专利名称：一种抗冰冻风向传感器的制作方法
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向传感器。
背景技术：
风向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，而风向也越来越需要在大范围被实时、精确地测量出来。风向传感器是指能够测量0-360度风向的传感器。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，最终导致风向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向的风标均采用塑料或其它一些轻质量而又容易折损的材料，如果将这种风标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向传感器。本实用新型的一种抗冰冻风向传感器，包括壳体；风向机构；传动轴机构，与所述风向机构连接；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；风向转换电路模块，用于将所述风向机构检测到的风向磁场变化转换成模拟电流
量输出；所述风向机构处设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，和与所述风向转换电路模块和所述加热装置连接为其供电的电源装置。上述的风向传感器，所述风向机构包括与所述转动轴连接的风标支架和位于所述风标支架端部的金属风标，所述风向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；所述风向转换电路模块与所述壳体内壁或所述底座固定连接。上述的风向传感器，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标支架连接的传动轴， 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标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。上述风向传感器，所述金属风标为铝合金件。上述的风向传感器，所述加热装置包括设于所述风标支架下方的加热器，和与所述加热器连接的热缩管，和自动测温电加热线路板。上述的风向传感器，所述风向转换电路模块为风向转换线路板，所述自动测温电加热线路板与所述风向转换线路板通过定位针连接，实现相对定位，其中所述风向转换线路板和/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向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。上述的风向传感器，所述风向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，用于检测风向，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。上述的风向传感器，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。上述的风向传感器，所述磁感应单元包括一个霍尔电路。上述的风向传感器，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.所述风向机构处设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，电源装置与所述风向转换电路模块和所述加热装置连接，为其供电，该设计可以防止风向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.所述风向机构包括与所述传动轴连接的风标支架和位于所述风标支架端部的金属风标，能提高抗强风能力。3.所述风标为铝合金件，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为抗冰冻风向传感器机械结构示意图；图2为抗冻冻风向传感器风向转换电路结构示意图；图3为风向转换电路的电路原理图；1-风标，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-风向转换线路板， 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-风标支架，27-轴向通道；28-配重螺钉，Tl-霍尔电路，T2-电流输出模块，T3-单片机，T4-电压转换模块，T5-12位数模转换模块，DUD2- 二极管，Ql、Q3为MOS管、Q2-三极管；
具体实施方式
实施例1如图1所示的抗冰冻风向传感器，包括壳体14，所述壳体上设有顶丝17;风向机构，本实施例中所述风向机构优选为包括风标支架沈和位于所述风标支架沈一端的风标1 ；所述风标1优选为铝合金件，另外，还包括配累螺钉M设于所述风杯支架沈相对风标的另一端上。所述传感器还包括传动轴机构，与所述风向机构连接，本实施例中，所述传动轴机构优选为包括与所述风标支架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标支架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向转换电路模块，固定安装在所述底座11上，用于将所述风向机构检测到的风向磁场变化转换成模拟电流量输出；所述风向转换电路模块优选为风向转换线路板13，所述风向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，设于所述风标支架下方，与所述加热器连接的热缩管，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；电源装置与所述风向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和用于与所述风向转换线路板13和所述自动测温电加热线路板15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。所述风向转换线路板为风向转换线路板13，所述自动测温电加热线路板15与所述风向转换线路板13通过定位针18连接，实现相对定位，其中所述风向转换线路板13和所述自动测温电加热线路板15安装在所述底座21上；风向转换线路板13上具有转换电
