專利名稱：一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器，具體涉及一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng) 傳感器。
背景技術(shù)：
目前監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的橫風(fēng)傳感器主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，橫風(fēng)傳感器是坦 克火控系統(tǒng)的重要組成部分，用于感知平行于地面、垂直于彈道方向上的橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng) 向，提供給計(jì)算機(jī)調(diào)整火炮射擊諸元，提高彈道計(jì)算精度和首發(fā)命中率。傳統(tǒng)的橫風(fēng)傳感器主要采用加熱式橫風(fēng)傳感器，依據(jù)氣流流動(dòng)時(shí)熱量分布不均的 原理研制而成，這種橫風(fēng)傳感器具有體積大、功耗高、響應(yīng)速度慢、測(cè)量精度低的缺陷，另 外，加熱式橫風(fēng)傳感器測(cè)量時(shí)極易受外界環(huán)境溫度的影響，使用范圍受限，而且缺乏通信端 口而無法接入其它的設(shè)備來配合工作，導(dǎo)致擴(kuò)展性差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的 風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，包括探頭、壓差傳感器、溫度傳感器、微處理器及信號(hào)轉(zhuǎn) 換接口，通過壓差傳感器感應(yīng)到的被測(cè)量件周圍空氣流動(dòng)所導(dǎo)致空氣壓差的變化并將該壓 差信號(hào)依據(jù)一定的公式換算成相應(yīng)的風(fēng)速值通過信號(hào)轉(zhuǎn)換接口輸送到上位機(jī)顯示；由于 壓差傳感器采用的是微電子芯片，具有靈敏度高和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)；借助溫度傳感器實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度的變化進(jìn)而換算成相應(yīng)條件下的空氣密度值，實(shí)時(shí)地對(duì)空氣密度值進(jìn)行修 正，避免了受環(huán)境溫度影響較大而且測(cè)量精度較低的缺點(diǎn)；微處理器利用數(shù)字濾波算法抗 振動(dòng)干擾能力強(qiáng)；采用信號(hào)轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展性好；另外所用的部件由電子器件組裝而成，由 此而體積小、功耗低。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，包括探頭1，所述的探頭1 是一個(gè)頂端封閉、內(nèi)部中空的柱體，在該中空的主體側(cè)壁上有第一圓孔7、第二圓孔8、第三 圓孔10、第四圓孔11，其中第一圓孔7和第二圓孔8的高度一樣，而第三圓孔10和第四圓 孔11的高度一致，第三圓孔10與第一軟管12 —端相連，第四圓孔11與第二軟管13 —端 相連；第一軟管12的另一端和第二軟管13的另一端分別和壓差傳感器2的第一通氣端口 14和第二通氣端口 15相連接；壓差傳感器2的時(shí)鐘輸入端口 16和微處理器4的時(shí)鐘線輸 入輸出I/O端口 19相連接，壓差傳感器2的數(shù)據(jù)線通信端口 17和微處理器4的數(shù)據(jù)線輸 入輸出I/O端口 18相連接，微處理器4的發(fā)送輸出端口 21和信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5的接收輸入 端口 23相連接，微處理器4的接收輸入端口 22和信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5的發(fā)送輸出端口 24相連 接，微處理4的溫度測(cè)量輸入輸出I/O端口 20和溫度傳感器3的數(shù)據(jù)線通信端口 9相連接， 溫度傳感器3的感溫觸頭在探頭1內(nèi)并靠近第一圓孔7和第二圓孔8的高度，信號(hào)轉(zhuǎn)換接 口 5的發(fā)送輸出端口 25和上位機(jī)6的接收輸入端口 27相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5的接收輸入端口 26和上位機(jī)6的發(fā)送輸入端口 28相連接。