本發(fā)明涉及風(fēng)力檢測裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)向風(fēng)速儀。

背景技術(shù)：

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)速、風(fēng)向的測量精度直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率。目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多采用風(fēng)向標(biāo)測量風(fēng)向，采用風(fēng)速儀來測量風(fēng)速，其中，常見的風(fēng)速儀為風(fēng)杯式風(fēng)速儀。

在使用上述風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速儀的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題：

風(fēng)杯式風(fēng)速儀測量風(fēng)速值存在較大的誤差，多個風(fēng)杯在轉(zhuǎn)動時受到的不同方向的作用力使轉(zhuǎn)動軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速偏小，并且轉(zhuǎn)動軸為機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，會產(chǎn)生摩擦力，降低轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)速，這都會降低風(fēng)速測量的準(zhǔn)確性。

此外，多數(shù)風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)都是僅具有單一測量功能的測量設(shè)備，為了更準(zhǔn)確地檢測風(fēng)速值和風(fēng)向值，每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要配備兩個風(fēng)速儀及兩個風(fēng)向標(biāo)，導(dǎo)致成本增加，由于風(fēng)向值和風(fēng)速值由不同的設(shè)備測量得到，測量得到的風(fēng)速值和風(fēng)向值在位置上容易存在偏差，影響風(fēng)能狀況分析統(tǒng)計(jì)工作的準(zhǔn)確度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種風(fēng)向風(fēng)速儀，以解決現(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)向和風(fēng)速測量設(shè)備成本較高，風(fēng)能狀況分析統(tǒng)計(jì)工作準(zhǔn)確度較低的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種風(fēng)向風(fēng)速儀，包括風(fēng)向測量裝置和風(fēng)速測量裝置；其中，風(fēng)向測量裝置包括轉(zhuǎn)動組件以及固定部，轉(zhuǎn)動組件用于在風(fēng)力作用下相對固定部轉(zhuǎn)動；風(fēng)向測量裝置根據(jù)轉(zhuǎn)動組件相對固定部的轉(zhuǎn)動角度測量風(fēng)向；風(fēng)速測量裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件上并隨轉(zhuǎn)動組件轉(zhuǎn)動。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)動組件包括彼此連接的迎風(fēng)部和尾翼部；轉(zhuǎn)動組件在風(fēng)力作用下相對固定部轉(zhuǎn)動時，尾翼部的受風(fēng)面積大于迎風(fēng)部的受風(fēng)面 積；轉(zhuǎn)動組件停止轉(zhuǎn)動時，迎風(fēng)部位于上風(fēng)向，尾翼部位于下風(fēng)向；風(fēng)速測量裝置設(shè)置在迎風(fēng)部上。

進(jìn)一步地，還包括滑環(huán)和風(fēng)速計(jì)算部；滑環(huán)設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件和固定部之間；風(fēng)速計(jì)算部設(shè)置在固定部上；風(fēng)速測量裝置通過滑環(huán)與風(fēng)速計(jì)算部相連接；風(fēng)速計(jì)算部用于根據(jù)風(fēng)速測量裝置的輸出信息計(jì)算風(fēng)速值。

進(jìn)一步地，風(fēng)速測量裝置為旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速測量裝置、壓力式風(fēng)速測量裝置、熱力式風(fēng)速測量裝置或超聲風(fēng)速測量裝置。

進(jìn)一步地，壓力式風(fēng)速測量裝置包括壓力傳感器，壓力傳感器設(shè)置在迎風(fēng)部的遠(yuǎn)離尾翼部的端部，并通過滑環(huán)與風(fēng)速計(jì)算部相連接。

進(jìn)一步地，壓力傳感器包括應(yīng)變片；或者，壓力傳感器包括彈力膜片和應(yīng)變片，彈力膜片與應(yīng)變片貼合，應(yīng)變片相對于彈力膜片接近或遠(yuǎn)離尾翼部。

