一种恒温差风力测量装置的制作方法

1.本技术实施例涉及风力测量领域，尤其涉及一种恒温差风力测量装置。


背景技术：

2.现有气象站测量风速风向的方法中，除了传统的机械式风力测量装置外，还可通过恒温差式风力测量装置进行风力测量。恒温差式风力测量装置利用小型薄膜式的金属探头进行风力测量，加热功耗很小，并且对响应快，测量精度较高。
3.但是薄膜式的金属探头是直接暴露在空气中进行风力测量的，在不同的阳光照射下，会对金属探头引起不同的温升影响，这种温升的差异将会给恒温差式风力测量装置的测量精度带来不良影响。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种恒温差风力测量装置，以解决现有技术中温升的差异给测量精度带来不良影响的问题，提高风力测量精度。
5.本技术实施例提供了一种恒温差风力测量装置，包括温度补偿模块、风速测量模块和控制模块，所述温度补偿模块和所述风速测量模块与所述控制模块通信连接，其中：
6.所述温度补偿模块用于检测环境温升，并向所述控制模块发送环境温升检测结果；
7.所述控制模块用于根据所述环境温升检测结果确定恒温差数值，并控制所述风速测量模块基于所述恒温差数值进行风速测量，并根据风速测量结果确定风速信息。
8.进一步的，所述风速测量模块包括恒温差设置电路、恒温差加热电路、温度检测电路和风速检测电路，所述恒温差设置电路的输入端与所述控制模块连接，所述恒温差设置电路的输出端与所述恒温差加热电路的第一输入端以及所述风速检测电路的第一输入端连接，所述温度检测电路与所述恒温差加热电路的第二输出端和所述风速检测电路的第二输入端连接，所述风速检测电路的输出端与所述控制模块连接，其中：
9.所述控制模块用于根据恒温差数值控制所述恒温差设置电路输出的第一电压，所述温度检测电路用于进行探头温度检测并输出第二电压；
10.所述风速检测电路用于根据所述第一电压和所述第二电压进行风速测量，并向所述控制模块发送风速测量结果。
11.进一步的，所述恒温差加热电路包括电压比较器、第一开关件和加热电阻，所述电压比较器的同相输入端与所述恒温差设置电路的输出端连接，所述电压比较器的反向输入端与所述温度检测电路连接，所述电压比较器的输出端与所述第一开关件的控制端连接，所述第一开关件连接于所述加热电阻的通电回路。
12.进一步的，所述恒温差设置电路的输出端经第一电压跟随器与所述电压比较器的同相输入端连接，所述温度检测电路经第二电压跟随器与所述电压比较器的反向输入端连接。
13.进一步的，所述风速检测电路包括运算放大器和模数转换电路，所述运算放大器的同相输入端与所述恒温差设置电路的输出端连接，所述运算放大器的反向输入端与所述温度检测电路连接，所述运算放大器的输出端与所述模数转换电路的输入端连接，所述模数转换电路的输出端与所述控制模块连接。
14.进一步的，所述恒温差设置电路的输出端经第三电压跟随器与所述运算放大器的同相输入端连接，所述温度检测电路经第四电压跟随器与所述运算放大器的反向输入端连接。
15.进一步的，所述恒温差设置电路包括数模转换电路，所述数模转换电路的输入端与所述控制模块连接，所述数模转换电路的输出端与所述恒温差加热电路的第一输入端以及所述风速检测电路的第一输入端连接。
16.进一步的，所述恒温差风力测量装置还包括水份补偿模块，所述水份补偿模块与所述控制模块连接，所述水份补偿模块用于检测环境水份，并向所述控制模块发送环境水份检测结果，所述控制模块用于根据风速测量结果和所述环境水份检测结果确定风速信息。
17.进一步的，所述温度补偿模块包括光照温度检测电路和环境温度检测电路，所述控制模块包括相互通信连接的第一控制器和第二控制器，所述光照温度检测电路和所述环境温度检测电路分别与所述第一控制器和所述第二控制器通信连接，其中：
18.所述光照温度检测电路用于检测光照温度，并向所述第一控制器发送光照温度检测结果；
