一种测量杯式风速传感器起动及风速特性的自动化系统

摘要

本发明公开了一种测量杯式风速传感器起动及风速特性的自动化系统，该系统包括小型风洞发生装置和风速校验仪。小型风洞发生装置通过直流风机在内部模拟0-10m/s风速，测量杯式风速传感器起动风速特性和0-10m/s风速特性。风速校验仪通过内部的驱动装置带动风速传感器轴转动，测试传感器高风速段10-40m/s的风速特性。系统设计具有结构简单体积小、测量精度高、现场使用效果好及测量成本低等特点。在风杯的外观、转动性能和平衡特性合格的前提下，通过起动风速检测，便可排除风速传感器风杯轴阻力特性不合格的仪器，方便修理，保证了仪器的合格率。在起动风速检测合格后再进行风速示值校验，便可得到准确的风速特性。

说明书

技术领域

本发明涉及气象测量仪器，尤其涉及一种测量杯式风速传感器起动及风速特性的自动化系统。

背景技术

杯式风速传感器是一种灵敏度高而且要求严格的气象仪器，该仪器通常工作一段时间后，要进行起动、风速的校准和检测其精度。常规的方法是将风速传感器送到国家或省一级的计量单位，采用风洞进行测试，既浪费时间又浪费人力、财力。通常检测风速传感器主要是通过电机带动风速传感器的轴检验传感器的性能，忽略了传感器上风杯的作用。因此，常规的方法并不能准确的检验风速传感器的整体性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量杯式风速传感器起动及风速特性的自动化系统，本系统的小型风洞发生装置通过直流风机可以在内部模拟0-10m/s风速，测量杯式风速传感器起动风速特性和0-10m/s风速特性。本系统的风速校验仪通过内部的驱动装置带动风速传感器的轴转动，测试传感器高风速段10-40m/s的风速特性。

本发明采取的技术方案是：一种测量杯式风速传感器起动及风速特性的自动化系统，其特征在于：该系统由小型风洞发生装置和风速校验仪两部分组成，小型风洞发生装置设为圆柱体，包括风速计、上盖、导向套、外罩、直流风机A、直流风机B、底座和基座；其中，在底座上安装导向套，上盖上设有出风口，风速计安装在上盖上，上盖安装在导向套上，外罩的底端与底座紧密接触，外罩的上端与上盖紧密接触，外罩的底部两侧分别设有对称的进风口，在进风口处分别安装直流风机A和直流风机B，用于安装被测杯式风速传感器的基座设在底座中心位置，且在基座和底座的中心位置预留出线孔；所述的风速校验仪包括前面板、内部组成部分和后面板，其中，前面板设有电源开关、风速仪选择旋钮、电压调节旋钮、电能调节旋钮、电压表数值显示器、电能表显示器、传感器风速值显示器、标准风速值显示器、自校开关；后面板设有电源插座、叶轮表插槽、起动／风速选择开关、直流风机B的电源插槽、标准表／叶轮表选择开关、12V／5V选择开关、RS232插槽、测速器、传感器插座、直流风机A的电源插座。

本发明所产生的有益效果是：应用本系统的小型风洞发生装置实现了自动测量杯式风速传感器0～10m/s起动、风速的特性；应用本系统的风速校验仪实现了自动测量杯式风速传感器10～40m/s的风速特性。同时系统设计具有结构简单体积小、测量精度高、现场使用效果好及测量成本低等特点。在风杯的外观、转动性能和平衡特性合格的前提下，通过起动风速检测，便可排除风速传感器风杯轴阻力特性不合格的仪器，方便修理，保证了仪器的合格率。在起动风速检测合格后再进行风速示值校验，便可得到准确的风速特性。

附图说明

图1为本发明的小型风洞发生装置结构剖视示意图；

图2为图1中导向套3的主视图；

图3为图1中导向套3的俯视剖面图；

图4为本发明的风速校验仪外形图；

图5为风速校验仪的前面板结构图；

图6为风速校验仪的后面板结构图；

图7为本发明的系统连接原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，本系统的小型风洞发生装置设为圆柱体，包括风速计101、上盖102、导向套103、外罩104、直流风机A105、直流风B114、底座108和基座110；底座108为圆形底板，采用金属材料制成；在底座108上安装导向套103，上盖102上设有出风口117，风速计101安装在上盖102上，上盖102安装在导向套103上，上盖102由塑料或玻璃式的透明材料制成；外罩104的底端与底座108紧密接触，外罩104的上端与上盖102紧密接触，外罩104的底部两侧分别设有对称的进风口106，在进风口106处分别安装直流风机A105和直流风机B114，用于安装被测杯式风速传感器111的基座110设在底座108中心位置，且在基座110和底座108的中心位置预留出线孔109。