進(jìn)一步地，迎風(fēng)部的遠(yuǎn)離尾翼部的端部設(shè)置有開口空腔，彈力膜片固定于開口空腔內(nèi)或者開口空腔的開口處；或者，迎風(fēng)部遠(yuǎn)離尾翼部的端部設(shè)置有支架，彈力膜片固定在支架上。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)動組件還包括連接在迎風(fēng)部和尾翼部之間的指向桿；彈力膜片與指向桿的軸線之間的夾角為預(yù)定角度；或者/并且，風(fēng)向風(fēng)速儀還包括設(shè)置在迎風(fēng)部上并位于彈力膜片周邊的加熱電阻。

進(jìn)一步地，風(fēng)向風(fēng)速儀還包括控制器和溫度傳感器，溫度傳感器與控制器連接，用于檢測環(huán)境的溫度并傳送給控制器；控制器與加熱電阻連接，用于根據(jù)溫度傳感器感測的溫度數(shù)據(jù)控制加熱電阻的加熱動作；或者/并且，風(fēng)向風(fēng)速儀還包括氣壓測量裝置，用于檢測風(fēng)向風(fēng)速儀所在位置的大氣壓并將氣壓值傳送給上位機(jī)。

進(jìn)一步地，風(fēng)向風(fēng)速儀還包括輸出電路，輸出電路與氣壓測量裝置以及風(fēng)速計(jì)算部連接，并通過有線或無線方式向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供的風(fēng)向風(fēng)速儀將風(fēng)向測量和風(fēng)速測量功能集成在一個設(shè)備上，采用設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件上并隨轉(zhuǎn)動組件轉(zhuǎn)動的風(fēng)速測量裝置測量風(fēng)速，使得風(fēng)速測量裝置能夠根據(jù)風(fēng)向調(diào)節(jié)位置，獲得更準(zhǔn)確的風(fēng)速檢測結(jié)果，并使風(fēng)向測量工作和風(fēng)速測量工作的測量位置相同，相比較現(xiàn)有技術(shù)，可以降低成本，并提高風(fēng)能狀況統(tǒng)計(jì)分析工作的準(zhǔn)確度。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)向風(fēng)速儀采用了壓力傳感器測量風(fēng)施加在壓力傳感器上的壓力值，并通過壓力值計(jì)算得到風(fēng)速值的方式測量風(fēng)速，壓力傳感器具有體積小巧、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、測量結(jié)果準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)向風(fēng)速儀中的壓力傳感器包括彈力膜片和應(yīng)變片，彈力膜片在風(fēng)力的作用下發(fā)生彈性變形，應(yīng)變片根據(jù)彈力膜片的彈性變形程度測量壓力值。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)向風(fēng)速儀的彈力膜片與指向桿的軸線之間的夾角為預(yù)定角度，保證了在風(fēng)向變換時彈力膜片與風(fēng)向之間的夾角為固定值，可據(jù)此獲得更準(zhǔn)確的風(fēng)速檢測結(jié)果。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)向風(fēng)速儀還包括加熱電阻，可以在積雪結(jié)冰的情況下通電為壓力傳感器加熱，以去除冰雪，獲得更準(zhǔn)確的風(fēng)速檢測結(jié)果。

進(jìn)一步地，本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)向風(fēng)速儀還包括可以測量大氣壓的氣壓測量裝置，結(jié)合測量到的氣壓值對測量到的風(fēng)速值進(jìn)行修正，可獲得更準(zhǔn)確的風(fēng)速檢測結(jié)果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中一種風(fēng)向風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的壓力檢測電路結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中另一種風(fēng)向風(fēng)速儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

101-指向桿；102-尾翼部；103-迎風(fēng)部；104，204-轉(zhuǎn)動軸；201-底座；202-風(fēng)速計(jì)算部；203-風(fēng)向計(jì)算部；300-壓力傳感器；301-彈力膜片；302-應(yīng)變片；400-加熱電阻；500-滑環(huán)。