19.所述环境温度检测电路用于检测环境温度，并向所述第二控制器发送环境温度检测结果；
20.所述第二控制器用于向所述第一控制器发送所述环境温度检测结果，所述第一控制器用于根据所述光照温度检测结果和所述环境温度检测结果确定恒温差数值。
21.进一步的，所述恒温差风力测量装置还包括配套的无线充电接收电路和无线充电发射电路，所述无线充电接收电路与所述第一控制器连接，所述无线充电发射电路与所述第二控制器连接。
22.进一步的，所述恒温差风力测量装置还包括配套的第一无线通信电路和第二无线通信电路，所述第一无线通信电路与所述第一控制器连接，所述第二无线通信电路与所述第二控制器连接。
23.进一步的，所述恒温差风力测量装置还包括风向测量模块，所述风向测量模块与所述控制模块连接，所述控制模块用于控制所述风向测量模块进行风向测量，并根据风向测量结果确定风向信息。
24.进一步的，所述风向测量模块包括风向检测电路、磁编码器和磁铁，所述风向检测电路与所述磁编码器和所述控制模块连接，所述磁编码器和所述磁铁配套设置，所述风向检测电路用于通过所述磁编码器，检测所述磁铁相对于所述磁编码器的偏转角度，所述控制模块根据所述偏转角度确定风向测量结果。
25.本技术实施例通过温度补偿模块检测环境温升，控制模块根据环境温升检测结果确定恒温差数值，并控制风速测量模块基于恒温差数值控制进行风速测量，控制模块根据风速测量模块反馈的风速监测结果确定风速信息，风速测量模块在进行风速测量时，所依
据的恒温差数值考虑到了环境温升对测量的影响，补偿了不同阳光照射下对风速测量模块的影响，有效提高风力测量精度。
附图说明
26.图1是本技术实施例提供的一种恒温差风力测量装置的结构框图；
27.图2是本技术实施例提供的一种风速探头的结构示意图；
28.图3是本技术实施例提供的另一种恒温差风力测量装置的结构框图；
29.图4是本技术实施例提供的一种恒温差风力测量装置的电路结构示意图；
30.图5是本技术实施例提供的一种气象站的外部结构示意图；
31.图6是本技术实施例提供的一种气象站的内部结构示意图。
32.附图标记：1、温度补偿模块；11、光照温度检测电路；111、温升检测探头； 12、环境温度检测电路；121、环境温度探头；2、风速测量模块；21、恒温差设置电路；22、恒温差加热电路；221、加热电阻；23、温度检测电路；231、温敏电阻；24、风速检测电路；3、控制模块；31、第一控制器；32、第二控制器；4、水份补偿模块；41、第一金属薄片；42、第二金属薄片；51、无线充电接收电路；511、无线充电接收线圈；52、无线充电发射电路；521、无线充电发射线圈；61、第一无线通信电路；611、第一通信天线；62、第二无线通信电路；621、第二通信天线；7、风向测量模块；71、风向检测电路；72、磁编码器；73、磁铁；81、导热防护材料；82、隔热材料；91、活动部分；92、固定部分；93、风速探头；94、风向标；95、轴承；96、转轴；97、百叶窗。
具体实施方式
33.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本技术具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。
34.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.图1给出了本技术实施例提供的一种恒温差风力测量装置的结构框图，如图1所示，该恒温差风力测量装置包括温度补偿模块1、风速测量模块2、控制模块3，温度补偿模块1和风速测量模块2均与控制模块3通信连接。
36.其中，本实施例提供的温度补偿模块1用于检测环境温升并生成环境温升检测结果，并进一步向控制模块3发送环境温升检测结果。