所述的微處理器4包含數(shù)字濾波模塊，該數(shù)字濾波模塊采用無限脈沖響應(yīng)濾波算 法對(duì)氣流壓差數(shù)字信號(hào)ΔP進(jìn)行濾波處理。所述的微處理器4包含空氣密度換算模塊，該空氣密度換算模塊先根據(jù)空氣溫度 信號(hào)換算出空氣密度P，再依據(jù)橫風(fēng)速計(jì)算公式ν = ±0.22廠| ΔΡ丨換算出當(dāng)前風(fēng)速值V， 其中ΔΡ為氣流壓差數(shù)字信號(hào)。所述的壓差傳感器2采用的是微電子芯片。通過將該數(shù)字式橫風(fēng)傳感器固定安置于被測(cè)量件上并接通電源啟動(dòng)壓差傳感器 2、溫度傳感器3、微處理器4以及信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生空氣流動(dòng)時(shí)，氣流依次通 過探頭1的第三圓孔10和第四圓孔11，再分別經(jīng)第一軟管12和第二軟管13，傳至壓差傳 感器2的第一通氣端口 14和第二通氣端口 15，壓差傳感器2通過其第一通氣端口 14和第 二通氣端口 15感應(yīng)氣流流經(jīng)時(shí)的氣壓差值Δ P，壓差傳感器2將測(cè)得的壓差數(shù)字信號(hào)Δ P 通過通信接口從數(shù)據(jù)線通信端口 17發(fā)送至微處理器4的數(shù)據(jù)線輸入輸出I/O端口 18，微處 理器4中數(shù)字濾波模塊采用無限脈沖響應(yīng)濾波算法對(duì)該壓差數(shù)字信號(hào)△ P進(jìn)行濾波處理， 同時(shí)溫度傳感器3采集到外界環(huán)境溫度并將該溫度信號(hào)通過其數(shù)據(jù)線通信端口 9輸送至微 處理器4的溫度測(cè)量輸入輸出I/O端口 20中，微處理器的空氣密度換算模塊先根據(jù)該溫度 信號(hào)換算出空氣密度P，再依據(jù)橫風(fēng)速計(jì)算公式ν = ±卞Ilp I ΔΡ|換算出當(dāng)前風(fēng)速值ν，而 當(dāng)氣流從探頭1的第二圓孔8流入、第一圓孔7流出時(shí)，Δ P為正值，風(fēng)速ν為正值；當(dāng)氣流 從探頭1的圓孔 流入、圓孔8流出時(shí)，Δ P為負(fù)值，風(fēng)速ν為負(fù)值，因此通過風(fēng)速值ν正負(fù) 即可判斷橫風(fēng)的風(fēng)向，隨后微處理器4將風(fēng)速值ν通過信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5輸送到上位機(jī)6顯 示，上位機(jī)6也通過信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5可對(duì)微處理器4的輸出頻率進(jìn)行設(shè)置以及零點(diǎn)的標(biāo)定。 由于壓差傳感器2采用的是微電子芯片，具有靈敏度高和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)；借助溫度傳 感器3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度的變化并將其溫度信號(hào)輸送至微處理器4中的空氣密度換算模塊換算 成相對(duì)應(yīng)的空氣密度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)算空氣密度的功能，能適應(yīng)溫度變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了 受環(huán)境溫度影響較大而且測(cè)量精度較低的缺點(diǎn)；微處理器4利用數(shù)字濾波算法，有效地降 低了測(cè)量過程中振動(dòng)沖擊的影響，抗振動(dòng)干擾能力強(qiáng)；采用信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5，可接入其它 的設(shè)備來配合工作，擴(kuò)展性好；另外所用的部件由電子器件組裝而成，由此體積小、功耗低。


