一種基于電磁感應原理的風向風速傳感器的制作方法

本實用新型涉及氣象探測領域，具體是一種基于電磁感應原理的風向風速傳感器。

背景技術：

風向風速的觀測在現代氣象觀測中尤為重要，通過對風向風速的測量可以為各行業的作業生產提供指導依據；傳統的風向風速傳感器大多數是基于光電原理設計的，由于光電器件的體積及光電切割碼盤方式導致了傳統的風向風速傳感器分辨率低，組裝工藝要求高，由于光電器件的原理和光衰壽命有限導致了傳統風向風速傳感器的抗ESD性差、傳感器功耗高。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于電磁感應原理的風向風速傳感器，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

風向傳感器設計原理：傳送和指示風向標所在方位的方法很多，有機械式、電接式傳送、電位計式傳送和光電轉換幾種類型。本文是基于電磁效應設計了一種風向測量傳感器，其原理是在一個平面上貼入2對、4對或者跟多對按圓周排列的霍爾感應元件，每對極性互為相反，排列的圓周直徑為2mm。此時在這個平面的霍爾感應元件所在圓心位置距離平面2-4mm上方懸浮放置一個圓形直徑為2.5mm的對極磁鐵，可測量到相對的兩個霍爾感應元件間有微弱電壓輸出。當懸浮的對極磁鐵旋轉時霍爾感應元件輸出的微弱電壓發生變化。從而可以測得圓心處磁鐵的轉動角度，如果將這個電壓連接到放大器并進行AD采集，數字濾波，通過片上處理系統對其進行量化處理就可以得出角度和數字量。為防止頻域波形產生混疊則ADC采樣速度應滿足，如果將對極磁鐵安裝在風標所在中心軸上，則可以測出當前風向已經變化后的位置。

風速傳感器設計原理：在一個平面上并列貼入兩個霍爾感應元件，極性互為相反。如果此時在這個平面的霍爾感應元件件正上方距霍爾感應元件平面2-4mm處懸浮放置一條帶有N多小磁鐵的磁條，相鄰兩個小磁鐵之間極性相反，可測量到平面上兩個霍爾感應元件間有電壓輸出。當懸浮的對極磁條旋在霍爾感應元件 平面平移時霍爾感應元件輸出的電壓發生變化。通過測量平面處霍爾感應元件的電壓可以測量出懸浮磁鐵的移動速度，如果將這個電壓連接到放大器放大后進行AD采集再經過數字濾波和電壓比較，就可以輸出與速度成正比關系的方波。根據數字頻率與模擬頻率轉化原理，最后的輸入與輸出應該滿足ω＝2*pi*f/fs，其中ω為弧度，pi為π，f為圈數，fs采樣頻率，如果將懸浮磁條做成圓環狀，裝在風杯所在中心軸上，則可以測量出當前風速，以及變化后的風速。

一種基于電磁感應原理的風向風速傳感器，包括風向傳感器和風速傳感器，所述風向傳感器包括風向傳感器本體，所述風向傳感器本體上設置有風標軸，所述風標軸頂端對稱設置有風向標尾和風向標平衡錘；所述風標軸的軸底上設置有柱形對極磁鐵，柱形對極磁鐵通過連接件連接到風標軸的軸底；所述風標軸的軸底正下方設置有PCB電路板a，PCB電路板a上中心位置處設置有霍爾感應元件a，所述風速傳感器包括風速傳感器本體，所述風速傳感器本體上設置有風杯軸，所述風杯軸頂端對稱設置有三杯式風杯，所述風杯軸的軸底上設置有環形對極磁鐵環，環形對極磁鐵環通過連接件連接到風杯所在中心軸的軸底部，所述風杯軸的軸底正下方設置有PCB電路板b；PCB電路板b上設置有霍爾感應元件b，所述霍爾感應元件b置于環形對極磁鐵環外圈正下方。

作為本實用新型進一步的方案：所述PCB電路板a和PCB電路板b為圓形電路板。

作為本實用新型再進一步的方案：所述柱形對極磁鐵位于霍爾感應元件a正上方2-4mm處。

作為本實用新型再進一步的方案：所述環形對極磁鐵環與下端霍爾感應元件b間距為2-4mm。

作為本實用新型再進一步的方案：所述連接件為鋁制金屬連接件。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型提供一種基于電磁感應原理的風向風速傳感器，結構新穎；本實用新型基于電磁感應原理來測量風向風速變化，通過測量對極磁鐵間的磁通量變化來確定風向位置和風速變化；打破了傳統碼盤式和電位計式的測量方式，提高測量精度。

附圖說明

圖1為基于電磁感應原理的風向風速傳感器的風向傳感器結構示意圖。

圖2為基于電磁感應原理的風向風速傳感器的風速傳感器結構示意圖。

圖中：1-風向傳感器、2-風速傳感器、3-風向標尾、4-風向標平衡錘、5-風標軸、6-柱形對極磁鐵、7-霍爾感應元件a、8-PCB電路板a、9-三杯式風杯、10-風杯軸、11-環形對極磁鐵環、12-霍爾感應元件b、13-PCB電路板b。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。

請參閱圖1-2，一種基于電磁感應原理的風向風速傳感器，包括風向傳感器1和風速傳感器2，所述風向傳感器1包括風向傳感器本體，所述風向傳感器本體上設置有風標軸5，所述風標軸5頂端對稱設置有風向標尾3和風向標平衡錘4；所述風標軸5的軸底上設置有柱形對極磁鐵6，柱形對極磁鐵6通過鋁制金屬連接件連接到風標軸5的軸底；所述風標軸5的軸底正下方設置有PCB電路板a8，所述PCB電路板a8為圓形電路板，PCB電路板a8上中心位置處設置有霍爾感應元件a7，所述柱形對極磁鐵6位于霍爾感應元件a7正上方2-4mm處；所述風速傳感器2包括風速傳感器本體，所述風速傳感器本體上設置有風杯軸10，所述風杯軸10頂端對稱設置有三杯式風杯9，所述風杯軸10的軸底上設置有環形對極磁鐵環11，環形對極磁鐵環11通過鋁制金屬連接件連接到風杯所在中心軸的軸底部，所述風杯軸10的軸底正下方設置有PCB電路板b13；所述PCB電路板b13為圓形電路板，PCB電路板b13上設置有霍爾感應元件b12，所述霍爾感應元件b12置于環形對極磁鐵環11外圈正下方；環形對極磁鐵環11與下端霍爾感應元件b12間距為2-4mm。

本實用新型的工作原理是：風向傳感器的工作原理：風向傳感器的風標可以帶動中心軸轉動，當來風時中心軸轉動會帶著底部對極磁鐵轉動，從而使底部固定在電路板上的霍爾感應元件傳感器輸出不同電壓信號。經過風洞校準后通過mcu采集電壓信號，采用滑動平均根據公式，風向過零處理函數：就可以得到外部真正的風向，風速傳感器的工作原理：當外借來風時風杯會帶動中心軸傳動，從而帶動軸底的對極磁鐵環轉動，就會在霍爾感應元件上方形成對極磁場，使霍爾感應元件產生感應電壓，再通過硬件Amp放大和Digital Fiter濾波后送入到后極Voltage Comparator比較，最后產生PWM信號，將其送入到MCU處理，因為風速的測量不存在過零問題，所以只需要將風速傳感器至于風洞中標定后再經 過滑動平均算法,計算即可。

上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明，但是本專利并不限于上述實施方式，在本領域的普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。