一種基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)速測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)向及風(fēng)速是自然環(huán)境的重要信息參數(shù)，當(dāng)前社會(huì)日益注重全球環(huán)境保護(hù)，所以風(fēng)向與風(fēng)速尤其是風(fēng)速需要在大范圍內(nèi)被實(shí)時(shí)、精確地測(cè)量出來(lái)?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)風(fēng)速的測(cè)量裝置也有多種，其中五孔探針價(jià)格比較昂貴，一般局限于實(shí)驗(yàn)室使用；畢托管風(fēng)速儀，溫度對(duì)其測(cè)量結(jié)果影響較大;超聲波風(fēng)速儀、激光多普勒測(cè)速儀等對(duì)安裝的要求十分嚴(yán)格，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，故障排除較困難，抗干擾性較差;風(fēng)杯風(fēng)速儀成本較低，抗風(fēng)能力強(qiáng)，但其響應(yīng)速度慢且在風(fēng)杯中容易積累沙石，一旦沙石積累過(guò)多，影響機(jī)構(gòu)精度，只適宜測(cè)量精度較低的場(chǎng)合?？傊壳暗臏y(cè)風(fēng)裝置價(jià)格高，使用環(huán)境有限，磨損嚴(yán)重，啟動(dòng)風(fēng)速大，操作不方便，裝置的實(shí)用性有待進(jìn)一步提高。所以發(fā)明一種啟動(dòng)風(fēng)速小，機(jī)械磨損小的高精度的風(fēng)速測(cè)量裝置是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置。該裝置利用磁懸浮原理實(shí)現(xiàn)軸承的無(wú)機(jī)械摩擦，有效降低裝置的啟動(dòng)風(fēng)速，克服傳統(tǒng)測(cè)風(fēng)裝置的機(jī)械磨損大，啟動(dòng)風(fēng)速大的問(wèn)題；同時(shí)裝置中還設(shè)有檢測(cè)工作平臺(tái)是否水平的水平儀及風(fēng)向測(cè)量機(jī)構(gòu)，保證裝置工作時(shí)處于水平狀態(tài)且風(fēng)速測(cè)量機(jī)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，提高裝置的測(cè)量精度。
[0004]本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是，提供一種基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于所述裝置包括支撐架機(jī)構(gòu)、電源模塊、信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和無(wú)線通訊處理系統(tǒng)；
[0005]所述支撐架機(jī)構(gòu)包括底座、豎直桿、水平工作臺(tái)、旋轉(zhuǎn)軸承、連接桿和升降桿;所述水平工作臺(tái)由上平臺(tái)板和下平臺(tái)板組成;所述連接桿的底端固定于底座中，頂端通過(guò)法蘭盤與下平臺(tái)板連接;所述升降桿及控制升降桿升降的第三步進(jìn)電機(jī)安裝在上平臺(tái)板和下平臺(tái)板之間；所述升降桿及第三步進(jìn)電機(jī)的數(shù)量相同；所述上平臺(tái)板通過(guò)法蘭盤與豎直桿連接;所述旋轉(zhuǎn)軸承為行星齒輪機(jī)構(gòu)，控制旋轉(zhuǎn)軸承的第二步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與旋轉(zhuǎn)軸承的太陽(yáng)輪的輪心固定連接;所述第二步進(jìn)電機(jī)的另一端固定于豎直桿內(nèi)部;所述旋轉(zhuǎn)軸承的齒圈與信號(hào)采集系統(tǒng)的根部嚙合連接；
[0006]所述電源模塊安裝在豎直桿內(nèi)，與信號(hào)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)及無(wú)線通訊處理系統(tǒng)電連接；
[0007]所述信號(hào)采集系統(tǒng)包括風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)、風(fēng)向采集機(jī)構(gòu)和水平儀;所述風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)包括扇葉和磁懸浮軸承機(jī)構(gòu);所述扇葉安裝于磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)的端部;所述磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)安裝于風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)的殼體內(nèi)；所述磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)主要包括功率放大器、旋轉(zhuǎn)軸、兩個(gè)徑向磁懸浮軸承、軸向磁懸浮軸承、推力盤、第一步進(jìn)電機(jī)、兩個(gè)保護(hù)軸承、兩個(gè)徑向位移傳感器、軸向位移傳感器和控制器;所述旋轉(zhuǎn)軸與扇葉連接;所述兩個(gè)徑向磁懸浮軸承安裝