6路，所述转换电路包括磁感应单元，用于检测风向，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。本实施例中，所述碰感应单元为霍尔电路。所述电源单元为电源输入电路，且采用以下电路连接方式实现接点Xl连接外部电源高电压端，接点X2连接外部电源GND。电容C7的一端与二极管Dl的负极、电阻R5的一端连接到XI。C7的另一端和二极管Dl的正极连接到接点X2 (GND)。电阻R5的另一端连接到D7的正极。D2的负极连接到D3的负极，电容C8的一端、电容C9的正极、电流输出模块T2的第一脚、电阻R2的一端、二极管D3的正极、电容C8的另一端、电容C9的负极连接到接点X2 (GND)。磁感应单元为磁感应转换电路，具体电路连接为M0S管Ql的栅极G接单片机T3 的第11脚，源极S接霍尔电路Tl的第6脚和8脚。漏极D接地。电容C5正极接C6的一端，再接霍尔电路Tl的第2脚、第三脚和第7脚，再接R6的一端。霍尔电路Tl的第一脚接单片机T3的第10脚，霍尔电路Tl的第4脚接单片机T3的第9脚，霍尔电路Tl的第5脚接单片机T3的第8脚。控制单元电路连接单片机T3的第1脚接电压转换模块T4的第3脚，再接R3、R4 的一端。电阻R4的另一端接单片机T3的第12脚。电阻R3的另一端接电容C4再接到单片机T3的第4脚，电容C4的另一端接地。单片机T3的第1脚接电容C3，再接电容C2的正极，电容C3的另一端接地。单片机T3的第5脚接12位数模转换模块T5的第1脚，单片机 T3的第6脚接12位数模转换模块T5的第2脚，单片机T3的第7脚接12位数模转换模块 T5的第3脚，单片机T3的第8、9、10、11脚磁感应转换电路如图3所示。单片机T3的第13 脚接电阻R2的一端，再接电阻R1、电容Cl另一端，电阻R1、电容Cl的另一端接地。单片机 T3的第14脚接地。数模转换电路连接12位数模转换模块T5的第1、2、3脚在单片机模数转换电路已叙述。12位数模转换模块T5的第4脚接T4的第3脚，再接电容C13的一端，电容C13的另一端接地。12位数模转换模块T5的第5脚接地。12位数模转换模块T5的第6脚接电阻R9，电阻R9的另一端接电流输出模块T2的第6脚，再接电阻R13的另一端，电阻R13的另一端接T4的第3脚。(电阻R13为备接电阻)。电流、电压转换电流连接为电流输出模块T2的第1脚接电源的正电源，电流输出模块T2的第2脚接电阻RlO的一端，再接三极管Q2的发射极e，电流输出模块T2的第3脚接MOS管Q3的栅极G，且接三极管Q2的集电极。电流输出模块T2的第4脚接电阻R7、电阻R8的一端，电阻R8的另一端接地，电阻R7的另一端接电压转换模块T4的第1脚，再接电容C10。电容ClO的另一端接地。电流输出模块T2的第5脚接T4的第1脚。T2的第6 脚接电阻R9、电阻R13的一端。电流输出模块T2的第7脚接电阻R12、电阻R14的一端，电阻R12的另一端接地。电流输出模块T2的第8脚为空脚，电流输出模块T2的第9脚接地， 电流输出模块T2的第10脚接地。MOS管Q3的源极S接电阻RlO的一端，再接三极管Q2的基极。MOS管Q3的漏极D接电阻R11、电容Cll的一端，电容Cll的另一端接地，电阻Rll的另一端接电容C12 —端，再接D4的负极，再接电阻R14的一端(电阻R14为备接电阻)， 再接OUT端，此端为电路输出端。电容C12的另一端和二极管D4的正极接地。5V稳压电路连接电压转换模块T4的第1脚为IlV的输入，电压转换模块T4的第2脚为地，电压转换模块T4的第3脚为5V输出端。其中，霍尔电路Tl为2SA-10G型霍尔电路，电流输出模块T2为86CCM型集成电路，单片机T3为PIC16F684型单片机，电压转换模块T4为HDE型集成电路模块，12位数模转换模块T5为D3R型数模转换器。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1.一种抗冰冻风向传感器，包括 壳体；风向机构；传动轴机构，与所述风向机构连接；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； 风向转换电路模块，用于将所述风向机构检测到的风向磁场变化转换成模拟电流量输出；其特征在于所述风向机构处设有与所述壳体或所述轴承机构连接的加热装置，和与所述风向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所述的风向传感器，其特征在于所述风向机构包括与所述转动轴连接的风标支架和位于所述风标支架端部的金属风标；所述风向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； 所述风向转换电路模块与所述壳体内壁或所述底座机构固定连接。
3.根据权利要求2所述的风向传感器，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标支架连接的传动轴，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标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； 所述金属风标为铝合金件。
4.根据权利要求3所述的风向传感器，其特征在于所述加热装置包括设于所述风标支架下方的加热器，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任一所述的风向传感器，其特征在于所述风向转换电路模块为风向转换线路板，所述自动测温电加热线路板与所述风向转换线路板通过定位针连接，实现相对定位，其中所述风向转换线路板和/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向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所述的风向传感器，其特征在于所述风向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，用于检测风向，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所述的风向传感器，其特征在于 所述磁感应单元包括一个霍尔电路。
专利摘要本实用新型公开了一种抗冰冻风向传感器，包括壳体；风向机构；传动轴机构，与所述风向机构连接；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；风向转换电路模块，用于将所述风向机构检测到的风向磁场变化转换成模拟电流量输出；所述风向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，和与所述风向转换电路模块和所述加热装置连接为其供电的电源装置。可以防止风向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G01P13/02GK202204829SQ20112030905
公开日2012年4月25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