一种用于反射式超声波测风仪的加热装置制造方法
【专利摘要】一种用于反射式超声波测风仪的加热装置，属于面向环境要素测量领域。解决了超声波测风仪在低温下因超声波换能器和反射面结冰导致测风仪整体无法正常工作的问题。本发明它包括控制电路供电电源、加热电路供电电源、参考电压设置电路、比较电路、测温电路和加热电路；参考电压设置电路包括n+2个电阻R4_1和n+2个电阻R4_2，测温电路包括n+2个电阻R6_1和n+2个电阻R6_2；加热电路包括n+2个三极管Q7_2和n+2个工业级加热陶瓷基片P7_1；参考电压设置电路向比较电路提供基准电压，测温电路向比较电路输入测量温度信号，比较电路控制加热电路进行加热或停止加热。本发明适用于为反射式超声波测风仪进行加热。
【专利说明】—种用于反射式超声波测风仪的加热装置
【技术领域】
[0001]本发明属于面向环境要素测量领域。
【背景技术】
[0002]随着风电行业的蓬勃发展，对风速/风向测量仪的需求越来越大。相对于机械式风速/风向测量仪，超声波测风仪具有很多优势，比如:没有机构不易磨损、维护简单方便、寿命周期内测量精度降低不明显等。但是，大量风资源丰富的地区冬季较为寒冷平均温度O摄氏度以下，超声波测风仪在低温下，存在因超声波换能器和反射面结冰导致测风仪无法正常工作的问题。为了解决该问题，超声波测风仪必须加装辅助加热装置，而该装置工作的稳定可靠性也直接决定了超声波测风仪整体的工作效能。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决超声波测风仪在低温下因超声波换能器和反射面结冰导致测风仪整体无法正常工作的问题，提出了一种用于反射式超声波测风仪的加热装置。
[0004]本发明所述一种用于反射式超声波测风仪的加热装置，它包括控制电路供电电源
1、加热电路供电电源2、参考电压设置电路4、比较电路5、测温电路6和加热电路7 ；
[0005]参考电压设置电路4包括n+2个电阻R4_l和n+2个电阻R4_2，其中，η为正整数；测温电路6包括n+2个电阻R6_l和n+2个电阻R6_2 ;加热电路7包括n+2个三极管Q7_2和n+2个工业级加热陶瓷基片P7_l ;每个电阻R4_l和一个电阻R4_2串联构成n+2条参考电压支路，且每个支路的电阻R4_l和电阻R4_2之间均引出一条导线连接比较电路5的一个基准电压信号的输入端，且n+2条参考电压支路同时并联,每个电阻R6_l和一个电阻R6_2串联构成n+2条测温支路；且每个支路的电阻R6_l和电阻R6_2之间均引出一条导线连接比较电路5的一个温度电压信号的输入端，所述n+2条测温支路同时并联；
[0006]每个三极管Q7_2的集电极均和一个工业级加热陶瓷基片P7_l的一端串联构成n+2条加热支路；且每个三极管Q7_2的基极均连接比较电路5的一个信号输出端，每个三极管Q7_2的发射极同时连接其余n+1条加热支路的三极管Q7_2的发射极，每个工业级加热陶瓷基片P7_l的另一端同时连接其余n+1个工业级加热陶瓷基片P7_l的另一端。
[0007]本发明相对于基于处理器的温控方案，采用分立器件搭建的测温、温控和加热电路具有可靠性高和工作温度范围宽(零下55度冷启动)的特点。本发明能够不依赖处理器，独立工作，便于系统集成和更换维修。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明所述一种用于反射式超声波测风仪的加热装置的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0009]【具体实施方式】一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种用于反射式超声波测风仪的加热装置，它包括控制电路供电电源1、加热电路供电电源2、参考电压设置电路4、比较电路5、测温电路6和加热电路7 ；
