一种簧片式风力与风向检测传感器装置及其检测方法
阅读说明：本技术 一种簧片式风力与风向检测传感器装置及其检测方法 (Reed type wind power and wind direction detection sensor device and detection method thereof ) 是由 林俊明 沈建中 张碧星 陈振茂 胡先龙 于 2021-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明一种簧片式风力与风向检测传感器装置及其检测方法,包括气流通道(11)、簧片装置(12)、及其固定于簧片装置(12)上的音频检测传感器装置(13),其特征在于所述簧片装置(12)设置于气流通道(11)的内部中心轴线(X)上,包括靠近所述气流通道(11)的其中一气流通道口一端部固定的若干簧片,风从同一气流通道(11)的两个不同气流通道口进入气流通道(11)时形成完全不同的音阶。实现簧片振动声音信号在频谱上有足够大差距,在风检测中,对冲击与吹入风力的风向与风力强度实现简单的明显的区分,通过简单方便的装置结构制作出风力与风向的精密检测仪器。(The invention relates to a reed type wind power and wind direction detection sensor device and a detection method thereof, which comprise an airflow channel (11), a reed device (12) and an audio detection sensor device (13) fixed on the reed device (12), and are characterized in that the reed device (12) is arranged on the internal central axis (X) of the airflow channel (11) and comprises a plurality of reeds fixed at one end part close to one airflow channel opening of the airflow channel (11), and wind forms completely different scales when entering the airflow channel (11) from two different airflow channel openings of the same airflow channel (11). The reed vibration sound signals have enough difference on frequency spectrum, the wind direction and the wind strength of impact and blown wind are simply and obviously distinguished in wind detection, and a precise wind power and wind direction detecting instrument is manufactured through a simple and convenient device structure.)
技术领域
本发明涉及风的检测技术，涉及通过检测簧片振动声音的频率来检测计算分析风力和风向的技术，具体涉及一种簧片式风力与风向检测传感器装置及其检测方法。
背景技术
在某些野外或海上航行作业等，时常需要注意天气的变化，其中风的变化是非常需要被关注的，在对海面上风场的测量工作中，就会用到风力和风向的检测设备，需要测定当下的风向与风力大小，并输出、记录实时监测数据。野外作业环境一般比较恶劣，用复杂的检测仪器，不但不方便携带，也容易损坏，迫切需要简便又实用的方法装置来实现风力和风向的检测。
针对以上缺点问题，本发明采用如下技术方案进行改善。
发明内容
本发明的目的提供一种簧片式风力与风向检测传感器装置及其检测方法，公开的技术方案如下：
一种簧片式风力与风向检测传感器，所述检测传感器(1)用于野外或海上航行作业等的风力和风向的实时监视检测，包括气流通道(11)、簧片装置(12)、及其固定于簧片装置(12)上的音频检测传感器装置(13)，所述簧片装置(12)设置于气流通道(11)的内部中心轴线(X)上，包括靠近所述气流通道(11)的其中一气流通道口一端部固定的若干簧片，风从同一气流通道(11)的两个不同气流通道口进入气流通道(11)时形成完全不同的音阶。因为簧片装置(12)为一侧固定，另一侧为自由振动端，如口琴的簧片的固定方法，对同一簧片吹气和吸气所产生的是两个完全不同的音阶。
进一步的，所述的簧片装置(12)包括第一簧片(121)和第二簧片(122)，所述第一簧片(121)和第二簧片(122)靠近第一气流通道口(111)的一端设置为固定端(123)，将第一簧片(121)和第二簧片(122)一侧端固定，靠近第二气流通道口(112)设置为自由端(124)，第一簧片(121)和第二簧片(122)形成一定夹角对称设置于所述气流通道(11)的内部中心轴线(X)上，当风向气流从第一气流通道口(111)注入和从第二气流通道口(112)流出时，与从第二气流通道口(112)注入第一气流通道口(111)流出时，形成两种完全不同的高低音阶。