参照图1，小型风洞发生装置的直流风机A105安装在外罩104一侧(右侧)内壁上，其外壁安装有密封座A107；外罩104的另一侧（左侧）外壁上安装有密封座B112，直流风机B114安装在密封座B112内部，并配有密封盖113。直流风机A105、直流风机B114也可采用其它可控的电机，如步进、伺服电机等。直流风机A105和直流风机的功率不同，直流风机A105功率为2.4W；直流风机B114功率为58.8W。小型风洞发生装置的外罩104的上端安装有快速压紧器116，上盖102由快速压紧器116压紧在导向套103上。

参照图2和图3，小型风洞发生装置的导向套103上部设有数条同向斜通槽115，其槽口数量可为8-30条，但以16-20条为好；直流风机A105和直流风机B114产生的风通过导向套103上的数条同向斜通槽115吹入，形成螺旋的气流带动传感器转动。

小型风洞发生装置在导向套103上方的上盖102上设有出风口117，在出风口117处或其它部位装有风速计101，风速计101采用数字低速叶轮风速计。

参照图4、图5和图6，本系统的风速校验仪包括前面板、内部组成部分和后面板，其中，前面板设有电源开关14、风速仪（杯式风速传感器）选择旋钮15、电压调节旋钮16、电能调节旋钮17、电压表数值显示器18、电能表显示器19、传感器风速值显示器20、标准风速值显示器21、自校开关22；后面板设有电源插座23、叶轮表插槽24、起动／风速选择开关25、直流风机B114的电源插槽26、标准表／叶轮表选择开关27、12V／5V选择开关28、RS232插槽29、测速器30、传感器插座31和直流风机A105的电源插座32。

参照图7，本系统的风速校验仪内部组成部分包括变压器、电压调节器、电能调节器、驱动装置、测速器、分频器、计数运算器、运算芯片、单片机89C51及串口模块；单片机采用89C51芯片，运算芯片集成4066芯片和4089芯片，为不同厂家的杯式风速传感器提供不同的信号通讯作用，串口模块采用MAX202芯片，其中，变压器的三个输入端分别连接220V交流电源，分别输出5V、12V、26V直流电；开关S1为12V／5V选择开关28，开关S1的1端、2端、3端分别连接变压器5V输出端、图7左侧的杯式风速传感器带有风杯，杯式风速传感器的1端、变压器12V输出端，开关S1的2端与杯式风速传感器的1端之间连接熔断器F1；直流风机A的1端、2端分别连接电压调节器的1端、2端，实现对直流风机A105的调节；电压调节器的3端连接12V电压，电压调节器的4端接地；直流风机B的1端、2端分别连接电能调节器的1端、2端，实现对直流风机B114的调节；电能调节器的3端连接12V电压，电能调节器的4端接地；杯式风速传感器的2端接地，3端连接运算芯片的3端，实现传感器信号传入运算芯片；风速计的1端连接5V电压，2端接地，3端连接开关S2的1端，当开关S2向上闭合时实现风速计测得的标准值传送到显示器；开关S2为标准表／叶轮表选择开关27；开关S2的2端连接标准风速值显示器的8端，实现标准风速值传送给显示器，开关S2的3端连接运算芯片的2端，当开关S2向下闭合时实现测速器测得的标准风速值传送到显示器；开关S3为起动／风速选择开关25，当开关S3向上闭合时为10m/s～40m/s风速特性的测试，当开关S3向下闭合时为起动和0m/s～10m/s风速特性的测试，开关S3的1端连接测速器的2端，实现测速器信号的传送，开关S3的2端连接运算芯片的1端，实现标准值与自校值传送给运算芯片进行运算，开关S3的3端连接分频器的2端，实现自校信号的传送；运算芯片实现信号的内部运算与输出，运算芯片的4端连接传感器风速值显示器的10端，实现将处理后的信号直接传送给显示器，5端连接5V电压，并且连接电容C1的一端，电容C1另一端接地，起到稳压的作用。

