風速風向傳感裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種風速風向測量裝置，屬于流體測量【技術領域】。包括多孔探針和數據采集系統，多孔探針包括探針本體，探針本體的頭部設有至少3個且為奇數的引壓孔，探針本體內鋪設有與引壓孔數量對應的引壓管，數據采集系統包括多個壓力傳感器，引壓孔通過引壓管連接壓力傳感器。本實用新型無活動部件、可靠性較高，能夠滿足一般條件下飛行器或氣象測試的使用要求；采用差壓傳感器，其不需要接引參考壓力，在風速較大，迎角或側滑角較小時，量程小于來流動壓的差壓傳感器即可測出迎角或側滑角的變化；用于風向測量時，沒有機械活動部件，故不存在因轉動慣量導致的延遲，對氣流偏角響應速度較高。通過探針本體側面的若干個靜壓孔，可準確地測量參考靜壓。
【專利說明】風速風向傳感裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種風速風向測量裝置，尤其是一種用于飛行器的空速、迎角、側滑角或者用于氣象的風速風向傳感裝置，屬于流體測量【技術領域】。

【背景技術】
[0002]目前飛行器通用的空速傳感器是空速管，其特點是測量準確、使用方便，但是當飛行器飛行速度較低、飛行姿態角較大時，空速管不能夠達到飛行需要的精度；同時現有的空速管需要通過引壓管將總壓或靜壓引至飛控計算機中的壓力傳感器，導致其體積重量較大。此外，現有的航空器一般使用風向標式迎角/側滑角傳感器測量機體相對于氣流的姿態，獲得迎角/側滑角數據，但現有的風向標式迎角/側滑角傳感器件包含多個活動機構，動態頻響較低，一般使用兩個風向標分別測量迎角和側滑角，無法在同一個傳感器上集成迎角和側滑角功能，并且兩個風向標之間存在干擾，難以實現小型化。此外，氣象領域使用的風杯式風速計和風向標測量風速和風向，同樣其存在多個活動部件，可靠性較差，體積大；同時，風杯式風速計存在轉動慣量，響應較慢。
[0003]多孔探針是風洞測試領域中的一項現有的技術，但現有的多孔探針無定位基準，只能測量風速風向，且探針本體與傳感器分離。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于克服現有技術缺陷提供一種體積小、結構牢固、反應速度快且測量精度高的風速風向傳感裝置。
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型提供的風速風向傳感裝置，包括多孔探針和數據采集系統，所述多孔探針包括探針本體，探針本體的頭部設有至少3個且為奇數的引壓孔，探針本體內鋪設有與引壓孔數量對應的引壓管，數據采集系統包括多個壓力傳感器，所述引壓孔通過引壓管連接壓力傳感器。
[0006]本實用新型中，所述引壓孔呈I個中心引壓孔，其余引壓孔沿中心引壓孔外周向均勻對稱分布。
[0007]本實用新型中，所述壓力傳感器為差壓力傳感器，所述中心引壓孔連接I個差壓傳感器，其余任意一對對稱分布的引壓孔共同連接I個差壓傳感器。
[0008]本實用新型中，所述探針本體的側面設有若干個靜壓孔，所述若干個靜壓孔通過I根引壓管與中心引壓孔共同連接I個差壓傳感器。
[0009]本實用新型中，所述數據采集系統包括處理器、信號線，所述壓力傳感器連接處理器，所述處理器連接信號線。
[0010]本實用新型中，所述數據采集系統包括處理器、無線發射模塊，所述壓力傳感器連接處理器，所述處理器連接無線發射模塊。
[0011]本實用新型中，所述數據采集系統包括無線發射模塊，所述壓力傳感器連接無線發射模塊。
[0012]本實用新型中，所述數據采集系統包括處理器、存儲器，所述壓力傳感器連接處理器、所述處理器連接存儲器。
[0013]本實用新型中，所述數據采集系統包括存儲器，所述壓力傳感器連接存儲器。
[0014]本實用新型中，所述數據采集系統設置在外殼內。
[0015]本實用新型的有益效果在于:(I)、與目前用于飛行器的皮托管、風向標式迎角/側滑角傳感器相比，本實用新型風速風向傳感裝置無活動部件，可靠性較高，對風速風向變化的響應較快能夠滿足一般條件下飛行器或氣象測試的使用要求；(2)、本實用新型采用差壓傳感器，其不需要接引參考壓力，在風速較大，迎角或側滑角較小時，量程小于來流動壓的差壓傳感器即可測出迎角或側滑角的變化；同時，其節省了傳感器數量，減小了裝置的體積；(3)、由于采用一體結構，其內部引壓管長度較短，減輕了傳感系統重量；(4)、在單個器件上集成了風速風向測量的功能，減小了體積；(5)、用于風向測量時，沒有機械活動部件，故不存在因轉動慣量導致的延遲，對氣流偏角響應速度較高；(6)、本實用新型通過探針本體側面的若干個靜壓孔，可準確地測量參考靜壓；(7)、將數據采集系統設置在外殼內，可以更好地屏蔽外界干擾以及為安裝探針提供位置基準；(8)、本實用新型可以廣泛應用于航空器或航天器的姿態測量、氣象風速風向測量、風力機流場或葉片性能測試、船舶合成風向及甲板流場、風洞流場校測等領域，具有很高的應用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型風速風向傳感裝置外觀示意圖；
