一种防结冰气象传感器装置的制作方法

1.本实用新型属于气象传感器防结冰技术领域，具体涉及一种防结冰气象传感器装置。


背景技术：

2.目前，在环境监测、气象监测领域，气象传感器已经广泛安装使用，例如风速光电传感器、风向霍尔传感器等，也有风速、风向传感器等，数量庞大，由于天气恶劣等原因导致气象传感器故障较为常见，大多数以雨雪天气导致气象传感器结冰而无法正常运行为主。在雨雪天气气象传感器的主轴转动帽容易结冰，传感器主轴转动部位无法转动致使传感器监测失效。
3.为了防止传感器结冰，在风杯和风标的轴承以及风向风速传感器与风杆之间的连接处采用绝缘棉包裹以防止结冰，或者可以使用防冻油或防冻剂来防止传感器结冰。此外，有些厂家增加加热丝等对轴承进行加热，使轴承保持在一定的温度范围内，不易结冰。上述方式有一定的作用，同时也存在一些弊端，例如，对传感器的维护量较大，达不到预期效果，无法防止恶劣的雨雪天气对气象传感器的影响。
4.因此，现有的气象传感器存在在冰雪等恶劣天气容易因结冰导致无法正常运行的技术问题。


技术实现要素：

5.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有的电子分线盒存在容易积落灰尘，造成检测失灵、不稳定的问题。
6.为此，采用的技术方案是，本实用新型的一种防结冰气象传感器装置，包括传感器本体和内置于所述传感器本体内的中央处理器，所述传感器本体上端安装有红外结冰检测结构，所述红外结冰检测结构包括内置于转动主轴内的两芯同轴光纤，所述两芯同轴光纤的底部连接有红外光源结构和光电池结构，所述两芯同轴光纤的上端面与所述传感器本体上端面平齐安装有结冰检测板，所述光电池结构和所述红外光源结构均与所述中央处理器电性连接；
7.所述转动主轴的外侧安装有加热器，所述加热器与所述中央处理器电性连接。
8.优选的，所述两芯同轴光纤的中部贯穿设置有主光纤形成第一光波导，所述两芯同轴光纤的外周均匀布设有若干个侧面光纤，所述侧面光纤形成第二光波导。
9.优选的，所述转动主轴的上端外周设有主轴转动帽，所述结冰检测板嵌装在所述主轴转动帽的顶端，所述转动主轴的下端安装在主轴底座上，所述主轴底座固定在所述传感器本体的下端。
10.优选的，所述加热器采用陶瓷辐射加热器，所述陶瓷辐射加热器安装在所述主轴转动帽与所述主轴底座之间，且与所述主轴转动帽的内壁贴合。
11.优选的，所述红外光源结构包括光源安装板和固定在所述光源安装板中部的红外
光源，所述红外光源朝向所述主光纤，并通过所述主光纤将红外光传输至所述结冰检测板；
12.所述光源安装板的外周均匀开设有与所述侧面光纤相对应的通孔。
13.优选的，所述光电池结构扣合在所述两芯同轴光纤的底部，所述光电池结构的上端与所述侧面光纤的底面连通。
14.优选的，所述结冰检测板采用镀膜玻璃材质，所述结冰检测板的内侧面上镀有金属反射薄膜。
15.优选的，所述转动主轴的上部和下部均安装有与所述转动主轴匹配的主轴轴承，所述主轴轴承固定安装在所述传感器本体上。
16.优选的，还包括环境温度检测元件，设置在所述传感器本体的外侧，所述温度检测元件与所述中央处理器电性连接。
17.优选的，所述传感器本体包括相互旋拧扣合的上半筒体和下半筒体，所述结冰检测板嵌装在所述上半筒体的上端面，所述下半筒体的底部设有支撑底座，所述支撑底座的直径大于所述下半筒体的直径。
18.本实用新型技术方案具有以下优点：本实用新型，通过在传感器本体上设置红外结冰检测，通过红外光源结构发射红外光，并将红外光通过两芯同轴光纤传输至结冰检测板，结冰检测板反射一定光强经两芯同轴光纤外侧光纤照到光电池结构上，通过结冰检测板反馈的光强度判断结冰检测板表面是否结冰，当判断存在结冰情形时，中央处理器控制加热器加热，能够快速加热主轴转动部位，以规避传感器结冰的几率，大大提高了气象传感器的使用寿命和使用性能。
19.本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