37.本实施例提供的风速测量模块2为恒温差式风速测量模块2，其通过金属薄膜式恒温差风速探头进行风速测量，并且温度补偿模块1对应的温升探头的材料与风速测量模块2的风速探头的材料一致。其中，环境温升可理解为太阳光照对探头造成的温升。
38.进一步的，本实施例提供的控制模块3用于根据环境温升检测结果确定恒温差数值，并控制风速测量模块2基于恒温差数值进行风速测量，并根据风速测量结果确定风速信息。
39.图2为本技术实施例提供的一种风速探头的结构示意图，其中风速探头包括加热电阻221、第一金属薄片41、温敏电阻231和第二金属薄片42，加热电阻221、第一金属薄片41、温敏电阻231和第二金属薄片42由导热防护材料81 进行固定，并且风速探头通过隔热材料82连接导热防护材料81，以固定风速探头。风速测量模块2根据恒温差数值控制加热电阻221加热，通过风对热量的损失，经温敏电阻231测量探头温度，根据探头温度变化可实现对风速的测量。其中金属薄片可用于对应电阻的温度传导，还可作为水份检测探头，通过检测第一金属薄片41和第二金属薄片42之间的电容变化识别风速探头上的水份。
40.其中，环境温升检测结果对应的环境温升越高，对应的恒温差数值越大，风速测量模块2在进行风速测量时，其加热功率越高，风速测量模块2中风速探头的探头温升越高。通过恒温差数值与环境温升的同步变化，风速测量模块2 在进行风速测量时同步调节加热风速探头的探头温升，减小阳光照射风速探头引起的温升影响。
41.进一步的，本实施例提供的恒温差风力测量装置还包括风向测量模块7，该风向测量模块7与控制模块3通信连接，控制模块3用于控制风向测量模块7 进行风向测量，并根据风向测量结果确定风向信息。
42.上述，通过温度补偿模块1检测环境温升，控制模块3根据环境温升检测结果确定恒温差数值，并控制风速测量模块2基于恒温差数值控制进行风速测量，控制模块3根据风速测量模块2反馈的风速监测结果确定风速信息，风速测量模块2在进行风速测量时，所依据的恒温差数值考虑到了环境温升对测量的影响，补偿了不同阳光照射下对风速测量模块2的影响，解决现有技术中温升的差异给测量精度带来不良影响的问题，有效提高风力测量精度。
43.图3为本技术实施例提供的另一种恒温差风力测量装置的结构框图，本实施例在上述实施例提供的恒温差风力测量装置的基础上进一步设置。如图3所示，该恒温差风力测量装置包括温度补偿模块1、风速测量模块2、控制模块3、水份补偿模块4和风向测量模块7。其中，本实施例提供的控制模块3包括相互通信连接的第一控制器31和第二控制器32，并且第一控制器31和第二控制器 32通过有线和/或无线的方式通信连接。
44.具体的，本实施例提供的风速测量模块2包括恒温差设置电路21、恒温差加热电路22、温度检测电路23和风速检测电路24。其中，恒温差设置电路21 具有输入端和输出端，恒温差加热电路22具有第一输入端和第二输入端，温度检测电路23具有输出端，风速检测电路24具有第一输入端、第二输入端和输出端。恒温差设置电路21的输入端与第一控制器31连接，恒温差设置电路21 的输出端与恒温差加热电路22的第一输入端以及风速检测电路24的第一输入端连接，温度检测电路23的输出端与恒温差加热电路22的第二输出端和风速检测电路24的第二输入端连接，风速检测电路24的输出端与第一控制器31连接。
45.其中，第一控制器31用于根据确定的恒温差数值控制恒温差设置电路21 输出的第一电压，温度检测电路23用于进行探头温度检测并输出第二电压，风速检测电路24用于根据第一电压和第二电压进行风速测量，得到风速测量结果，并向第一控制器31发送风速测量结果。
46.进一步的，本实施例提供的温度补偿模块1包括光照温度检测电路11和环境温度检测电路12，光照温度检测电路11和环境温度检测电路12分别与第一控制器31和第二控制器32通信连接。