具體實(shí)施方式

在下文中，將參照附圖更加充分地描述各個示例性實(shí)施方式，在附圖中示出了一些示例性實(shí)施方式。但是，發(fā)明構(gòu)思可以體現(xiàn)為多種不同形式，并且不應(yīng)視為限于本文所描述的示例性實(shí)施方式。相反地，這些 實(shí)施方式被提供以使該說明書是全面且完整的，并將本發(fā)明的實(shí)施方式的范圍充分傳遞到本領(lǐng)域技術(shù)人員。

在附圖中，為了清楚起見，層和區(qū)域的尺寸或相對尺寸可能被放大。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)一個元件或?qū)颖幻枋龀伞拔挥凇薄ⅰ斑B接至”或“耦合至”另一元件或?qū)由蠒r，該一個元件或?qū)涌梢灾苯游挥凇⒅苯舆B接到或直接耦合到另一元件或?qū)由?，或者二者之間存在夾置元件或?qū)?。而?dāng)一個元件或?qū)用枋鰹椤爸苯游挥凇?、“直接連接至”或“直接耦合至”另一元件或?qū)又蠒r，二者之間不存在夾置元件或?qū)印Ｔ谌闹?，相同的參考?biāo)記表示相同的元件。如本文中所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)項(xiàng)的任意或全部組合。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然在本文中可能使用術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述各種元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語僅用于將一個元件、部件、區(qū)域、層和/或部分與另一元件、部件、區(qū)域、層和/或部分加以區(qū)別。因此，在不背離本發(fā)明教導(dǎo)的情況下，下面描述的第一元件、部件、區(qū)域、層或部分可以稱作第二元件、部件、區(qū)域、層或部分。

為了便于描述，在本文中可使用諸如“之下”、“下面”、“以下”、“上面”、“以上”等的空間關(guān)系術(shù)語，以描述如圖所示的一個元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，這些空間關(guān)系術(shù)語旨在包括除圖中所示方向之外的設(shè)備使用或操作時的不同方向。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中的設(shè)備，那么在其他元件或特征“下面”或“之下”的元件和特征將位于該其他元件或特征的“上面”。因此，示例性術(shù)語“下面”可以包括上面和下面的方向?？梢酝ㄟ^其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方向處)設(shè)備，并相應(yīng)地解釋本文中使用的空間關(guān)系術(shù)語。

當(dāng)在本文中使用術(shù)語“包括”時，該術(shù)語表示存在所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件，但是不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組合的存在或增加。

除非另有規(guī)定，本文中使用的術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語(例如在通常使用的字典中定義的術(shù)語)應(yīng)該解釋為具有與相關(guān)技術(shù)背景中的含義相同的含義，不應(yīng)解釋成理想化的或過于形式 化的含義，除非這在本文中明確地定義。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)向風(fēng)速儀進(jìn)行詳細(xì)描述。

在下文中，對方向的定義如圖1中箭頭所示，迎風(fēng)部103位于前方，尾翼部102位于后方。相對于風(fēng)向方向來說，當(dāng)轉(zhuǎn)動組件保持在穩(wěn)定狀態(tài)時，迎風(fēng)部103位于風(fēng)向方向的上游側(cè)，尾翼部102位于風(fēng)向方向的下游側(cè)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)向風(fēng)速儀，包括風(fēng)向測量裝置和風(fēng)速測量裝置；其中，風(fēng)向測量裝置包括轉(zhuǎn)動組件以及固定部，轉(zhuǎn)動組件用于在風(fēng)力作用下相對固定部轉(zhuǎn)動；風(fēng)向測量裝置根據(jù)轉(zhuǎn)動組件相對固定部的轉(zhuǎn)動角度測量風(fēng)向；風(fēng)速測量裝置設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件上并隨轉(zhuǎn)動組件轉(zhuǎn)動。

