具体说是一种基于压电效应的风速风向检测装置。
【背景技术】
[0002]天气预报中不可缺少的一项便是风力等级和风向，近些年来，出现了很多类型的风速或风向测量装置，如精度较高的热式风速仪，但需要测量者于户外测量；再如气象站用的旋转式风速计，具有精度较低，需测量者到风速计下读数，以及不能将风速、风向的测量集中到一起导致测量不便的缺点；还有根据多普勒效应以及超声波的穿透性好、定向性强申请了超声波测速的专利，如发明名:超声波三维测风方法和三维超声波风速、风向仪，专利公开号为CN102269679A ;发明名称为:一种超声波风速仪，专利公开号:CN202075304U ；发明名称:气压修正超声波风速风向仪构架，专利公开号:CN202133677U，上述专利均运用多普勒效应来测量风速，但是都要涉及复杂的计算和计算机编程。在1880年，Curie兄弟在研宄热电现象和晶体对称性的关系时，于α石英晶体上发现了压电效应:某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷的现象即为压电效应。即使现有技术中出现少量采用压电效应的风速检测装置，但是其往往不同时具有风向检测功能，且测量精度不高。
[0003]经检索，中国专利号:ZL 200920073011.7，实用新型名称:一种压电风速仪，其由气流通道、靶片、刚性连杆、压电传感器、IC芯片、LCD液晶显示模块以及关联导线组合而成，其靶片与刚性连杆以及压电传感器是依次直接相连的。中国专利申请号:201420081456.0，实用新型名称:压电型固定翼式风速测量仪，立柱底端固装在底座上，在立柱顶端外周壁上设置着外螺纹，限位螺母自身具有的内螺纹与外螺纹相配合连接，环绕立柱顶端的限位螺母通过相配合连接的内螺纹与外螺纹对应在立柱顶端柱体上以自旋方式沿立柱长度方向往复移动，滑动管、环形压电陶瓷垫和螺旋弹簧朝着由底座至限位螺母的方向依次套装在立柱位于底座与限位螺母之间的柱体上，滑动管、环形压电陶瓷垫和螺旋弹簧均环绕着立柱，滑动管以沿立柱长度方向往复滑动的方式与立柱动配合，在滑动管外管壁上固装着固定翼，环形压电陶瓷垫固接螺旋弹簧的一端，螺旋弹簧的另一端固接限位螺母。上述两个申请案中都运用了压电效应，但是其都只限于对风速的检测，不能同时具备风向检测功能，而且装置的精度不是特别高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于压电效应的风速风向检测装置，其可以实现对风速和风向的精确测量。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:一种风速风向检测装置，包括感应系统和测量系统，所述感应系统包括能随风摆动的竖直杆、压电陶瓷片、旋转装置和接收风装置，所述压电陶瓷片共设置有多块并均匀布设在竖直杆下半部分任一段高度的外壁，所述旋转装置设置在竖直杆的上半部分并能随风绕竖直杆作360°旋转，在所述旋转装置的圆周一侧连接有接收风装置，所述每一块压电陶瓷片的两端均与测量系统电连接。
[0006]优选的，所述竖直杆的全部或部分采用橡胶材料制作。
[0007]优选的，所述压电陶瓷片共设置了 16块，所述16块压电陶瓷片布设在竖直杆的同一水平高度，并均匀对称贴合于竖直杆的外壁。
[0008]优选的，所述压电陶瓷片布设在竖直杆从底端向上的三分之一高处。
[0009]优选的，所述旋转装置设置在竖直杆的顶端，所述接收风装置通过尼龙绳与旋转装置连接。
[0010]进一步的，所述每块压电陶瓷片外侧均设置有一层防风化薄膜，所述每块压电陶瓷片之间填充有绝缘物。
[0011]进一步的，还包括固定装置，所述固定装置安装在竖直杆的底部。
[0012]进一步的，所述测量系统包括测量电路、整流电路、储能电路、保护电路和显示电路，所述测量电路包括16路输入，所述16路输入互相独立且功能相同，所述显示电路包括A/D转换电路、单片机以及显示屏，所述测量电路的每一路输入端均与相应的每块陶瓷片的两端相连，所述测量电路的每一路输出端均与A/D转换电路相连，所述整流电路的输入端连接于测量电路的输入接口，所述整流电路的输出端分别并联于保护电路的输入端，所述保护电路的输出端连接于储能电路，储能电路的输出端连接于A/D转换电路的输入端，所述A/D转换电路的输出端与单片机的一部分I/O端口相连，所述单片机的一部分I/O端口与显示屏相连。
