风速风向测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术适用于风速风向检测技术领域，提供了一种风速风向测试装置及测试方法，该风速风向测试装置包括：测试头、支撑杆、至少两个应变片传感器、温度传感器、气压计及主控板。其中，测试头为圆柱体，风吹到圆柱体的测试头表面时圆柱体的测试头会产生有规律的应变，应变反应风流的速度及风向。至少两个应变片传感器设置在测试头上，用于检测圆柱体的测试头受到的应变，主控板可根据至少两个应变片传感器检测得到的应变、当前温度及当前压强确定当前风速及风向。该装置无需设置机械部件，反应灵敏、测试精度高、误差小。

Wind speed and direction measuring device and method

【技术实现步骤摘要】
风速风向测试装置及测试方法
本专利技术属于风速风向检测
，尤其涉及一种风速风向测试装置及测试方法。
技术介绍
风速风向仪在风能、气象、工业、交通等方面应用广泛，可为各行各业的作业生产提供指导依据，在现代检测技术中占据重要的位置。现有风速风向仪多以机械式为主，采用风杯作为感应元件，由于自身机械部件的惯性作用及可能存在的磨损卡滞，使得风速风向仪反应不够灵敏，测试精度低，误差大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种风速风向测试装置及测试方法，以解决现有技术中机械式风速风向仪采用机械部件，由于惯性作用及磨损卡滞造成的反应不灵敏、测试精度低及误差大的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种风速风向测试装置，包括：测试头、支撑杆、至少两个应变片传感器、温度传感器、气压计及主控板；测试头为圆柱体，测试头与支撑杆固定连接；至少两个应变片传感器分开设置在测试头上，且各个应变片传感器所在位置的法线的方向不重合；各个应变片传感器分别用于检测测试头受到的应变，并分别将检测得到应变值发送给主控板；温度传感器用于检测当前环境温度，并将检测得到的当前环境温度信息发送给主控板；气压计用于检测当前大气压强，并将检测得到的当前大气压强发送给主控板；主控板用于根据接收到的当前环境温度信息、当前大气压强及至少两个应变值确定风速及风向。可选的，测试头包括：外壳、圆管及龙骨；其中，外壳为圆柱体；圆管设置在外壳内部，圆管的轴线与圆柱体的外壳的轴线重合；圆柱体的外壳与圆管通过龙骨刚性连接在一起，圆柱体的外壳的底面还与圆管的下端刚性连接在一起。可选的，至少两个应变片传感器分开设置在圆管的底部。可选的，圆柱体的直径为120mm。可选的，至少两个应变片传感器包括：两个应变片传感器；两个应变片传感器所在位置的外法线的方向之间的夹角为本专利技术实施例的第二方面提供了一种风速风向测试方法，适用于本专利技术实施例第一方面提供的风速风向测试装置，风速风向测试方法包括：获取温度传感器检测得到的当前环境温度信息、气压计检测得到的当前大气压强及至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值；根据至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值确定风向；根据至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值、当前环境温度信息及当前大气压强确定风速。可选的，根据至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值确定风向，包括：根据预设的各个应变片传感器所在位置的位置信息及各个应变片传感器分别检测得到的应变值确定各个应变片传感器所在位置的应变；其中，应变为矢量；各个应变片传感器所在位置的应变合成的总的应变的反方向即为风向。可选的，至少两个应变片传感器包括：两个应变片传感器；且两个应变片传感器所在位置沿轴向到圆柱体顶端的距离相等；第一个应变片传感器所在的位置的外法线的方向沿逆时针与正北方向的夹角为θ1，第二个应变片传感器所在的位置的外法线的方向沿逆时针与正北方向的夹角为风向角β的计算公式为：其中，Δ1为第一个应变片传感器检测得到的应变值，Δ2为第二个应变片传感器检测得到的应变值。可选的，至少两个应变片传感器包括：两个应变片传感器；两个应变片传感器所在位置沿轴向到圆柱体顶端的距离相等，且两个应变片传感器所在位置的外法线的方向之间的夹角为当前环境温度信息包括当前华氏环境温度；风速V的计算公式为：ρ＝3.483×10-3×P0/T0其中，ω为抗弯截面模量，E为弹性模量，Δ1为第一个应变片传感器检测得到的应变值，Δ2为第二个应变片传感器检测得到的应变值，ΔD为第一个应变片传感器所在位置的应变与第二个应变片传感器所在位置的应变合成的总的应变值，ρ为当前空气密度，P0为当前大气压强，T0为当前华氏环境温度，CD为阻力系数，D为圆柱体的直径，L为应变片传感器所在位置沿轴向到圆柱体顶端的距离。可选的，阻力系数的值为1.2。本专利技术实施例提供了一种风速风向测试装置，包括：测试头、支撑杆、至少两个应变片传感器、温度传感器、气压计及主控板。其中，测试头为圆柱体，风吹到圆柱体的测试头表面，圆柱体的测试头的表面会产生有规律的应变，应变反应风流的速度及风向。至少两个应变片传感器设置在测试头上，用于检测圆柱体的测试头受到的应变，主控板可根据至少两个应变片传感器检测得到的应变、当前温度及当前压强确定当前风速及风向。该装置无需设置机械部件，反应灵敏、测试精度高、误差小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的风速风向测试装置的示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种测试头内部结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种应变片传感器的布置示意图；图4是本专利技术实施例提供的风速风向测试方法的实现流程示意图；图5是本专利技术实施例提供的测试头的受力示意图；图6是本专利技术实施例提供的升力系数及阻力系数图。具体实施方式以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。参考图1，本专利技术实施例提供了一种风速风向测试装置，包括：测试头11、支撑杆12、至少两个应变片传感器13、温度传感器、气压计及主控板；测试头11为圆柱体，测试头11与支撑杆12固定连接；至少两个应变片传感器13分开设置在测试头11上，且各个应变片传感器13所在位置的法线的方向不重合；各个应变片传感器13分别用于检测测试头11受到的应变，并分别将检测得到应变值发送给主控板；温度传感器用于检测当前环境温度，并将检测得到的当前环境温度信息发送给主控板；气压计用于检测当前大气压强，并将检测得到的当前大气压强发送给主控板；主控板用于根据接收到的当前环境温度信息、当前大气压强及至少两个应变值确定风速及风向。空气流过圆柱体表面时，圆柱体会受到一定的阻力，阻力会在圆柱体上产生有规律的弯矩，弯矩与风向及风速有关。本专利技术实施例提供一种风速风向测试装置，根据以上规律，通过检测圆柱体的应变确定风速及风向，无需设置机械部件，反应灵敏、测试精度高、误差小。其中，各个应变片传感器13所在位置的法线的方向不重合，若各个应变片传感器13所在位置的法线重合，则各个应变片传感器13检测得到的应变值实际为圆管同一个方向或相反方向的应变值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风速风向测试装置，其特征在于，包括：测试头、支撑杆、至少两个应变片传感器、温度传感器、气压计及主控板；/n所述测试头为圆柱体，所述测试头与所述支撑杆固定连接；/n所述至少两个应变片传感器分开设置在所述测试头上，且各个应变片传感器所在位置的法线的方向不重合；所述各个应变片传感器分别用于检测所述测试头受到的应变，并分别将检测得到应变值发送给所述主控板；/n所述温度传感器用于检测当前环境温度，并将检测得到的当前环境温度信息发送给所述主控板；/n所述气压计用于检测当前大气压强，并将检测得到的当前大气压强发送给所述主控板；/n所述主控板用于根据接收到的所述当前环境温度信息、所述当前大气压强及所述至少两个应变值确定风速及风向。/n