如圖1所示，轉(zhuǎn)動組件包括彼此連接的迎風(fēng)部103和尾翼部102；轉(zhuǎn)動組件在風(fēng)力作用下相對固定部轉(zhuǎn)動時，尾翼部102的受風(fēng)面積大于迎風(fēng)部103的受風(fēng)面積；轉(zhuǎn)動組件停止轉(zhuǎn)動時，迎風(fēng)部103位于上風(fēng)向，尾翼部102位于下風(fēng)向；風(fēng)速測量裝置設(shè)置在迎風(fēng)部103上。

本發(fā)明實(shí)施例中的風(fēng)向風(fēng)速儀在工作時，尾翼部102迎風(fēng)面積較迎風(fēng)部103迎風(fēng)面積大，因此尾翼部102受到的風(fēng)力大于迎風(fēng)部103受到的風(fēng)力，在尾翼部102受力的作用下轉(zhuǎn)動組件整體將跟隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動，并使迎風(fēng)部103指向迎風(fēng)方向，當(dāng)風(fēng)向不再改變時，由于尾翼部102兩側(cè)受力均衡，轉(zhuǎn)動組件將保持在穩(wěn)定的狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，沿風(fēng)的運(yùn)動方向，迎風(fēng)部103位于上游側(cè)，尾翼部102位于下游側(cè)。風(fēng)向測量裝置優(yōu)選采用角度傳感器，角度傳感器檢測轉(zhuǎn)動組件相對固定部轉(zhuǎn)過的角度，與參考位置對比，就可以得到當(dāng)時的風(fēng)向值。

在本發(fā)明實(shí)施例的一種具體實(shí)施方式中，如圖1所示，固定部可包括底座201以及與底座201固定連接的轉(zhuǎn)動軸204，轉(zhuǎn)動組件可轉(zhuǎn)動地與轉(zhuǎn)動軸204相連接。底座201上設(shè)有風(fēng)向計(jì)算部203，風(fēng)向計(jì)算部203與風(fēng)向測量裝置連接，根據(jù)風(fēng)向測量裝置測量到的數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)向值。底座201上還設(shè)置有風(fēng)速計(jì)算部202，風(fēng)速計(jì)算部202與風(fēng)速測量裝置連接，根據(jù)風(fēng)速測量裝置測量到的數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)速值。但風(fēng)向計(jì)算部203和風(fēng)速計(jì)算部202不限于設(shè)置在底座上，還可以設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件中跟隨轉(zhuǎn)動組件一起轉(zhuǎn)動。

此外，在本發(fā)明實(shí)施例中，迎風(fēng)部103可以采用平衡錘，轉(zhuǎn)動組件還可包括連接在迎風(fēng)部103和尾翼部102之間的指向桿101。指向桿101的中部與轉(zhuǎn)動軸204可轉(zhuǎn)動連接，使得轉(zhuǎn)動組件可繞轉(zhuǎn)動軸204轉(zhuǎn)動。

此外，如圖1所示，風(fēng)向風(fēng)速儀還可包括滑環(huán)500和風(fēng)速計(jì)算部202，滑環(huán)500設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件和固定部之間，風(fēng)速計(jì)算部202設(shè)置在固定部上；風(fēng)速測量裝置通過滑環(huán)500與風(fēng)速計(jì)算部202相連接；風(fēng)速計(jì)算部202用于根據(jù)風(fēng)速測量裝置的輸出信息計(jì)算風(fēng)速值。具體的，在本發(fā)明實(shí)施例中，滑環(huán)500設(shè)置在指向桿101和轉(zhuǎn)動軸204之間，用于在轉(zhuǎn)動組件和固定部之間傳輸電信號，當(dāng)轉(zhuǎn)動組件轉(zhuǎn)動時，風(fēng)速測量裝置可以將測量結(jié)果通過滑環(huán)500傳遞給位于固定部上的風(fēng)速計(jì)算部202。

