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风速风向传感器介绍

2019.7.08
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

风场测量一般包括两个矢量:风速风向。尽管真正理想的风场测量包括一个三维矢量,但是由于三维矢量的测定有很大的难度,因此,我们通常遇到的都是测量两个 量—风速风向。风速风向传感器通常应用在气象测量中,目前比较知名的国外厂家有丹麦的Dantec公司、美国的TSI公司等。风速测量范围大致在1-60m/s,误差为±0.5m/s;风向测量为0-360°,误差为±3°。

     

风速风向传感器早期运用的是光流速计技术(LDV)和热线热模风速技术(HWA),这两种技术相辅相成,各有特色,现今还是有相当大的应用领域。进入上世纪八十年代后,硅基础微机械加工技术逐渐成熟,并取得了大家的关注。到八十年代末,已经研制出了成功测定风速风向的传感器。  

   

硅流量风速风向传感器工作原理如下:在一个正方形膜片的四个边排布四个温敏电阻,在膜片中间放一个加热电阻。当风以一定方向吹向芯片时,风速将分解成 Vx、Vy两个分量,然后这两个分量被芯片上的四个电阻感受到,引起电桥输出变化。然后进过一定的放大电路处理,得到Vx、Vy的比值,相应的风向就可以 判断。下面请看具体的风速风向传感器版图。

 

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图1是风速风向传感器的加热面。四个对称分布 的加热阵列单元是加热芯片,一般为铂膜热敏电阻,用于对称地加热芯片,使其高于周围温度。图2是感温阵列单元的阵列芯片,边上四个呈对称分布,中间一个芯 片用于测量芯片的温度。      

风速风向传感器的灵敏度,几乎决定了整个仪器的性能。如今,很多技术都应用于提高传感器的灵敏度,异性腐蚀技术就是其中的一种,将加热电阻和边缘隔开,大大提高了加热效率,同时使得对流速度更加灵敏,相应速度加快。


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