进一步的，所述的音频检测传感器装置(13)设置于第一簧片(121)和第二簧片(122)的固定端(123)的侧面上。即如口琴原理，从气流簧片的固定端(123)方向入口吹入与从自由端(124) 方向入口吹入，会形成完全不同的高低音阶。
进一步的，所述的气流通道(11)的第一气流通道口(111)和第二气流通道口(112)设置为以气流通道(11)中心基准面(Y)对称中间小径口两边大径口的两个喇叭口，喇叭口的内径斜面引导不同的风向，簧片装置形成不同振动音频信号。喇叭口因内径变化的导向作用，不但可以保证气流的大小，也在方向上具有一定的导向性。
进一步的，所述的气流通道(11)包括多组对称的第一气流通道口(111)和第二气流通道口(112)围绕同圆心的阵列成多个气流通道，圆中心设置共用的通道空腔(14)，每个气流通道中心线(X)上设置对应的簧片装置(12)。
所述的簧片装置(12)包括设置于通道空腔(14)中各个气流通道(11)中心线(X)的交会处的第一簧片(121)和第二簧片(122)在靠近第一气流通道口(111)一端的一边固定端，靠近第二气流通道口(112)的一端设置为自由端。形成各自气流通道(11)的两个方向上形成完全不同的音阶共振信号。例如六个喇叭形气流通道口组成三组气流通道(11)，四个喇叭形气流通道口组成两组气流通道(11)。以及不同组的气流通道内设置不同的音阶的簧片装置(12)，簧片的长短大小、以及材质，可设计不同的音阶的簧片装置，为众所周知，不做详细描述。
进一步的，簧片式风力与风向检测传感器还包括设置于任一气流通道(11)上的用于方向指示和方向定位的方向信号装置(15)。方向信号装置(15)为陀螺仪、指南针等一种。
本发明还公开一种簧片式风力与风向检测装置，包括安装支架(2)，其特征在于包括安装于安装支架(2)上的以上所述的若干检测传感器(1)，以及设置于安装支架(2)上的信号收集处理器(21)。信号收集处理器(21)收集各个检测传感器中设置的音频检测传感器装置(13)检测的各个检测传感器气流通道的簧片的声振动信号，一般情况，音频检测传感器装置(13)为电容式声音检测传感器，将簧片的声振动信号转换为电信号传输给信号收集处理器(21)。
进一步的，所述的三个以上的检测传感器(1)以同心圆阵列围绕排列设置于安装支架(2)，所述安装支架(2)还包括固定检测传感器(1)上支架(22)和将检测装置安装于野外设备（如船只等）的下支架(23)，所述上支架(22)和下支架(23)为可旋转固定连接。正常情况安装支架(2)的上支架(22)和下支架(23)均为圆形结构，采用套筒式旋转连接，由弹性装置等形成一定的阻尼力，检测传感器中的方向信号装置(15)即指南针或陀螺仪等检测的方向信号，转动调节上支架(22)和下支架(23)的相对位置，从而调节检测传感器的对应方向，如正南或正北方向的检测，不但实现方向性信号的指示功能，还是将传感器的方向信号作为风向的参考数据，以及调节传感器方向的三种功能。方向信号装置(15)亦可安装于上支架上。以及，又例如三个检测传感器(1)Y字形排列、或六个检测传感器(1)同圆心阵列排列设置于圆形上支架(22)上，实现多方向上风信号数据的提取。以及三个以上的检测传感器(1)亦可设置为各个不同音阶簧片装置制作而成。
本发明还公开一种簧片式风力与风向检测方法，使用以上所述的检测传感器或检测装置，通过收集传感器上的簧片振动信号的声频信号数据，计算分析风向与风力的检测方法，具体方法步骤如下：
a.检测信号提取：提取同圆心阵列排列的若干气流通道内簧片振动音频信号，传输给信号分析处理装置；
b.音频信号分析计算：对a步骤中收集的音频信号分析计算风向与风力大小强度；
c.综合信号处理输出：综合多个信号，结合检测装置方向信息数据，处理输出实时的风向与风力数值。
据以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
一、本发明传感器装置设计如口琴原理，通过簧片的固定方式，设计成正反两个方向音阶不同，实现簧片振动声音信号在频谱上有足够大差距，在风检测中，对冲击与吹入风力的风向与风力强度实现简单的明显的区分，通过简单方便的装置结构制作出风力与风向的精密检测仪器。
二、本发明通过喇叭口气流通道的设计结构，实现风向进气流的导向具有偏斜角度，实现比较精确的方向性检测。
三、本发明通过同圆心阵列，更多角度方向上检测风的传播方向和强度信息数据，如当设计为Y字形三个或六个检测传感器同圆心阵列排列时，在多方向上实现多个音阶声音频谱信号，以及在各个传感器上设置不同的音阶的簧片，使各组簧片所发出声音信号不会发生混叠。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的检测传感器结构示意图;
图2为本发明最佳实施例的检测传感器簧片的结构示意图;
图3为本发明最佳实施例的多喇叭口检测传感器立体结构示意图;
图4为本发明最佳实施例的多喇叭口检测传感器俯视示意图；
图5为本发明最佳实施例的多喇叭口检测传感器俯视示意图;
图6为本发明最佳实施例的检测装置结构示意图;
图7为本发明最佳实施例的检测装置结构俯视示意图；
图8为本发明最佳实施例的检测装置结构仰视示意图；
图9为本发明最佳实施例的检测装置支架结构示意图；