在本發(fā)明實(shí)施例的另一種具體實(shí)施方式中，如圖3所示，固定部包括底座201，轉(zhuǎn)動組件包括迎風(fēng)部103、尾翼部102以及位于迎風(fēng)部103和尾翼部102之間的指向桿101，還包括與指向桿101中部固定連接的轉(zhuǎn)動軸104，轉(zhuǎn)動軸104可轉(zhuǎn)動地與底座201連接，滑環(huán)500設(shè)置在轉(zhuǎn)動軸104和底座201之間。

轉(zhuǎn)動組件的作用是跟隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動，以測量風(fēng)向，并且使風(fēng)速測量裝置與風(fēng)向方向保持固定夾角，確保風(fēng)速測量的準(zhǔn)確性。固定部的作用是將風(fēng)向風(fēng)速儀固定，并提供固定風(fēng)向測量裝置和風(fēng)速測量裝置的載體?；h(huán)500的作用是實(shí)現(xiàn)電信號在固定部和轉(zhuǎn)動組件之間的傳遞。

在實(shí)際應(yīng)用中，風(fēng)速測量裝置的類型可采用旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速測量裝置、壓力式風(fēng)速測量裝置、熱力式風(fēng)速測量裝置和超聲風(fēng)速測量裝置。

具體的，旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速測量裝置可包括風(fēng)杯風(fēng)速表和槳葉式風(fēng)速表，其中，風(fēng)杯式風(fēng)速表包括一組(三個或四個)半球形或拋物形空杯，都順時針或者逆時針均勻分布在一水平支架上，水平支架與轉(zhuǎn)軸相連。在風(fēng)力作用下，風(fēng)杯繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測速發(fā)電機(jī)、齒輪或光電計(jì)數(shù)器等記錄。

槳葉式風(fēng)速表由若干槳葉按一定角度間隔地裝置在一鉛直面內(nèi)，能逆風(fēng)繞水平軸轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速，槳葉包括平板葉片的風(fēng)車式和旋槳式兩種。

熱力式風(fēng)速表將被電流加熱的細(xì)金屬絲或微型球體電阻放置在氣流 中，利用散熱率與風(fēng)速的平方根之間的線性關(guān)系，在加熱電流不變的情況下，測出被加熱物體的溫度，就能推算出風(fēng)速。熱力式風(fēng)速表感應(yīng)速度快，在小風(fēng)速時靈敏度較高，宜應(yīng)用于室內(nèi)和野外的大氣湍流實(shí)驗(yàn)。

超聲波風(fēng)速測量裝置利用超聲波沿空氣流動方向作雙向傳播，從而測量自然風(fēng)速。

本發(fā)明實(shí)施例的風(fēng)速測量裝置并不限于上述的四種測量裝置類型，任何能實(shí)現(xiàn)風(fēng)速測量的裝置均在本發(fā)明實(shí)施例的限制范圍內(nèi)。

在此基礎(chǔ)上，在本發(fā)明實(shí)施例中，風(fēng)速測量裝置采用的是壓力式風(fēng)速測量裝置。具體的，壓力式風(fēng)速測量裝置包括壓力傳感器300，壓力傳感器300設(shè)置在迎風(fēng)部103的遠(yuǎn)離尾翼部102的端部，并通過滑環(huán)與風(fēng)速計(jì)算部202相連接，風(fēng)速計(jì)算部202用于根據(jù)壓力傳感器300測量到的壓力值計(jì)算風(fēng)速值；轉(zhuǎn)動組件使壓力傳感器300保持正對風(fēng)向的狀態(tài)。

與其他幾種風(fēng)速測量裝置相比，壓力式風(fēng)速測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積較小。采用設(shè)置在迎風(fēng)部103遠(yuǎn)離尾翼部102的端部上的壓力傳感器300來進(jìn)行風(fēng)速測量，在轉(zhuǎn)動組件的作用下，可使得壓力傳感器300始終正對風(fēng)向，并且前方不會有任何遮擋物以阻礙氣流運(yùn)動，可以獲得更準(zhǔn)確的測量數(shù)值。