[0010]参考电压设置电路4包括n+2个电阻R4_l和n+2个电阻R4_2，其中，η为正整数；测温电路6包括n+2个电阻R6_l和n+2个电阻R6_2 ;加热电路7包括n+2个三极管Q7_2和n+2个工业级加热陶瓷基片P7_l ;每个电阻R4_l和一个电阻R4_2串联构成n+2条参考电压支路，且每个支路的电阻R4_l和电阻R4_2之间均引出一条导线连接比较电路5的一个基准电压信号的输入端，且n+2条参考电压支路同时并联,每个电阻R6_l和一个电阻R6_2串联构成n+2条测温支路；且每个支路的电阻R6_l和电阻R6_2之间均引出一条导线连接比较电路5的一个温度电压信号的输入端，所述n+2条测温支路同时并联；
[0011]每个三极管Q7_2的集电极均和一个工业级加热陶瓷基片P7_l的一端串联构成n+2条加热支路；且每个三极管Q7_2的基极均连接比较电路5的一个信号输出端，每个三极管Q7_2的发射极同时连接其余n+1条加热支路的三极管Q7_2的发射极，每个工业级加热陶瓷基片P7_l的另一端同时连接其余n+1个工业级加热陶瓷基片P7_l的另一端。
[0012]本实施方式所述控制电路供电电源的电压值Vl为12V、5伏或3.3伏。
[0013]加热电路供电电源的电压值V2为24伏。
[0014]参考电压设置电路由n+2路独立的分压电路构成，其中η路为分别为η个超声波换能器的测温电路提供基准电压，多余的2路则为超声波反射面的测温电路提供基准电压。参考电压设置电路的分压电路工作原理是根据两个分压电阻的比例输出基准电压，以第i路分压电路为例，所述n+2，输出的基准电压大小为Vl.R4_2/R4_2+R4_l，式中电阻R4_2和电阻R4_l分别为分压电阻R4_2和电阻R4_l的电阻值。
[0015]测温电路与比较电路整体相连，测温电路由n+2路独立的温度测量电路构成，其中η路为分别为η个超声波换能器测量温度，多余的2路则为超声波反射面测量温度。温度测量电路工作原理是根据分压电阻和热敏电阻的比例输出电压，当温度变化时热敏电阻的阻值降低，输出电压也会随之变化。以第i路分压电路为例，输出电压大小为Vl.R6_2/R6_2+R6_l，式中R6_2和R6_l分别为热敏电阻R6_2和分压电阻R6_l的电阻值，从中可以看出，随时温度升高，R6_2将变小，输出的温度电压也随之变小。
[0016]比较电路与参考电压设置电路、测温电路和加热电路整体相连，由专门的电压比较芯片构成，当第i路基准电压值大于第i路电压时，比较电路的第i路输出为O伏；当第i路基准电压值小于第i路电压时，比较电路5的第i路输出为Vl伏。
[0017]加热电路与比较电路整体相连，由n+2路独立的加热电路组成，其中η路为η个超声波换能器加热，其余的2路则为超声波反射面加热，防止结冰。以第i路加热电路为例，对加热电路的工作原理进行说明，当比较电路5的第i路输出为Vl伏时，三极管7_2导通，工业级加热陶瓷片7_1在加热电路供电电源的驱动下进行加热，加热功率为V22/R7_l，其中R7_l为工业级加热陶瓷片7_1的电阻值。当比较电路的第i路输出为O伏时，三极管7_2关闭，工业级加热陶瓷片7_1不加热。
[0018]本发明采用工业级陶瓷加热片与现有采用的无感电阻或电阻丝相比，具有以下特占-
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[0019]1:轻薄，厚度仅为Imm;
[0020]2:耐用、可靠性高、寿命周期长，即使不接散热片空烧也能坚持很长时间；
[0021]3:电特性是随温度增高阻值增大，当测温电路失效时，加热电路随着温度增高加热功率减小，避免无限制升温导致内部电路板被烤坏。
[0022]因此本发明与现有技术相比不易损坏，且耐用、可靠性高，更适合为反射式超声波测风仪加热。
[0023]【具体实施方式】二、本实施方式是对【具体实施方式】一所述的一种用于反射式超声波测风仪的加热装置的进一步说明，电阻R6_l和电阻R6_2分别为分压电阻和热敏电阻。
[0024]【具体实施方式】三、本实施方式是对【具体实施方式】为将【具体实施方式】一所述装置应用到一个有η个超声波换能器的测风仪的具体实施例；