于旋轉(zhuǎn)軸上;所述軸向磁懸浮軸安裝于旋轉(zhuǎn)軸上;所述推力盤安裝在軸向磁懸浮軸承的中間；所述兩個(gè)徑向位移傳感器分別固定在各自徑向磁懸浮軸承旁側(cè);所述軸向位移傳感器固定在磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)兩端的端蓋上;所述兩個(gè)保護(hù)軸承安裝旋轉(zhuǎn)軸的兩端;所述功率放大器的輸出端與兩個(gè)徑向磁懸浮軸承和軸向磁懸浮軸承中的線圈連接，輸入端與控制器連接;所述控制器的輸入端分別與功率放大器、兩個(gè)徑向位移傳感器和軸向位移傳感器連接；所述第一步進(jìn)電機(jī)安裝于兩個(gè)徑向磁懸浮軸承和軸向磁懸浮軸承的中間位置;所述風(fēng)向采集機(jī)構(gòu)安裝在扇葉的軸心處;所述水平儀安裝在水平工作臺(tái)上；
[0008]所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括風(fēng)速處理機(jī)構(gòu)、風(fēng)向處理機(jī)構(gòu)、水平控制機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)器;所述風(fēng)速處理機(jī)構(gòu)包括第一 A/D轉(zhuǎn)換器、第一單片機(jī);所述第一 A/D轉(zhuǎn)換器輸入端與第一步進(jìn)電機(jī)連接，輸出端與第一單片機(jī)輸入端口連接，第一單片機(jī)輸出端分別與無(wú)線通訊模塊及存儲(chǔ)器連接;所述風(fēng)向處理機(jī)構(gòu)包括第二 A/D轉(zhuǎn)換器、第二單片機(jī)、第二驅(qū)動(dòng)電路和第二步進(jìn)電機(jī);所述第二 A/D轉(zhuǎn)換器輸入端與風(fēng)向采集機(jī)構(gòu)連接，輸出端與第二單片機(jī)輸入端連接，第二單片機(jī)的輸出端分別與第二驅(qū)動(dòng)電路的輸入端、無(wú)線通信模塊及存儲(chǔ)器連接，第二驅(qū)動(dòng)電路輸出端與第二步進(jìn)電機(jī)連接;所述水平控制機(jī)構(gòu)包括第三A/D轉(zhuǎn)換器、第三步單片機(jī)、第三驅(qū)動(dòng)電路和第三步進(jìn)電機(jī);所述第三A/D轉(zhuǎn)換器輸入端與水平儀連接，輸出端與第三單片機(jī)輸入端連接，第三單片機(jī)輸出端與第三驅(qū)動(dòng)電路輸入端連接，第三驅(qū)動(dòng)電路輸出端與第三步進(jìn)電機(jī)連接。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果在于:
[0010]I)本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)合理，靈敏度高，風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)采用磁懸浮軸結(jié)構(gòu)，降低轉(zhuǎn)動(dòng)軸承之間的機(jī)械摩擦、磨損，且使啟動(dòng)風(fēng)速變小，即使很小的風(fēng)也能檢測(cè)到，提高了測(cè)量精度;磁懸浮軸承可以在惡劣的環(huán)境下工作，且用扇葉代替風(fēng)杯能更好的適應(yīng)風(fēng)沙等惡劣環(huán)境，測(cè)量結(jié)果受外界環(huán)境影響??；由于完全消除磨損，所以磁力軸承壽命實(shí)際上是控制系統(tǒng)元件的壽命，比機(jī)械接觸軸承使用周期要長(zhǎng)很多，同時(shí)可以減少維護(hù)工作量，解決了目前市場(chǎng)上風(fēng)速測(cè)量裝置的機(jī)械磨損大、使用壽命短等問(wèn)題。
[0011]2)本發(fā)明對(duì)風(fēng)的方向要求不受限制，可自動(dòng)360度跟蹤風(fēng)向，且其旋轉(zhuǎn)軸采用行星輪系，其體積小、質(zhì)量小、傳動(dòng)效率高、平穩(wěn)性高，且只需施加很小的驅(qū)動(dòng)力便可驅(qū)動(dòng)風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)至對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向方向。此外本發(fā)明裝置還增加了水平工作臺(tái)控制機(jī)構(gòu)，自動(dòng)檢測(cè)使水平工作臺(tái)時(shí)刻保持在水平狀態(tài)，提高測(cè)量的精確度。
[0012]3)本發(fā)明利用蓄電池，利用風(fēng)能發(fā)電，當(dāng)裝置工作時(shí)可為整個(gè)裝置提供電源，不需外界額外電源供電，符合節(jié)能環(huán)保時(shí)代的要求。