47.其中，光照温度检测电路11用于检测光照温度得到光照温度检测结果，并向第一控制器31发送光照温度检测结果。环境温度检测电路12用于检测环境温度得到环境温度检测结果，并向第二控制器32发送环境温度检测结果。光照温度检测电路11通过温升检测探头检测光照温度，环境温度检测电路12通过环境温度探头检测环境温度。一般的，光照温度检测电路11处于与温度检测电路23相同的检测环境，即光照温度检测电路11与温度检测电路23受太阳光照的温升影响一致，环境温度检测电路12处于无光照的检测环境，太阳光照对其造成的温升影响较小，根据光照温度检测结果和环境温度检测结果之间的差，可确定环境温升的大小。
48.进一步的，第二控制器32用于向第一控制器31发送其所接收到的环境温度检测结果，第一控制器31用于根据光照温度检测结果和环境温度检测结果确定恒温差。例如，第一控制器31计算光照温度检测结果和环境温度检测结果对应的温度值的差，并将该温度值的差换算成温升值，并根据温升值计算恒温差数值。
49.其中，水份补偿模块4与第一控制器31连接，水份补偿模块4用于检测环境水份，并向第一控制器31环境水份检测结果，第一控制器31用于根据风速测量结果和环境水份检测结果确定风速信息。具体的，本实施例提供的水份补偿模块4包括设置在风速探头上的第一金属薄片41和第二金属薄片42，第一金属薄片41和第二金属薄片42连接于第一控制器31，风速探头上的水份不同时，第一金属薄片41和第二金属薄片42之间的电容也会不同，第一控制器31通过检测第一金属薄片41和第二金属薄片42之间的电容变化识别风速探头上的水份，并确定环境水份检测结果。进一步的，第一控制器31根据风速测量结果和环境水份检测结果确定风速信息，例如，根据设定的水份补偿换算公式或水份补偿对照表，确定风速测量结果对应的水份补偿系数，并将水份补偿系数和风速测量结果的乘积确定为风速信息，该风速信息反映了不受太阳和水份影响的实际风速。
50.例如，第一控制器31确定光照温度检测结果对应的光照温度为a，第二控制器32确定环境温度检测结果对应的环境温度为b，并将环境温度b发送至第一控制器31，第一控制器31可确定温升值为k(b-a)，其中k为设定的温升比例系数，那么恒温差数值为a k(b-a) t，其中t为设定的温差值。可设置t0-t2三个温差值从小到大的温差档位，温差值越低，风速测量精度越高，但是对应的量程越小。在确定温升值为k(b-a)之后，第一控制器31先按照最高温差档位t2进行控制风速测量模块2进行风速测量，此时a k(b-a)为风速探头温度，a k(b-a) t2为恒温差加热电路22控制加热电阻加热并保持的值。保持加热电阻加热，待雨雪蒸发后，通过水份补偿模块4识别到风速探头上的水份稳定后，确定水份补偿系数，并将水份补偿系数和风速测量结果的乘积确定为风速信息。若此时风速信息超过量程要求范围，则下降温差档位重复测量风速，直至风速信息在量程要求范围内，并向第二控制器32发送最终确定的风速信息。
51.进一步的，本实施例提供的风向测量模块7与第二控制器32连接，第二控制器32用于控制风向测量模块7进行风向测量，并根据风向测量结果确定风向信息。具体的，风向测量模块7包括风向检测电路71、磁编码器72和磁铁73，风向检测电路71的第一端与磁编码器72连接，第二端与第二控制器32通信连接，磁编码器72和磁铁73配套设置。其中，风向检测电路71用于通过磁编码器72，检测磁铁73相对于磁编码器72的偏转角度，第二控制器32根据偏转角度确定风向测量结果。
52.进一步的，本实施例提供的恒温差风力测量装置还包括配套的第一无线通信电路61和第二无线通信电路62，第一无线通信电路61与第一控制器31连接，第二无线通信电路62与第二控制器32连接，第一无线通信电路61和第二无线通信电路62之间通过第一通信天线611和第二通信天线621进行数据传输。