图7上方不带风杯的杯式风速传感器的1端为传感器的轴，该轴通过机械连接方式连接驱动装置，驱动装置选用直流电机，实现10m/s～40m/s风速特性的测试；驱动装置的1端连接变压器的26V电源，2端连接测速器的1端，实现转速信号的传送，3端接地；分频器实现对不同杯式风速传感器的分频并对仪器自身自校，分频器的1端与计数运算器的1端相连，分频器的3端和4端之间并联电阻R2和晶振Y2，再分别串联了电容C5、电容C6，实现脉冲的整形，分频器的5端与计数运算器的3端相连后再分别连到标准风速值显示器的10端和传感器风速值显示器的2端，实现计数运算后的信号传输给显示器，分频器的6端和计数运算器的2端分别接5V电压，计数运算器的4端连接单片机的12端，实现数据的处理，5端分别连到标准风速值显示器的9端和传感器风速值显示器的1端。

图7中单片机的21端、22端、23端、24端、25端、26端、27端分别连接标准风速值显示器的1端、2端、3端、4端、5端、6端、7端，将单片机处理后的信号传送到显示器，单片机的20端接地，31端和40端分别接5V电压，19端和18端之间并联晶振Y1，再分别连接电容C2、电容C3的一端，电容C2、电容C3的另一端接地，实现信号整形，单片机的9端连接电阻R1的一端、电容C4的一端，电阻R1的另一端接地，电容C4的另一端接5V电压，单片机的1端、2端、3端、4端、5端、6端、7端分别连接传感器风速值显示器的9端、8端、7端、6端、5端、4端、3端；串口模块的12端、11端分别连接单片机的10端、11端，实现串口模块与单片机之间的数据交换，串口模块的10端接地，4端、5端之间并联电容C7，1端和3端之间并联电容C8，实现稳压作用，串口模块的8端接地，6端连接电容C11的一端，电容C11的另一端接地防干扰，串口模块的2端连接电容C10，电容C10的另一端以及串口模块的15端分别接5V电压，串口模块的16端接地，串口模块的15端与16端之间并联电容C9；串口模块的13端、14端分别连接上位机的1端、2端，实现上位机与系统的数据交互，上位机的3端接地。

本发明测试0～10m/s起动风速时，先将杯式风速传感器111放置在基座110内，装好上盖102，压紧快速压紧器116，将风速计101装在上盖102上，将风速校验仪后面板的起动／风速选择开关25扳到“起动”，标准表／叶轮表选择开关27扳到“叶轮表”，12V／5V选择开关28扳到“12V”。接通直流电源，首先应用直流风机A105提供0m/s～1m/s的风速，将密封盖113拧在密封座B112上，由小到大调节电压调节旋钮16，形成小风流，透过透明上盖102观察杯式风速传感器111的转动，当直流电压调节到旋转气流可以连续转动杯式风速传感器111时，停止调节直流电压，此时，通过风速计101显示的数据便可得到杯式风速传感器111的起动风速；当直流电压调节到最大，杯式风速传感器111仍未起动，则选用直流风机B114，将密封盖113从密封座B112上拧下，盖在密封座A107上，调节电能调节旋钮17，由低到高调节，形成大风流，透过透明上盖102观察杯式风速传感器111的转动，当电能表调节到旋转气流可以连续转动杯式风速传感器111时，停止调节电能，此时，通过风速计101显示的数据便可得到杯式风速传感器111的起动风速。测量时，每个杯式风速传感器111应测量3-5次，取其平均值，即为杯式风速传感器111的起动风速的精确测量值。

本发明测试0～10m/s风速特性时，先将杯式风速传感器111放置在基座110内，装好上盖102，压紧快速压紧器116，将风速计101装在上盖102上，将风速校验仪后面板的起动／风速选择开关25扳到“起动”，标准表／叶轮表选择开关27扳到“叶轮表”，12V／5V选择开关28扳到“12V”。接通直流电源，首先应用直流风机A105提供0m/s～1m/s的风速，将密封盖113拧在密封座B112上，由小到大调节电压调节旋钮16，形成小风流，观察风速校验仪前面板上的标准风速值显示器21和传感器风速值显示器20，对比这两个显示的数值，得到所需风速特性；当显示器的数值不再升高时，选用直流风机B114，将密封盖113从密封座B112上拧下，盖在密封座A107上，调节电能调节旋钮17，由低到高调节，形成大风流，观察风速校验仪前面板上的标准风速值显示器21和传感器风速值显示器20，对比这两个显示的数值，得到1m/s～10m/s风速特性。

本发明测试高风速段风速时，先将杯式风速传感器111上的风杯取下，将杯式风速传感器安装风杯的轴与风速校验仪的测速器30相连，安装好杯式风速传感器111的信号传输线，将风速校验仪后面板的起动／风速选择开关25扳到“风速”，标准表／叶轮表选择开关27扳到“标准表”，12V／5V选择开关28扳到“12V”，开始调节电压调节旋钮16，电压由低到高，便可得到杯式风速传感器111的高风速段特性。