[0013]4)本發(fā)明裝置增加了對(duì)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，將測(cè)量數(shù)據(jù)隨時(shí)保存，便于對(duì)風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，可隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2是本發(fā)明基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置一種實(shí)施例的磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置一種實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)軸承的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置一種實(shí)施例的信號(hào)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。(圖中，1-支撐架機(jī)構(gòu)，2-電源模塊，3-信號(hào)采集系統(tǒng)，4-信號(hào)處理系統(tǒng)，5-無(wú)線通訊處理系統(tǒng)，11-底座，12-豎直桿，13-水平工作臺(tái)，14-旋轉(zhuǎn)軸承，15-連接桿，16-升降桿，31-風(fēng)速米集機(jī)構(gòu)，32-風(fēng)向米集機(jī)構(gòu)，33-水平儀，41-風(fēng)速處理機(jī)構(gòu)，42-風(fēng)向處理機(jī)構(gòu)，43_水平控制機(jī)構(gòu)，44-存儲(chǔ)器，311-扇葉，312-磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)，411-第一 A/D轉(zhuǎn)換器，412-第一單片機(jī)，421-第二 A/D轉(zhuǎn)換器，422-第二單片機(jī)，423-第二驅(qū)動(dòng)電路，424-第二步進(jìn)電機(jī)，431-第三A/D轉(zhuǎn)換器，432-第三單片機(jī)，433-第三驅(qū)動(dòng)電路，434-第三步進(jìn)電機(jī)，3120-功率放大器，3121-旋轉(zhuǎn)軸，3122-徑向磁懸浮軸承，3123-軸向磁懸浮軸承，3124-推力盤，3125-第一步進(jìn)電機(jī)，3126-保護(hù)軸承，3127-徑向位移傳感器，3128-軸向位移傳感器，3129-控制器)
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]本發(fā)明提供了一種基于磁懸浮原理的風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置(參見(jiàn)圖1-5，簡(jiǎn)稱裝置)，其特征在于包括支撐架機(jī)構(gòu)1、電源模塊2、信號(hào)采集系統(tǒng)3、信號(hào)處理系統(tǒng)4和無(wú)線通訊處理系統(tǒng)5;
[0021]所述支撐架機(jī)構(gòu)I包括底座11、豎直桿12、水平工作臺(tái)13、旋轉(zhuǎn)軸承14、連接桿15和升降桿16;所述底座11為肋板型底座，固定于地面上，增加裝置的穩(wěn)定性;所述水平工作臺(tái)13由上平臺(tái)板和131下平臺(tái)板132組成;所述連接桿15的底端固定于底座11中，頂端通過(guò)法蘭盤與下平臺(tái)板132連接;所述升降桿16及控制升降桿16升降的第三步進(jìn)電機(jī)434安裝在上平臺(tái)板131和下平臺(tái)板132之間，用于對(duì)上平臺(tái)板131進(jìn)行微調(diào)以保證整個(gè)水平工作臺(tái)處于水平狀態(tài);所述升降桿16及第三步進(jìn)電機(jī)434的數(shù)量相同，升降桿16及第三步進(jìn)電機(jī)434的數(shù)量可以根據(jù)具體要求增減;所述上平臺(tái)板131通過(guò)法蘭盤與豎直桿12連接;所述豎直桿12和連接桿15的數(shù)量可以根據(jù)支撐架機(jī)構(gòu)I高度的要求適當(dāng)增減;所述旋轉(zhuǎn)軸承14為行星齒輪機(jī)構(gòu)，控制旋轉(zhuǎn)軸承14的第二步進(jìn)電機(jī)424的輸出軸與旋轉(zhuǎn)軸承14的太陽(yáng)輪的輪心固定連接;所述第二步進(jìn)電機(jī)424的另一端固定于豎直桿12內(nèi)部;所述旋轉(zhuǎn)軸承14的齒圈與信號(hào)采集系統(tǒng)3的根部嚙合連接，控制風(fēng)向采集機(jī)構(gòu)32的方向；
[0022]所述電源模塊2可以是蓄電池，所述電源模塊2安裝在豎直桿12內(nèi)，與信號(hào)采集系統(tǒng)3、信號(hào)處理系統(tǒng)4及無(wú)線通訊處理系統(tǒng)5電連接，在裝置工作時(shí)為整個(gè)裝置供電。
[0023]所述信號(hào)采集系統(tǒng)3包括風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)31、風(fēng)向采集機(jī)構(gòu)32和水平儀33;所述風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)31包括扇葉311和磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)312;所述扇葉311安裝于磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)312的端部;所述磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)312安裝于風(fēng)速采集機(jī)構(gòu)31的殼體內(nèi)；所述磁懸浮軸承機(jī)構(gòu)312主要包括功率放大器3120、旋轉(zhuǎn)軸3121、兩個(gè)徑向磁懸浮軸承3122、軸向磁懸浮軸承3123、推力盤3124、第一步進(jìn)電機(jī)3125、兩個(gè)保護(hù)軸承3126、兩個(gè)徑向位移傳感器3127、軸向位移傳感器3128和控制器3129;
[0024]所述旋轉(zhuǎn)軸3121與扇葉311連接