一種風速風向檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風速及風向檢測領域，具體說是一種基于壓電效應的風速風向檢測裝置。
【背景技術】
[0002]天氣預報中不可缺少的一項便是風力等級和風向，近些年來，出現了很多類型的風速或風向測量裝置，如精度較高的熱式風速儀，但需要測量者于戶外測量；再如氣象站用的旋轉式風速計，具有精度較低，需測量者到風速計下讀數，以及不能將風速、風向的測量集中到一起導致測量不便的缺點；還有根據多普勒效應以及超聲波的穿透性好、定向性強申請了超聲波測速的專利，如發明名:超聲波三維測風方法和三維超聲波風速、風向儀，專利公開號為CN102269679A ;發明名稱為:一種超聲波風速儀，專利公開號:CN202075304U ；發明名稱:氣壓修正超聲波風速風向儀構架，專利公開號:CN202133677U，上述專利均運用多普勒效應來測量風速，但是都要涉及復雜的計算和計算機編程。在1880年，Curie兄弟在研宄熱電現象和晶體對稱性的關系時，于α石英晶體上發現了壓電效應:某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷的現象即為壓電效應。即使現有技術中出現少量采用壓電效應的風速檢測裝置，但是其往往不同時具有風向檢測功能，且測量精度不高。
[0003]經檢索，中國專利號:ZL 200920073011.7，實用新型名稱:一種壓電風速儀，其由氣流通道、靶片、剛性連桿、壓電傳感器、IC芯片、LCD液晶顯示模塊以及關聯導線組合而成，其靶片與剛性連桿以及壓電傳感器是依次直接相連的。中國專利申請號:201420081456.0，實用新型名稱:壓電型固定翼式風速測量儀，立柱底端固裝在底座上，在立柱頂端外周壁上設置著外螺紋，限位螺母自身具有的內螺紋與外螺紋相配合連接，環繞立柱頂端的限位螺母通過相配合連接的內螺紋與外螺紋對應在立柱頂端柱體上以自旋方式沿立柱長度方向往復移動，滑動管、環形壓電陶瓷墊和螺旋彈簧朝著由底座至限位螺母的方向依次套裝在立柱位于底座與限位螺母之間的柱體上，滑動管、環形壓電陶瓷墊和螺旋彈簧均環繞著立柱，滑動管以沿立柱長度方向往復滑動的方式與立柱動配合，在滑動管外管壁上固裝著固定翼，環形壓電陶瓷墊固接螺旋彈簧的一端，螺旋彈簧的另一端固接限位螺母。上述兩個申請案中都運用了壓電效應，但是其都只限于對風速的檢測，不能同時具備風向檢測功能，而且裝置的精度不是特別高。

【發明內容】

[0004]本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于壓電效應的風速風向檢測裝置，其可以實現對風速和風向的精確測量。
[0005]本發明通過以下技術方案來實現上述目的:一種風速風向檢測裝置，包括感應系統和測量系統，所述感應系統包括能隨風擺動的豎直桿、壓電陶瓷片、旋轉裝置和接收風裝置，所述壓電陶瓷片共設置有多塊并均勻布設在豎直桿下半部分任一段高度的外壁，所述旋轉裝置設置在豎直桿的上半部分并能隨風繞豎直桿作360°旋轉，在所述旋轉裝置的圓周一側連接有接收風裝置，所述每一塊壓電陶瓷片的兩端均與測量系統電連接。
[0006]優選的，所述豎直桿的全部或部分采用橡膠材料制作。
[0007]優選的，所述壓電陶瓷片共設置了 16塊，所述16塊壓電陶瓷片布設在豎直桿的同一水平高度，并均勻對稱貼合于豎直桿的外壁。
[0008]優選的，所述壓電陶瓷片布設在豎直桿從底端向上的三分之一高處。
[0009]優選的，所述旋轉裝置設置在豎直桿的頂端，所述接收風裝置通過尼龍繩與旋轉裝置連接。
[0010]進一步的，所述每塊壓電陶瓷片外側均設置有一層防風化薄膜，所述每塊壓電陶瓷片之間填充有絕緣物。
[0011]進一步的，還包括固定裝置，所述固定裝置安裝在豎直桿的底部。