[0025]测温电路6由n+2路独立的温度测量电路构成，其中η路为分别为η个超声波换能器测量温度，多余的2路则为超声波反射面测量温度。温度测量电路工作原理是根据分压电阻和热敏电阻的比例输出电压，当温度变化时热敏电阻的阻值降低，输出电压也会随之变化。以第i路分压电路为例，输出电压大小为Vl.Κ6_2/Κ6_2+Ι?6_1，式中R6_2和R6_l分别为热敏电阻R6_2和分压电阻R6_l的电阻值，从中可以看出，随时温度升高，R6_i_2将变小，输出的温度电压也随之变小。对于超声波换能器而言，热敏电阻用胶表贴安装在换能器底部，直接测量换能器本身的温度。对于超声波反射面而言，两个热敏电阻成对角线用胶表贴安装在超声波反射面的背面。对每一路测温电路而言，电阻随着温度降低，输出的测温电压值也随之降低，并且不会影响到其他路的测温电路，很好解决超声波测风仪迎风面和背风面温度差较大的问题。
[0026]加热电路由n+2路独立的加热电路组成，其中η路为η个超声波换能器加热，其余的2路则为超声波反射面加热，防止结冰。以第i路加热电路为例，对加热电路的工作原理进行说明，当比较电路的第i路输出为Vl伏时，三极管管7_2导通，工业级加热陶瓷片7_1在加热电路供电电源的驱动下进行加热，加热功率为V22/R7_l，其中R7_l为工业级加热陶瓷片7_1的电阻值。当比较电路的第i路输出为O伏时，三极管7_2关闭，工业级加热陶瓷片7_1不加热。每一路工业级加热陶瓷片和MOS管安装在所对应超声波换能器底部的两侦牝工业级加热陶瓷片和三极管共同对其加热。对于超声波反射面而言，两路加热陶瓷片和三极管呈十字安装在超声波反射面的背面。当三极管导通时所对应的一路加热电路功能开启，且不会影响到其他路的测温电路，这能很好解决超声波测风仪迎风面和背风面温度差较大的问题。
[0027]参考电压设置电路由n+2路独立的分压电路构成，其中η路为分别为η个超声波换能器的测温电路提供基准电压，多余的2路则为超声波反射面的测温电路提供基准电压。参考电压设置电路4的分压电路工作原理是根据两个分压电阻的比例输出基准电压，以第i路分压电路为例，输出的基准电压大小为Vl.Κ4_2/Κ4_2+ΙΜ_1，式中R4_2和R4_l分别为分压电阻R4_2和R4_l的电阻值。每一路分压电路的分压电阻可以不同，从而输出不同的电压，进而配合比较电路实现对每个控温点设置不同的温度。
【权利要求】
1.一种用于反射式超声波测风仪的加热装置，其特征在于，它包括控制电路供电电源(I)、加热电路供电电源(2)、参考电压设置电路(4)、比较电路(5)、测温电路(6)和加热电路⑵； 参考电压设置电路⑷包括n+2个电阻R4_l和n+2个电阻R4_2，其中，η为正整数；测温电路(6)包括n+2个电阻R6_l和n+2个电阻R6_2 ;加热电路(7)包括n+2个三极管Q7_2和n+2个工业级加热陶瓷基片P7_l ;每个电阻R4_l和一个电阻R4_2串联构成n+2条参考电压支路，且每个支路的电阻R4_l和电阻R4_2之间均引出一条导线连接比较电路(5)的一个基准电压信号的输入端，且n+2条参考电压支路同时并联,每个电阻R6_l和一个电阻R6_2串联构成n+2条测温支路；且每个支路的电阻R6_l和电阻R6_2之间均引出一条导线连接比较电路(5)的一个温度电压信号的输入端，所述n+2条测温支路同时并联； 每个三极管Q7_2的集电极均和一个工业级加热陶瓷基片P7_l的一端串联构成n+2条加热支路；且每个三极管Q7_2的基极均连接比较电路(5)的一个信号输出端，每个三极管Q7_2的发射极同时连接其余n+1条加热支路的三极管Q7_2的发射极，每个工业级加热陶瓷基片P7_l的另一端同时连接其余n+1个工业级加热陶瓷基片P7_l的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种用于反射式超声波测风仪的加热装置，其特征在于，电阻R6_l和电阻R6_2分别为分压电阻和热敏电阻。
【文档编号】H05B3/00GK104202843SQ201410421549
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月25日 优先权日:2014年8月25日
【发明者】董立珉, 刘源, 李鹏飞 申请人:董立珉, 刘源, 李鹏飞