【技术特征摘要】
1.一种风速风向测试装置，其特征在于，包括：测试头、支撑杆、至少两个应变片传感器、温度传感器、气压计及主控板；
所述测试头为圆柱体，所述测试头与所述支撑杆固定连接；
所述至少两个应变片传感器分开设置在所述测试头上，且各个应变片传感器所在位置的法线的方向不重合；所述各个应变片传感器分别用于检测所述测试头受到的应变，并分别将检测得到应变值发送给所述主控板；
所述温度传感器用于检测当前环境温度，并将检测得到的当前环境温度信息发送给所述主控板；
所述气压计用于检测当前大气压强，并将检测得到的当前大气压强发送给所述主控板；
所述主控板用于根据接收到的所述当前环境温度信息、所述当前大气压强及所述至少两个应变值确定风速及风向。


2.如权利要求1所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述测试头包括：外壳、圆管及龙骨；其中，所述外壳为圆柱体；
所述圆管设置在所述外壳内部，所述圆管的轴线与圆柱体的外壳的轴线重合；所述圆柱体的外壳与所述圆管通过所述龙骨刚性连接在一起，所述圆柱体的外壳的底面还与所述圆管的下端刚性连接在一起。


3.如权利要求2所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述至少两个应变片传感器分开设置在所述圆管的底部。


4.如权利要求1所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述圆柱体的直径为120mm。


5.如权利要求1至4任一项所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述至少两个应变片传感器包括：两个应变片传感器；
所述两个应变片传感器所在位置的外法线的方向之间的夹角为


6.一种风速风向测试方法，适用于如权利要求1至5任一项所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述风速风向测试方法包括：
获取所述温度传感器检测得到的当前环境温度信息、所述气压计检测得到的当前大气压强及所述至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值；
根据所述至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值确定风向；
根据所述至少两个应变片传感器分别检测得到的应变值、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尉耀元，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13