20.下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
21.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
22.图1为本实用新型的结构示意图；
23.图2为本实用新型中上半筒体的主视图。
24.图3为图2中剖视图；
25.图4为图2中红外结冰检测结构的结构示意图；
26.图5为红外结冰检测结构的原理图。
27.附图中标记如下：1-传感器本体，101-上半筒体；102-下半筒体；103-支撑底座；2-主轴底座，3-主轴转动帽，4-转动主轴，41-主轴轴承，5-两芯同轴光纤，51-主光纤，52-侧面光纤，6-结冰检测板，7-加热器，8-红外光源结构，81-红外光源，82-光源安装板；9-光电池结构。
具体实施方式
28.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具
体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
29.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.参见图1-图5所示，本实用新型提供的一种防结冰气象传感器装置,包括传感器本体1和内置于传感器本体1内的中央处理器，传感器本体1采用金属铝材质构成，具体的，传感器本体1包括相互旋拧扣合的上半筒体101和下半筒体102，下半筒体102的底部设有支撑底座103，支撑底座103的直径大于下半筒体102的直径，通过设置支撑底座103能够提升气象传感器放置在某个位置时的稳定性。中央处理器1能够对系统参数进行初始化，通过底层软件计算风速值和风向值等来进行气象值的检测，实现气象传感器的基本功能。中央处理器为市售产品，优选采用沁恒ch548芯片，也可以采用其他能实现相同功能的芯片、微型控制器等，气象传感器对于风速值和风向值的检测属于气象传感器的基本功能，此处不再赘述。
33.传感器本体1上端安装有红外结冰检测结构，红外结冰检测结构用于对气象传感器的主轴转动部分是否存在结冰情形进行检测，红外结冰检测结构包括内置于转动主轴4内的两芯同轴光纤5，两芯同轴光纤5的底部连接有红外光源结构8和光电池结构9，两芯同轴光纤5的上端面与所述传感器本体1上端面平齐安装有结冰检测板6，结冰检测板6嵌装在上半筒体101的上端面，光电池结构9和红外光源结构8均与中央处理器电性连接。
34.转动主轴4的外侧安装有加热器7，加热器7与所述中央处理器电性连接，红外结冰检测结构检测到结冰检测板6上覆盖有冰时，中央处理器控制加热器7启动加热。
35.上述技术方案的原理和效果为：通过在传感器本体1上设置红外结冰检测，通过红外光源结构发射红外光，并将红外光通过两芯同轴光纤5传输至结冰检测板6，结冰检测板6反射一定光强经两芯同轴光纤外侧光纤照到光电池结构上，不同的光强反射至光电池输出的电压值能够实时传递给中央处理器，因此能够通过结冰检测板6反馈的光强度判断结冰
检测板表面是否结冰，当判断存在结冰情形时，中央处理器控制加热器加热，能够快速加热主轴转动部位，以规避传感器结冰的几率，大大提高了气象传感器的使用寿命和使用性能。
36.参见图3，两芯同轴光纤5的中部贯穿设置有主光纤51，通过主光纤51形成第一光波导，两芯同轴光纤5的外周均匀布设有若干个侧面光纤52，通过侧面光纤52形成第二光波导。
37.转动主轴4的上端外周设有主轴转动帽3，结冰检测板6嵌装在主轴转动帽3的顶端，能够随着主轴转动帽3的运动而运动，转动主轴4的下端安装在主轴底座2上，主轴底座2固定在传感器本体1的下端。转动主轴4的上部和下部均安装有主轴轴承41，主轴轴承41固定安装在传感器本体1上，通过上下两组主轴轴承41的支撑，转动主轴4能够实现周向旋转。