此外，迎風(fēng)部103可以設(shè)計(jì)為具有前端開口的空腔型。在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案中，迎風(fēng)部103的遠(yuǎn)離尾翼部102的端部設(shè)置有開口空腔，彈力膜片301固定于開口空腔內(nèi)或者開口空腔的開口處。

迎風(fēng)部103的遠(yuǎn)離尾翼部102的端部設(shè)置有開口空腔，相應(yīng)的，指向桿101也具有空腔結(jié)構(gòu)并可與迎風(fēng)部上的開口空腔相連通，與壓力傳感器300連接的線路可以穿過上述指向桿101的空腔結(jié)構(gòu)與滑環(huán)500連接，避免了在迎風(fēng)部103和指向桿101的外表面走線，具有美觀并且簡化風(fēng)向風(fēng)速儀布線設(shè)計(jì)的效果。

或者，還可以采用在迎風(fēng)部103上設(shè)置支架的方式固定壓力傳感器300，具體的，迎風(fēng)部103的遠(yuǎn)離尾翼部102的端部設(shè)置有支架，彈力膜片301固定在支架上。

壓力傳感器300可以單獨(dú)采用應(yīng)變片302，也可以采用彈力膜片301 加應(yīng)變片302的形式。壓力傳感器300采用應(yīng)變片302，具有體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)，可有效降低風(fēng)向風(fēng)速儀成本。

在本發(fā)明實(shí)施例中，具體的，壓力傳感器300包括彈力膜片301和應(yīng)變片302，彈力膜片301與應(yīng)變片302貼合，應(yīng)變片302相對于彈力膜片301接近或遠(yuǎn)離尾翼部102。在本實(shí)施例中，如圖1中所示，應(yīng)變片302貼附于彈力膜片301的接近尾翼部102的一側(cè)。

應(yīng)變片302貼附于彈力膜片301的接近尾翼部102的一側(cè)，可以減少應(yīng)變片302因暴露在外界環(huán)境中造成的腐蝕氧化風(fēng)險。

在本發(fā)明實(shí)施例中，彈力膜片301與指向桿101的軸線之間的夾角為預(yù)定角度，即應(yīng)變片302與指向桿101的軸線之間的夾角為預(yù)定角度。

風(fēng)速與風(fēng)力之間的換算關(guān)系可以通過計(jì)算公式(1)得出：

f＝ρ*s*(ν*sinθ)²(1)

其中，f是作用在應(yīng)變片302上的風(fēng)的壓力值，ρ是空氣密度，s是應(yīng)變片302的面積，θ是應(yīng)變片302與風(fēng)向的夾角，v是風(fēng)速值。

從公式(1)可以得出，風(fēng)速值v和應(yīng)變片302上的壓力值f成一定的比例關(guān)系，所以計(jì)算出應(yīng)變片302檢測到的壓力值f，就能計(jì)算出實(shí)際的風(fēng)速值v。

優(yōu)選地，應(yīng)變片302與指向桿101的軸線相垂直。此時，應(yīng)變片302與風(fēng)向的夾角θ值為90度，sinθ值為1，可減少測量風(fēng)向和應(yīng)變片302夾角過程中的測量誤差，進(jìn)而提高風(fēng)速的測量精度。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采用惠更斯電橋作為壓力檢測電路，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，惠更斯電橋包括四個首尾相連的電阻r1，r2，r3，r4，每個電阻連接于電橋的一條邊，電橋的一組對角上連接電源，另一組對角連接輸出端。

應(yīng)變片302檢測到的壓力數(shù)據(jù)通過惠更斯電橋測量得出，應(yīng)變片上的電壓值u0為：

其中，δr1，δr2，δr3，δr4分別為電阻r1，r2，r3，r4的變化量，u0為應(yīng)變片上的電壓值，即輸出端電壓值，uac為電源電壓。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采用四個橋臂電阻值相等的電阻，此時，公式可以寫為：