[0017]圖2中(a)為多孔探針部分結構示意圖，(b)為多孔探針頭部引壓孔分布結構示意圖；
[0018]圖3為本實用新型風速風向傳感裝置的嵌入式數據采集系統結構示意圖；
[0019]圖4為本實用新型風速風向傳感裝置的嵌入式數據采集系統實施例1結構示意圖；
[0020]圖5為本實用新型風速風向傳感裝置的嵌入式數據采集系統實施例2結構示意圖；
[0021]圖6為本實用新型風速風向傳感裝置的嵌入式數據采集系統實施例3結構示意圖；
[0022]圖7為本實用新型風速風向傳感裝置的嵌入式數據采集系統實施例4結構示意圖；
[0023]圖8為本實用新型風速風向傳感裝置的嵌入式數據采集系統實施例5結構示意圖；
[0024]圖中，1-多孔控針，2-嵌入式數據采集系統，3-引壓管，4-探針本體，5-靜壓孔，6-引壓孔，7-軟管，8-壓力傳感器，9-外殼，10-處理器，11-信號線，12-無線通信模塊，13-存儲器。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0026]如圖1所示，本實用新型風速風向傳感裝置，由多孔探針I和嵌入式數據系統2組成。
[0027]如圖2所示，多孔探針I包括引壓管3、探針本體4、靜壓孔5和引壓孔6，引壓孔6設置在探針本體4的頭部，引壓孔6數量為5個，呈I個中心引壓孔和4個引壓孔6沿中心引壓孔周向均勻對稱分布，各孔壓力值6的分別反映了多孔探針頭部的氣流方向；探針頭部的形狀和引壓孔6的數量、分布形式也可以根據實際使用進行增減和改變，通常引壓孔6數量應為奇數，其分布形式為以I個中心引壓孔，其余沿中心引壓孔周向均勻對稱分布。引壓管3鋪設在探針本體4的內，其數量與引壓孔6相對應(在探針本體4設有靜壓孔時需要單獨增加用于連接靜壓孔的引壓管)，每個引壓孔6分別與引壓管3連接；在探針本體4的側面沿周向開有8個靜壓孔5，8個靜壓孔5共同連接I根引壓管3，用于將測量參考靜壓數據輸送壓力傳感器8 ;實際應用過程中靜壓孔5的數量可與探針直徑進行不同數目的增減。探針本體4可以加工成不同形狀或者不同的折彎角度，以增加測量風速風向的精度或適用于不同測量場合。
[0028]當氣流方向與多孔探針I頭部成一定夾角時，引壓孔6測得不同的壓力，各孔壓力值與氣流方向構成函數關系，該函數由風洞實驗校準得到；引壓管3與引壓孔6連通，將氣壓引至嵌入式數據采集系統2中的壓力傳感器8。
[0029]如圖3所示，嵌入式數據采集系統2由軟管7、壓力傳感器8、外殼9、處理器10和信號線11組成。軟管7的數量與引壓管3的數量對應，軟管7的一端連接引壓管3，另一端連接壓力傳感器8。壓力傳感器8的數量由多孔探針I上引壓孔6的數量決定，本實施例中壓力傳感器8采用差壓傳感器，差壓傳感器設有兩路檢測信號輸入，其中中心引壓孔6與8個靜壓孔共同連接I個差壓傳感器，位于左右的引壓孔6共同連接到I個差壓傳感器，位于上下的引壓孔6共同連接到I個差壓傳感器，即壓力傳感器8的數量為3個，采用差壓傳感器不需要接參考壓力，在風速較大，迎角或側滑角較小時，量程小于來流動壓的差壓傳感器即可測出迎角或側滑角的變化；此外，采用節省了差壓傳感器可以節省傳感器的數量，減小了裝置的體積。壓力傳感器8連接處理器10，處理器10連接信號線11，處理器10讀取壓力傳感器8的數據，并進行解算，利用已知的各孔壓力值與氣流方向的函數關系，計算出風速風向值及其他物理量，如動壓、靜壓、氣壓高度、溫度、大氣密度等，通過信號線11輸出。處理器10可以為單片機、ARM、FPGA、DSP或其他本領域內技術人員所了解的處理器；處理器10計算出的數據輸出，其形式可以是RS232、RS485、CAN總線或其他為本領域技術人員所了解的通信接口。嵌入式數據采集系統2可以設置在外殼9內，外殼9的作用為保護傳感器，屏蔽外界干擾以及為安裝探針提供位置基準，外殼9可以加工成不同的形狀以適應不同的安裝方式和探針形式，在特殊的應用場合可以省略外殼9。
[0030]在實際應用過程中針對不同型號的壓力傳感器其數量可以進行變化。上述，壓力傳感器8的也可以采用普通的壓力傳感器，其數量為6個，其中5個引壓孔6分別對應連接5個壓力傳感器8，8個靜壓孔5共同連接I個壓力傳感器8。