38.参见图3，红外光源结构8包括光源安装板82和固定在光源安装板82中部的红外光源81，红外光源型号为503ir7c-l5，红外光源81朝向主光纤51，并通过主光纤51将红外光传输至结冰检测板6，红外光源81由中央处理器控制其开关，当中央处理器控制红外光源81打开时，红外光便随着主光纤51的通道照射上去，照射到结冰检测板6的底面上，经过结冰检测板6的反射，一部分光通过侧面光纤52反射回去，反射到光电池结构9上，光电池结构9采用光电池，光电池选用德国osram品牌，光电池型号为bpw21，光电池结构9扣合在两芯同轴光纤5的底部，光电池结构9的上端与侧面光纤52的底面连通。光源安装板82的外周均匀开设有与侧面光纤52相对应的通孔，通孔的设置方便了反射光线的传输。
39.本实用新型中，结冰检测板6采用镀膜玻璃材质，结冰检测板6的内侧面上镀有金属反射薄膜。结冰检测板6用于结冰检测，并能感知除冰效果，参见图5和图3，当结冰检测板6上没有雨水时，红外光直接透射结冰检测板6的表面，反射光光强特别微弱，此时光电池接收到结冰检测板6反射光的光信号，光电池输出一定的电压值小于80mv，此数值为空白值；
40.当有雨水落在结冰检测板的上表面时，红外光照射到结冰检测板6的内侧面上会有一部分反射，此时光电池接收到结冰检测板6反射光的光信号，光电池输出电压值在80mv～720mv之间，主要是雨水或雨雪反射强度不同，根据实际多次试验得到此数据。
41.当结冰检测板6上开始结冰时，初始阶段为冰水混合物，随着结冰厚度增加，红外光穿过结冰检测板6的难度越来越大，导致反射光强信号增强，光电池接收到结冰检测板6反射光的光信号变强，根据大量的试验统计得到，0.5mm～5mm的冰面厚度对应的光电池输出电压在720mv～1800mv之间。上述光电池输出的电压值能够实时传递给中央处理器，
42.综上可以确定，可以通过结冰检测板6对于红外光的反射强度的大小所对应到光电池输出的电压值来确定结冰的情况，可以理解为，结冰检测板6的上端面是无结冰情况、雨水覆盖情况及结冰覆盖逐渐变化时，红外光源81照射到结冰检测板6的内侧面后反射回来的光强度越来越大，反射回来的光被光电池吸收后，输出的电压数值也越来越大，因此可以通过通过结冰检测板6反馈的光强度判断结冰检测板6表面是否结冰，结冰厚度与结冰检测板6反射光强度成比例关系，通过计算得出结冰厚度，检测结冰厚度范围为0.5mm～5mm，一般情况下，当结冰的厚度到达5mm时已经影响了气象传感器的正常使用，需要进行除冰处理。
43.优选的，本实用新型中的加热器9采用陶瓷辐射加热器，陶瓷辐射加热器安装在主轴转动帽3与主轴底座2之间，且与主轴转动帽3的内壁贴合，当气象传感器的主轴转动部分存在结冰情况时，中央处理器控制陶瓷辐射加热器启动加热，陶瓷辐射加热器加热时能够
使主轴转动帽3整体加热，这样就可以防止传感器的主轴转动帽3与主轴底座2之间结冰。
44.优选的，本实用新型还包括环境温度检测元件，设置在所述传感器本体的外侧，用于检测气象传感器所处的环境的温度值，在环境温度不低于5℃时不需要进行结冰检测，陶瓷辐射加热器不加热；当环境温度低于5℃时开始进行结冰检测，如检测到气象传感器开始结冰，中央处理器会及时控制陶瓷辐射加热器对主轴转动帽3部分进行加热；当检测到无结冰时，陶瓷辐射加热器停止加热。
45.本实用新型的技术方案，系统自动监测气象传感器顶部结冰监测面是否结冰，自动控制陶瓷辐射加热器防止传感器转动帽除冰，达到自动检测、自动加热，防止传感器因结冰无法正常工作的目的，能够避免气象传感器因冬季雨雪天气对其正常工作的影响。
46.需要说明的是，上述实施例均为优选实施例，相关功能部件可以用其他部件代替，所涉及的单元和模块并不一定是本技术所必须的。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
47.以上对本技术所提供的一种防结冰气象传感器装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。