在只有一個橋臂ab接入應(yīng)變片，即僅r1有一增量δr，其他橋臂均為固定電阻的情況下，由公式(3)得到輸出電壓為：

其中，k為靈敏系數(shù)，ε為應(yīng)變值，相對于同一種類的應(yīng)變片來說，k和ε均為固定值，應(yīng)變片的應(yīng)力計(jì)算公式為

結(jié)合以上公式(1)、(4)和(5)可以得出，最終要測量的風(fēng)速值為：

由公式(6)可以看出，風(fēng)速值的測量與所選用的應(yīng)變片的面積大小無關(guān)，因此可提高系統(tǒng)的測量精度。

測量后的風(fēng)向值和風(fēng)速值可以上傳到上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于風(fēng)速值和風(fēng)向值的測量為同一設(shè)備測量，風(fēng)向變化后，指向桿101的指向會立即隨之變化，因此，風(fēng)速值和風(fēng)向值的采集位置相同，由上位機(jī)繪制出的風(fēng)玫瑰圖會更為準(zhǔn)確。

其中，上位機(jī)可以集成于風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)，也可以是獨(dú)立的計(jì)算機(jī)組或者云端平臺。

此外，風(fēng)向風(fēng)速儀在使用過程中，彈力膜片301的感應(yīng)面上的結(jié)冰、積雪等情況會影響到壓力測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，為了消除冰、雪對測量結(jié)果的影響，如圖1所示，在本發(fā)明實(shí)施例中，風(fēng)向風(fēng)速儀還包括設(shè)置在迎風(fēng)部103上并位于彈力膜片301周邊的加熱電阻400，加熱電阻400以電阻絲的形式圍繞彈力膜片301，在需要時可為彈力膜片301提供均勻熱源。

在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例中的風(fēng)向風(fēng)速儀還包括控制器和溫度傳感器，溫度傳感器與控制器連接，用于檢測環(huán)境的溫度并傳送給控制器， 控制器與加熱電阻400連接，用于根據(jù)溫度傳感器感測的溫度數(shù)據(jù)控制加熱電阻400的加熱動作。加熱電阻可由控制器控制加熱電路的開通和關(guān)斷，因此，控制器需要獲取彈力膜片301周邊的溫度情況。

此外，在本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案中，風(fēng)向風(fēng)速儀還包括氣壓測量裝置，用于檢測風(fēng)向風(fēng)速儀所在位置的大氣壓并將氣壓值發(fā)送給上位機(jī)。根據(jù)大氣壓環(huán)境中空氣密度對標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值的影響情況，上位機(jī)將測量到的風(fēng)速值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值，提高了系統(tǒng)的測量精度。

此外，風(fēng)向風(fēng)速儀還可包括輸出電路，輸出電路與氣壓測量裝置、風(fēng)向計(jì)算部203以及風(fēng)速計(jì)算部202連接，并通過有線或無線方式向上位機(jī)發(fā)送。

本發(fā)明提供的風(fēng)向風(fēng)速儀將風(fēng)向測量和風(fēng)速測量功能集成在一個設(shè)備上，采用設(shè)置在轉(zhuǎn)動組件上并隨轉(zhuǎn)動組件轉(zhuǎn)動的風(fēng)速測量裝置測量風(fēng)速，使得風(fēng)速測量裝置能夠根據(jù)風(fēng)向調(diào)節(jié)位置，獲得更準(zhǔn)確的風(fēng)速檢測結(jié)果，并使風(fēng)向測量工作和風(fēng)速測量工作的測量位置相同，相比較現(xiàn)有技術(shù)，可以降低成本，并提高風(fēng)能狀況統(tǒng)計(jì)分析工作的準(zhǔn)確度。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。