[0012]進一步的，所述測量系統包括測量電路、整流電路、儲能電路、保護電路和顯示電路，所述測量電路包括16路輸入，所述16路輸入互相獨立且功能相同，所述顯示電路包括A/D轉換電路、單片機以及顯示屏，所述測量電路的每一路輸入端均與相應的每塊陶瓷片的兩端相連，所述測量電路的每一路輸出端均與A/D轉換電路相連，所述整流電路的輸入端連接于測量電路的輸入接口，所述整流電路的輸出端分別并聯于保護電路的輸入端，所述保護電路的輸出端連接于儲能電路，儲能電路的輸出端連接于A/D轉換電路的輸入端，所述A/D轉換電路的輸出端與單片機的一部分I/O端口相連，所述單片機的一部分I/O端口與顯示屏相連。
[0013]進一步的，所述儲能電路包括兩個電容；其中一個電容的正極連接于所述整流電路的輸出端，負極接地；另一個電容的正極連接于所述保護電路的輸出端，負極接地。
[0014]進一步的，所述整流電路包括整流橋；所述保護電路包括兩個肖特基二極管，所述A/D轉換電路包括4塊PCF8951P芯片。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:本發明提出的基于壓電效應的風向、風速檢測裝置安裝于建筑物頂部，讓其接受風裝置隨風擺動，帶動豎直桿上的壓電陶瓷片發生形變，產生電荷通過測量電路輸出電壓，再將輸出電壓輸入到顯示電路的A/D轉換模塊進而連接到單片機，其單片機優選51單片機，通過對51單片機的編程比較采集電壓的大小，將會有個最大的正電壓和負電壓，該最大電壓大小對應某一風速，并根據電壓的正、負來確定風向，然后將風速、風向顯示到顯示屏中，具有較高的精度。其豎直桿采用橡膠材料制作，是為了便于使其能隨風擺動；在豎直桿的頂端設置接收風裝置是為了增大迎風面，以盡量多的收集風力，設置旋轉裝置是為了能使接收風裝置能迎合風向，設置16塊壓電陶瓷片是為了將豎直桿的圓周進行盡量多的細分，以使風向的測量能更加準確，將壓電陶瓷片布設在豎直桿從底端向上的三分之一高處，是因為豎直桿在此處的撓曲變形最大，將壓電陶瓷片設于此處，其效果最明顯。在每塊壓電陶瓷片的外側均設置一層防風化薄膜，是為了保護壓電陶瓷片免設雨水的侵襲，其還能進一步防止其風化，延長使用壽命，在所述每塊壓電陶瓷片之間填充有絕緣物，是為了使每塊壓電陶瓷片相互之間保持絕緣，以利于其與16路測量電路分別相連。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的感應裝置結構示意圖；
[0017]圖2是本發明的豎直桿、壓電陶瓷片、絕緣物、防風化薄膜配合在一起時的剖視圖；
[0018]圖3是本發明的測量電路示意圖；
[0019]圖4為本發明的顯示電路示意圖。
[0020]示意圖中的標號說明:
[0021]1、豎直桿；2、旋轉裝置；3、尼龍繩；4、接收風裝置；5、壓電陶瓷片；6、固定裝置；7、絕緣物；8、防風化薄膜。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本發明作進一步說明:
[0023]結合圖1、圖2，本發明的一種基于壓電效應的風速風向檢測裝置，包括圓柱形有彈性的豎直桿1，所述豎直桿I整體采用橡膠材料制作，以及貼于豎直桿三分之一高處的一圈16塊壓電陶瓷片5、壓電陶瓷片5在同一水平高度上對稱均勻貼合于豎直桿I頂端與底端之間的外壁上，其上附一層防風化薄膜8，防風化薄膜8將壓電陶瓷片5完全封閉在內，壓電陶瓷片5之間有絕緣物7填充，另外，其還包含置于豎直桿I頂端且連接有尼龍繩3的可繞橡膠豎直桿I作360°圓周旋轉的旋轉裝置2，尼龍繩3的另一端設置有接收風裝置4，壓電陶瓷片5兩端產生的電壓連入測量系統；本發明還包括固定裝置6，其安裝于橡膠豎直桿I的底部。
[0024]如圖3、圖4所示的測量電路，測量電路包括16路輸入，16路輸入互相獨立，功能相同，測量電路的每一路輸入端均與對應的每一塊陶瓷片兩端相連，測量電路的每一路輸出端均與51單片機相連，所述51單片機是對所有兼容Intel 8031指令系統的單片機的統稱，其核心為51芯片，型號如STC89S51或STC89C51，本實施方式采用STC89S51為51單片機常用芯片。當然，還可以采用其他型號的單片機代替51單片機，如型號為MSP430的單片機，但相對于其他單片機，對51單片機進行內部編程更加方便。
[0025]整流電路的輸入端連接于測量電路的輸入接口，整流電路的輸出端分別并聯于保護電路的輸入端，保護