附圖是本發(fā)明的部件連接示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。如附圖所示，用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，包括探頭1，所述 的探頭1是一個(gè)頂端封閉、內(nèi)部中空的柱體，在該中空的主體側(cè)壁上有第一圓孔7、第二圓 孔8、第三圓孔10、第四圓孔11，其中第一圓孔7和第二圓孔8的高度一樣，而第三圓孔10 和第四圓孔11的高度一致，第三圓孔10與第一軟管12 —端相連，第四圓孔11與第二軟管 13 —端相連；第一軟管12的另一端和第二軟管13的另一端分別和壓差傳感器2的第一通 氣端口 14和第二通氣端口 15相連接；壓差傳感器2的時(shí)鐘輸入端口 16和微處理器4的時(shí)鐘線輸入輸出I/O端口 19相連接，壓差傳感器2的數(shù)據(jù)線通信端口 17和微處理器4的數(shù) 據(jù)線輸入輸出I/O端口 18相連接，微處理器4的發(fā)送輸出端口 21和信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5的接 收輸入端口 23相連接，微處理器4的接收輸入端口 22和信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5的發(fā)送輸出端口 24相連接，微處理4的溫度測(cè)量輸入輸出I/O端口 20和溫度傳感器3的數(shù)據(jù)線通信端口 9 相連接，溫度傳感器3的感溫觸頭在探頭1內(nèi)并靠近第一圓孔7和第二圓孔8的高度，信號(hào) 轉(zhuǎn)換接口 5的發(fā)送輸出端口 25和上位機(jī)6的接收輸入端口 27相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5的 接收輸入端口 26和上位機(jī)6的發(fā)送輸入端口 28相連接。所述的微處理器4包含數(shù)字濾波 模塊和空氣密度換算模塊。所述的壓差傳感器2采用的是微電子芯片。
本發(fā)明的工作原理是通過將該數(shù)字式橫風(fēng)傳感器固定安置于被測(cè)量件上并接 通電源啟動(dòng)壓差傳感器2、溫度傳感器3、微處理器4以及信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生 空氣流動(dòng)時(shí)，氣流依次通過探頭1的第三圓孔10和第四圓孔11，再分別經(jīng)第一軟管12和第 二軟管13，傳至壓差傳感器2的第一通氣端口 14和第二通氣端口 15，壓差傳感器2通過其 第一通氣端口 14和第二通氣端口 15感應(yīng)氣流流經(jīng)時(shí)的氣壓差值Δ P，壓差傳感器2將測(cè)得 的壓差數(shù)字信號(hào)Δ P通過通信接口從數(shù)據(jù)線通信端口 17發(fā)送至微處理器4的數(shù)據(jù)線輸入 輸出I/O端口 18，微處理器4中數(shù)字濾波模塊采用無限脈沖響應(yīng)濾波算法對(duì)該壓差數(shù)字信 號(hào)Δ P進(jìn)行濾波處理，同時(shí)溫度傳感器3采集到外界環(huán)境溫度并將該溫度信號(hào)通過其數(shù)據(jù) 線通信端口 9輸送至微處理器4的溫度測(cè)量輸入輸出I/O端口 20中，微處理器的空氣密度 換算模塊先根據(jù)該溫度信號(hào)換算出空氣密度P，再依據(jù)橫風(fēng)速計(jì)算公式r = 換算出當(dāng)前風(fēng)速值v，而當(dāng)氣流從探頭1的第二圓孔8流入、第一圓孔7流出時(shí)，ΔΡ為正值， 風(fēng)速ν為正值；當(dāng)氣流從探頭1的圓孔7流入、圓孔8流出時(shí)，Δ P為負(fù)值，風(fēng)速ν為負(fù)值， 因此通過風(fēng)速值ν正負(fù)即可判斷橫風(fēng)的風(fēng)向，隨后微處理器4將風(fēng)速值ν通過信號(hào)轉(zhuǎn)換接 口 5輸送到上位機(jī)6顯示，上位機(jī)6也通過信號(hào)轉(zhuǎn)換接口 5可對(duì)微處理器4的輸出頻率進(jìn) 行設(shè)置以及零點(diǎn)的標(biāo)定。由于壓差傳感器2采用的是微電子芯片，具有靈敏度高和測(cè)量精 度高的優(yōu)點(diǎn)；借助溫度傳感器3實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度的變化并將其溫度信號(hào)輸送至微處理器4中 的空氣密度換算模塊換算成相對(duì)應(yīng)的空氣密度，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)算空氣密度的功能，能適應(yīng)溫 度變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了受環(huán)境溫度影響較大而且測(cè)量精度較低的缺點(diǎn)；微處理器4利 用數(shù)字濾波算法，有效地降低了測(cè)量過程中振動(dòng)沖擊的影響，抗振動(dòng)干擾能力強(qiáng)；采用信號(hào) 轉(zhuǎn)換接口 5，可接入其它的設(shè)備來配合工作，擴(kuò)展性好；另外所用的部件由電子器件組裝而 成，由此而體積小、功耗低。