53.进一步的，本实施例提供的恒温差风力测量装置还包括配套的无线充电接收电路51和无线充电发射电路52，无线充电接收电路51与第一控制器31连接，无线充电发射电路52与第二控制器32连接，第二控制器32通过无线充电发射电路52向无线充电接收电路51传输电能，以向第一控制器31以及连接于第一控制器31的用电器件提供电能。其中，无线充电接收电路51连接有无线充电接收线圈，对应的，无线充电发射电路52连接有无线充电发射线圈，无线充电接收电路51和无线充电发射电路52之间通过无线充电接收线圈和无线充电发射线圈进行电能交换。
54.图4为本技术实施例提供的一种恒温差风力测量装置的电路结构示意图，如图4所示，本实施例提供的恒温差加热电路22包括电压比较器(图中u4)、第一开关件(图中q1)和加热电阻(图中r4)，电压比较器的同相输入端与恒温差设置电路21的输出端连接，电压比较器的反向输入端与温度检测电路23 连接，电压比较器的输出端与第一开关件的控制端连接，第一开关件连接于加热电阻的通电回路。进一步的，恒温差设置电路21的输出端经第一电压跟随器 (图中u3)与电压比较器的同相输入端连接，温度检测电路23经第二电压跟随器(图中u5)与电压比较器的反向输入端连接。具体的，本实施例提供的温度检测电路23包括设置在风速探头上的温敏电阻(图中r3)以及电阻r1，温敏电阻一端经电阻r1连接电源vref，另一端接地。本实施例提供的第一开关件为nmos管，第一开关件的栅极连接于电压比较器的输出端，漏极连接电源 vcc，源极经加热电阻接地。其中，温敏电阻和电阻r1的共同连接端作为温度检测电路23的输出端，第一电压跟随器作为恒温差加热电路22的第一输入端，第二电压跟随器作为恒温差加热电路22的第二输入端。
55.进一步的，风速检测电路24包括运算放大器(图中u7)和模数转换电路 (图中u8)，运算放大器的同相输入端与恒温差设置电路21的输出端连接，运算放大器的反向输入端与温度检测电路23的输出端连接，运算放大器的输出端与模数转换电路的输入端连接，模数转换电路的scl端和sda端作为风速检测电路24的输出端，分别与第一控制器31(图中u9)的scl端和sda端连接。进一步的，恒温差设置电路21的输出端经第三电压跟随器(图中u6)与运算放大器的同相输入端连接，温度检测电路23经第四电压跟随器(图中u10)与运算放大器的反向输入端连接。其中，第三电压跟随器作为风速检测电路24的第一输入端，第四电压跟随器作为风速检测电路24的第二输入端。其中，电压跟随器可增加输入阻抗，减少对温敏电阻测量精度的影响。
56.恒温差设置电路21包括数模转换电路(图中u2)，数模转换电路的scl端和sda端作为恒温差设置电路21的输入端，分别与第一控制器31的scl端和 sda端连接，数模转换电路的dac端作为恒温差设置电路21的输出端，与恒温差加热电路22的第一输入端(第一电压跟随器的同相输入端)以及风速检测电路24的第一输入端(第三电压跟随器的同相输入端)连接。通过数模转换电路替代传统的温敏电阻和固定电阻的方式，可灵活设置恒温差的值和实现温度补偿。
57.本技术实施例提供的第一控制器31通基于确定的恒温差数值向数模转换电路发
出控制指令，数模转换电路对恒温差数值进行数模转换并输出相应的第一电压值到恒温差加热电路22和风速检测电路24的第一输入端，温敏电阻对风速探头的温度进行检测并输出相应的第二电压值到恒温差加热电路22和风速检测电路24的第二输入端。电压比较器在第二电压值小于第一电压值时，控制第一开关件关断，控制加热电阻加热。运算放大器将检测到的信号进行放大并传输给模数转换电路进行识别，模数转换电路向第一控制器31发送识别生成的风速测量结果。