图10为本发明最佳实施例的检测装置多传感器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，一种簧片式风力与风向检测传感器，检测传感器1用于野外或海上航行作业等的风力和风向的实时监视检测，包括气流通道11、簧片装置12、及其固定于簧片装置12上的音频检测传感器装置13，所述簧片装置12设置于气流通道11的内部中心轴线X上，包括靠近所述气流通道11的其中一气流通道口一端部固定的若干簧片，风从同一气流通道11的两个不同气流通道口进入气流通道11时形成完全不同的音阶。因为簧片装置12为一侧固定，另一侧为自由振动端，如口琴的簧片的固定方法，对同一簧片吹气和吸气所产生的是两个完全不同的音阶。
如图2中所示，簧片装置12包括第一簧片121和第二簧片122，所述第一簧片121和第二簧片122靠近第一气流通道口111的一端设置为固定端123，将第一簧片121和第二簧片122一侧端固定，靠近第二气流通道口112设置为自由端124，第一簧片121和第二簧片(122)形成一定夹角对称设置于所述气流通道11的内部中心轴线X上，当风向气流从第一气流通道口111注入和从第二气流通道口112流出时，与从第二气流通道口112注入第一气流通道口111流出时，形成两种完全不同的高低音阶。
如图2中所示，音频检测传感器装置13设置于第一簧片121和第二簧片122的固定端(123)的侧面上。即如口琴原理，从气流簧片的固定端123方向入口吹入与从自由端124方向入口吹入，会形成完全不同的高低音阶。
如图1中所示，气流通道11的第一气流通道口111和第二气流通道口112设置为以气流通道11中心基准面Y对称中间小径口两边大径口的两个喇叭口，喇叭口的内径斜面引导不同的风向，簧片装置形成不同振动音频信号。喇叭口因内径变化的导向作用，不但可以保证气流的大小，也在方向上具有一定的导向性。
如图3至图5中所示，气流通道11包括多组对称的第一气流通道口111和第二气流通道口112围绕同圆心的阵列成多个气流通道，圆中心设置共用的通道空腔14，每个气流通道中心线X上设置对应的簧片装置12。
簧片装置12包括设置于通道空腔14中各个气流通道11中心线X的交会处的第一簧片121和第二簧片122在靠近第一气流通道口111一端的一边固定端，靠近第二气流通道口(112)的一端设置为自由端。形成各自气流通道11的两个方向上形成完全不同的音阶共振信号。例如六个喇叭形气流通道口组成三组气流通道11，四个喇叭形气流通道口组成两组气流通道11。以及不同组的气流通道内设置不同的音阶的簧片装置12，簧片的长短大小、以及材质，可设计不同的音阶的簧片装置，为众所周知，不做详细描述。
如图1和图3的传感器中所示，簧片式风力与风向检测传感器还包括设置于任一气流通道11上的用于方向指示和方向定位的方向信号装置15。方向信号装置15为陀螺仪、指南针等一种。
如图6至图10本发明还公开一种簧片式风力与风向检测装置，包括安装支架2，包括安装于安装支架2上的多个检测传感器1，以及设置于安装支架2上的信号收集处理器21。信号收集处理器21收集各个检测传感器中设置的音频检测传感器装置13检测的各个检测传感器气流通道的簧片的声振动信号，一般情况，音频检测传感器装置13为电容式声音检测传感器，将簧片的声振动信号转换为电信号传输给信号收集处理器21。
进一步的，所述的三个以上的检测传感器1以同心圆阵列围绕排列设置于安装支架2，所述安装支架2还包括固定检测传感器1上支架22和将检测装置安装于野外设备（如船只等）的下支架23，所述上支架22和下支架23为可旋转固定连接。正常情况安装支架2的上支架22和下支架23均为圆形结构，采用套筒式旋转连接，由弹性装置等形成一定的阻尼力，检测传感器中的方向信号装置15即指南针或陀螺仪等检测的方向信号，转动调节上支架22和下支架23的相对位置，从而调节检测传感器的对应方向，如正南或正北方向的检测，不但实现方向性信号的指示功能，还是将传感器的方向信号作为风向的参考数据，以及调节传感器方向的三种功能。方向信号装置15亦可安装于上支架上。以及，又例如三个检测传感器1为Y字形排列、或六个检测传感器1同圆心阵列排列设置于圆形上支架22上，实现多方向上风信号数据的提取。以及三个以上的检测传感器1亦可设置为各个不同音阶簧片装置制作而成。
本发明还涉及一种簧片式风力与风向检测方法，使用以上所描述的检测传感器或检测装置，通过收集传感器上的簧片振动信号的声频信号数据，计算分析风向与风力的检测方法，具体方法步骤如下：
a.检测信号提取：提取同圆心阵列排列的若干气流通道内簧片振动音频信号，传输给信号分析处理装置；
b.音频信号分析计算：对a步骤中收集的音频信号分析计算风向与风力大小强度；
c.综合信号处理输出：综合多个信号，结合检测装置方向信息数据，处理输出实时的风向与风力数值。
原理上，各个同圆心阵列排列的气流通道内的簧片设置为不同音阶装置，以及，簧片的单端固定后，如口琴原理，不同气流方向形成的音阶不同，而各组簧片哨的音阶不同，提取接收到的信号中，各组簧片的声音信号在频谱上能非常明确的区分。为了使各组簧片所发出声音信号不发生混叠，其音阶的差距是需要足够大的。本发明从两个方面来差别化簧片的声音频谱信号，在处理方法上，是非常有优势的。。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外，需要说明的是，凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本专利的保护范围内。
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