權(quán)利要求
一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，包括探頭(1)，所述的探頭(1)是一個(gè)頂端封閉、內(nèi)部中空的柱體，在該中空的主體側(cè)壁上有第一圓孔(7)、第二圓孔(8)、第三圓孔(10)、第四圓孔(11)，其中第一圓孔(7)和第二圓孔(8)的高度一樣，而第三圓孔(10)和第四圓孔(11)的高度一致，第三圓孔(10)與第一軟管(12)一端相連，第四圓孔(11)與第二軟管(13)一端相連；第一軟管(12)的另一端和第二軟管(13)的另一端分別和壓差傳感器(2)的第一通氣端口(14)和第二通氣端口(15)相連接；壓差傳感器(2)的時(shí)鐘輸入端口(16)和微處理器(4)的時(shí)鐘線輸入輸出I/O端口(19)相連接，壓差傳感器(2)的數(shù)據(jù)線通信端口(17)和微處理器(4)的數(shù)據(jù)線輸入輸出I/O端口(18)相連接，微處理器(4)的發(fā)送輸出端口(21)和信號(hào)轉(zhuǎn)換接口(5)的接收輸入端口(23)相連接，微處理器(4)的接收輸入端口(22)和信號(hào)轉(zhuǎn)換接口(5)的發(fā)送輸出端口(24)相連接，微處理器(4)的溫度測(cè)量輸入輸出I/O端口(20)和溫度傳感器(3)的數(shù)據(jù)線通信端口(9)相連接，溫度傳感器(3)的感溫觸頭在探頭(1)內(nèi)并靠近第一圓孔(7)和第二圓孔(8)的高度，信號(hào)轉(zhuǎn)換接口(5)的發(fā)送輸出端口(25)和上位機(jī)(6)的接收輸入端口(27)相連接，信號(hào)轉(zhuǎn)換接口(5)的接收輸入端口(26)和上位機(jī)(6)的發(fā)送輸入端口(28)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，其特 征在于所述的微處理器(4)包含數(shù)字濾波模塊，該數(shù)字濾波模塊采用無限脈沖響應(yīng)濾波 算法對(duì)氣流壓差數(shù)字信號(hào)ΔP進(jìn)行濾波處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，其特 征在于所述的微處理器(4)包含空氣密度換算模塊，該空氣密度換算模塊先根據(jù)空氣溫 度信號(hào)換算出空氣密度P，再依據(jù)橫風(fēng)速計(jì)算公式ν = ±φ22ρ I ΔΡ|換算出當(dāng)前風(fēng)速值ν， 其中ΔΡ為氣流壓差數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，其特 征在于所述的壓差傳感器(2)采用的是微電子芯片。
全文摘要
一種用于監(jiān)測(cè)橫風(fēng)的風(fēng)速及風(fēng)向的數(shù)字式橫風(fēng)傳感器，包括探頭、壓差傳感器、溫度傳感器、微處理器及信號(hào)轉(zhuǎn)換接口，通過壓差傳感器感應(yīng)到的被測(cè)量件周圍空氣流動(dòng)所導(dǎo)致空氣壓差的變化并將該壓差信號(hào)依據(jù)一定的公式換算成相應(yīng)的風(fēng)速值通過信號(hào)轉(zhuǎn)換接口輸送到上位機(jī)顯示；由于壓差傳感器采用的是微電子芯片，具有靈敏度高和測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)；借助溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度的變化進(jìn)而換算成相應(yīng)條件下的空氣密度值，實(shí)時(shí)地對(duì)空氣密度值進(jìn)行修正，避免了受環(huán)境溫度影響較大而且測(cè)量精度較低的缺點(diǎn)；微處理器利用數(shù)字濾波算法抗振動(dòng)干擾能力強(qiáng)；采用信號(hào)轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展性好；另外所用的部件由小封裝低功耗電子器件組裝而成，體積小、功耗低。
文檔編號(hào)G01P5/14GK101923101SQ201010170230
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月12日
發(fā)明者周慶飛, 徐明龍 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)