58.在一个可能的实施例中，本实施例提供的恒温差风力测量装置可应用在气象站中。图5是本技术实施例提供的一种气象站的外部结构示意图，图6是本技术实施例提供的一种气象站的内部结构示意图，如图5和图6所示，该气象站设置有本实施例提供的恒温差风力测量装置，并且该气象站包括活动部分91 和固定部分92，其中固定部分92用于与外界固定，活动部分91转动连接于固定部分92。固定部分92和活动部分91之间通过轴承95和转轴96实现转动连接，固定部分92垂直于地面安装时，活动部分91可相对于地面水平转动。
59.在活动部分91的一端设置风速探头93，在活动部分91远离风速探头93的一端设置风向标94，使得风速探头93始终处于迎风位置。并将光照温度检测电路11的温升检测探头111设置在活动部分91的顶部，将环境温度检测电路12 的环境温度探头121设置在固定部分92内部，并在固定部分92对应环境温度探头121处设置百叶窗97。其中光照温度检测电路11、恒温差设置电路21、恒温差加热电路22、温度检测电路23、风速检测电路24、第一控制器31、水份补偿模块4、无线充电接收电路51和磁铁73设置在活动部分91，环境温度检测电路12、第二控制器32、无线充电发射电路52、第二无线通信电路62、风向检测电路71和磁编码器72设置在固定部分92，并且无线充电接收电路51中的无线充电接收线圈511、无线充电发射电路52中的无线充电发射线圈521、磁铁73和磁编码器72与活动部分91相对于固定部分92的转轴96同轴线设置。
60.气象站在风的作用下，活动部分91相对于固定部分92转动时，磁铁73相对于磁编码器72发送了偏转，风向测量模块7根据磁编码器72的输出向第二控制器32反馈偏转角度，第二控制器32可根据偏转角度确定风向信息。
61.同时，光照温度检测电路11利用活动部分91顶部的温升检测探头111检测光照温度，并向第一控制器31发送光照温度检测结果，环境温度检测电路12 利用固定部分92内的环境温度探头121检测环境温度，并向第二控制器32发送环境温度检测结果，第一控制器31与第一无线通信电路61连接，第二控制器32与第二无线通信电路62连接，第二控制器32通过第二无线通信电路62 和第一无线通信电路61向第一控制器31发送环境温度检测结果。第一控制器 31根据光照温度检测结果和环境温度检测结果可确定环境温升，同时，第一控制器31根据风速探头93上第一金属薄片41和第二金属薄片42之间的电容进行环境水份检测，并确定环境水份检测结果，第一控制器31可根据环境温升和水份检测结果对风速测量结果进行温升补偿和水份补偿，提高风速测量准确度。
62.上述，通过温度补偿模块1检测环境温升，控制模块3根据环境温升检测结果确定恒温差数值，并控制风速测量模块2基于恒温差数值控制进行风速测量，控制模块3根据风速测量模块2反馈的风速监测结果确定风速信息，风速测量模块2在进行风速测量时，所依据的恒温差数值考虑到了环境温升对测量的影响，补偿了不同阳光照射下对风速测量模块2的影响，有效提高风力测量精度。在识别环境温升后，按按照设定的恒温差数值，通过数模
转换换算成相应的值，灵活补偿温升。还可根据不同风速设置不同温差值，灵活配置风速测量的量程和精度即低风速调低温差值，提高测量精度，高风速提高温差值，增大量程。并通过无线充电线圈进行供电，并通过通信天线进行通信，减少对活动部分91转动的阻碍，提高风向检测精度。
63.上述仅为本技术的较佳实施例及所运用的技术原理。本技术不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本技术的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本技术进行了较为详细的说明，但是本技术不仅仅限于以上实施例，在不脱离本技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本技术的范围由权利要求的范围决定。