[0013]进一步的，所述储能电路包括两个电容；其中一个电容的正极连接于所述整流电路的输出端，负极接地；另一个电容的正极连接于所述保护电路的输出端，负极接地。
[0014]进一步的，所述整流电路包括整流桥；所述保护电路包括两个肖特基二极管，所述A/D转换电路包括4块PCF8951P芯片。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:本发明提出的基于压电效应的风向、风速检测装置安装于建筑物顶部，让其接受风装置随风摆动，带动竖直杆上的压电陶瓷片发生形变，产生电荷通过测量电路输出电压，再将输出电压输入到显示电路的A/D转换模块进而连接到单片机，其单片机优选51单片机，通过对51单片机的编程比较采集电压的大小，将会有个最大的正电压和负电压，该最大电压大小对应某一风速，并根据电压的正、负来确定风向，然后将风速、风向显示到显示屏中，具有较高的精度。其竖直杆采用橡胶材料制作，是为了便于使其能随风摆动；在竖直杆的顶端设置接收风装置是为了增大迎风面，以尽量多的收集风力，设置旋转装置是为了能使接收风装置能迎合风向，设置16块压电陶瓷片是为了将竖直杆的圆周进行尽量多的细分，以使风向的测量能更加准确，将压电陶瓷片布设在竖直杆从底端向上的三分之一高处，是因为竖直杆在此处的挠曲变形最大，将压电陶瓷片设于此处，其效果最明显。在每块压电陶瓷片的外侧均设置一层防风化薄膜，是为了保护压电陶瓷片免设雨水的侵袭，其还能进一步防止其风化，延长使用寿命，在所述每块压电陶瓷片之间填充有绝缘物，是为了使每块压电陶瓷片相互之间保持绝缘，以利于其与16路测量电路分别相连。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的感应装置结构示意图；
[0017]图2是本发明的竖直杆、压电陶瓷片、绝缘物、防风化薄膜配合在一起时的剖视图；
[0018]图3是本发明的测量电路示意图；
[0019]图4为本发明的显示电路示意图。
[0020]示意图中的标号说明:
[0021]1、竖直杆；2、旋转装置；3、尼龙绳；4、接收风装置；5、压电陶瓷片；6、固定装置；7、绝缘物；8、防风化薄膜。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0023]结合图1、图2，本发明的一种基于压电效应的风速风向检测装置，包括圆柱形有弹性的竖直杆1，所述竖直杆I整体采用橡胶材料制作，以及贴于竖直杆三分之一高处的一圈16块压电陶瓷片5、压电陶瓷片5在同一水平高度上对称均匀贴合于竖直杆I顶端与底端之间的外壁上，其上附一层防风化薄膜8，防风化薄膜8将压电陶瓷片5完全封闭在内，压电陶瓷片5之间有绝缘物7填充，另外，其还包含置于竖直杆I顶端且连接有尼龙绳3的可绕橡胶竖直杆I作360°圆周旋转的旋转装置2，尼龙绳3的另一端设置有接收风装置4，压电陶瓷片5两端产生的电压连入测量系统；本发明还包括固定装置6，其安装于橡胶竖直杆I的底部。
[0024]如图3、图4所示的测量电路，测量电路包括16路输入，16路输入互相独立，功能相同，测量电路的每一路输入端均与对应的每一块陶瓷片两端相连，测量电路的每一路输出端均与51单片机相连，所述51单片机是对所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称，其核心为51芯片，型号如STC89S51或STC89C51，本实施方式采用STC89S51为51单片机常用芯片。当然，还可以采用其他型号的单片机代替51单片机，如型号为MSP430的单片机，但相对于其他单片机，对51单片机进行内部编程更加方便。
[0025]整流电路的输入端连接于测量电路的输入接口，整流电路的输出端分别并联于保护电路的输入端，保护