[0031]如圖4所示，作為嵌入式數據采集系統2的改進實施例，嵌入式數據采集系統中的壓力傳感器8可以直接輸出壓力信號，通過信號線11將該壓力信號輸出至上位機，從而省略處理器10。
[0032]如圖5所示，作為嵌入式數據采集系統2的改進實施例，嵌入式數據采集系統中處理器10與無線通信模塊12連通，風速風向數據經處理后通過無線通信模塊12發射至上位機。
[0033]如圖6所示，作為嵌入式數據采集系統2的改進實施例，嵌入式數據采集系統中壓力傳感器8直接與無線通信模塊12連通，風速風向數據通過無線通信模塊12發射至上位機。
[0034]如圖7所示，作為嵌入式數據采集系統2的改進實施例，嵌入式數據采集系統中處理器10與存儲器13連通，風速風向數據經處理后直接存儲在存儲器13中。采集完成后，存儲器的數據可以通過信號線傳至上位機處理，或使用可移動的存儲介質，利用計算機讀取。
[0035]如圖8所示，作為嵌入式數據采集系統2的改進實施例，嵌入式數據采集系統中壓力傳感器8直接與存儲器13連通，風速風向數據直接存儲在存儲器13中。
[0036]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下還可以做出若干改進，這些改進也應視為本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種風速風向傳感裝置，其特征在于:包括多孔探針(1)和數據采集系統(2)，所述多孔探針(1)包括探針本體(4)，探針本體(4)的頭部設有至少3個且為奇數的引壓孔(6)，探針本體(4)內鋪設有與引壓孔(6)數量對應的引壓管(3)，所述數據采集系統(2)包括多個壓力傳感器(8)，所述引壓孔(6)通過引壓管(3)連接壓力傳感器(8)。
2.根據權利要求1所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述引壓孔(6)呈1個中心引壓孔(6)，其余引壓孔(6)沿中心引壓孔(6)外周向均勻對稱分布。
3.根據權利要求2所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述壓力傳感器(8)為差壓力傳感器，所述中心引壓孔(6)連接1個差壓傳感器，其余任意一對對稱分布的引壓孔(6)共同連接1個差壓傳感器。
4.根據權利要求3所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述探針本體(4)的側面設有若干個靜壓孔(5)，所述若干個靜壓孔(5)通過1根引壓管(3)與中心引壓孔(6)共同連接1個差壓傳感器。
5.根據權利要求1至4任一項所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述數據采集系統(2)包括處理器(10)、信號線(11)，所述壓力傳感器(8)連接處理器(10)，所述處理器(10)連接信號線(11)。
6.根據權利要求1至4任一項所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述數據采集系統(2)包括處理器(10)、無線發射模塊(12)，所述壓力傳感器(8)連接處理器(10)，所述處理器(10)連接無線發射模塊(12)。
7.根據權利要求1至4任一項所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述數據采集系統(2)包括無線發射模塊(12)，所述壓力傳感器(8)連接無線發射模塊(12)。
8.根據權利要求1至4任一項所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述數據采集系統(2)包括處理器(10)、存儲器(13)，所述壓力傳感器(8)連接處理器(10)、所述處理器(10)連接存儲器(13)。
9.根據權利要求1至4任一項所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述數據采集系統(2)包括存儲器(13)，所述壓力傳感器(8)連接存儲器(13)。
10.根據權利要求6所述的風速風向傳感裝置，其特征在于:所述數據采集系統(2)設置在外殼(9)內。
【文檔編號】G01P5/14GK204101584SQ201420452881
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月12日 優先權日:2014年8月12日
【發明者】顧蘊松, 李少澤, 程克明, 孫之駿, 李琳愷, 曹永飛 申請人:南京航空航天大學