本申请提供了一种超声波测风传感器、探头以及测风仪。该超声波测风传感器包括：声匹配层，其上表面为超声波发射端面，声匹配层用于匹配超声波测风传感器的声阻抗与空气的声阻抗；压电陶瓷，其用于产生并接收超声波；以及，加热装置，其用于加热超声波发射端面，加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置。利用该超声波测风传感器，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。测量风速。测量风速。
【技术实现步骤摘要】
超声波测风传感器、探头以及测风仪
[0001]本专利技术涉及风速风向测量
，尤其涉及一种超声波测风传感器、探头以及测风仪。
技术介绍
[0002]风速风向是气象观测要素中最为重要的项目之一，影响到国民生产、生活的的各个方面。风速风向可采用超声波测风方法进行观测。相比于传统的机械杯式传感器，超声波测风传感器具有精度高、测量频率高、无需维护的优势。
[0003]超声波测风传感器经常安装在高山、高海拔、风力发电机组所处的恶劣环境。在低温、大风暴雪、冻雨等结冰灾害天气条件下，超声波传感器的发射面会因冻结而无法测量。如何在不影响测量的条件下，解决超声波发射端面的加热问题，是目前低温结冰环境下超声波测风的难题。
[0004]现有技术中，普遍采用加热超声波传感器的不锈钢外壳，使热量从外壳传导到超声波传感器的发射端面。但由于不锈钢外壳与外界环境直接接触，传递过程热量损耗极大，不能有效对超声波发射端面进行加热。
[0005]现有技术中，还采用在发射端面表面上覆盖加热膜，加热膜从发射端面上表面延伸至外壳的外侧。由于加热膜必须从传感器外部进行安装，破坏了超声波测风传感器的封装结构。加热膜使压电陶瓷与超声波测风传感器的外壳之间产生了硬连接，使压电陶瓷的振动通过物理途径向外传递，此振动持久出现且先于空气路径传播，严重干扰接收信号解析，同时还影响超声波的输出功率，影响风在采样区的流场分布，从而影响风速正确测量。
技术实现思路
[0006]针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种超声波测风传感器、探头以及测风仪。该超声波测风传感器的加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种超声波测风传感器，该超声波测风传感器包括：声匹配层，其上表面为超声波发射端面，所述声匹配层用于匹配所述超声波测风传感器的声阻抗与空气的声阻抗；压电陶瓷，其用于产生并接收超声波；以及，加热装置，其用于加热所述超声波发射端面，所述加热装置安装在所述声匹配层的下表面与所述压电陶瓷的上表面之间，且所述加热装置与所述声匹配层和所述压电陶瓷同轴设置。利用该超声波测风传感器，加热装置安装在声匹配层的下表面与压电陶瓷的上表面之间，且加热装置与声匹配层和压电陶瓷同轴设置，加热装置能够直接加热超声波发射端面，有效去除超声波发射端面结冰，且不影响超声波的输出功率，以准确测量风速。
[0008]在第一方面的一个实施方式中，所述压电陶瓷的上表面为压电陶瓷负极镀层，所述加热装置的下表面为加热装置负极镀层，所述压电陶瓷负极镀层与所述加热装置负极镀
层焊接连接形成共负极。通过该实施方式，共负极的设置，有利于共负极引线的引出；同时，压电陶瓷与加热装置焊接在一起，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小。
[0009]在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括共负极引线，所述共负极引线从所述共负极引出。通过该实施方式，一个共负极引线就可以完成压电陶瓷负极引线和加热装置负极引线两个引线的工作，避免了走线空间的浪费，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑，体积更加小巧，提高了超声波测风传感器的可集成性。
[0010]在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括匹配层环，所述声匹配层设置在所述匹配层环内部。通过该实施方式，匹配层环为声匹配层提供了支撑、固定，避免了声匹配层的形变。
[0011]在第一方面的一个实施方式中，所述声匹配层的下表面与所述加热装置的上表面相粘合；所述匹配层环的下表面与所述加热装置的上表面通过导电胶粘合。通过该实施方式，声匹配层的下表面与加热装置的上表面相粘合，使得声匹配层和加热装置相粘合成为一个整体，使得超声波测风传感器的结构更加紧凑、占用空间更小，匹配层环的下表面与加热装置的上表面通过导电胶粘合，使得匹配层环的下表面与加热装置正极成为一体，有利于加热正极引线的顺利引出，避免加热正极引线弯折较大角度，有利于提高加热正极引线的焊接点的牢固程度。
[0012]在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括加热正极引线，所述加热正极引线从所述匹配层环的下表面引出并穿过所述加热装置上开设的引线通孔。通过该实施方式，加热正极引线从匹配层环的下表面引出，避免了加热正极引线大角度弯折，从而有利于避免焊接点和加热正极引线的断裂；加热装置上开设有引线通孔，从而使得加热正极引线能够穿过加热装置，到达超声波测风传感器的尾部，使得超声波测风传感器的结构更为紧凑、占用空间更小。
[0013]在第一方面的一个实施方式中，所述压电陶瓷的半径小于所述加热装置的半径；所述加热装置的下表面与所述压电陶瓷的上表面贴合的区域为第一区域，所述加热装置的下表面不与所述压电陶瓷的上表面贴合的区域为第二区域，所述第二区域环绕所述第一区域，所述共负极引线从所述第二区域引出；所述加热正极引线的引出点与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述压电陶瓷的半径；且所述引线通孔与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述压电陶瓷的半径；所述加热正极引线的引出点与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述引线通孔与所述超声波测风传感器的中心轴的距离。通过该实施方式，有利于共负极引线、加热正极引线的顺利引出，使两条引线均从超声波测风传感器的外侧逐渐向内侧收敛，有利于布线，避免引线大角度弯折，从而提高共负极引线、加热正极引线的使用寿命。
[0014]在第一方面的一个实施方式中，所述匹配层环的半径等于所述加热装置的半径，且所述加热装置的半径大于所述压电陶瓷的半径；所述匹配层环的半径为3.0
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7.0毫米，所述加热装置的半径为3.0
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7.0毫米，所述压电陶瓷的半径为2.0
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4.0毫米；且，所述匹配层环的高为1.0
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3.0毫米，所述加热装置的高为0.5
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1.5毫米，所述压电陶瓷的高为3.0
‑
7.0毫米。通过该实施方式，有利于超声波测风传感器的小型化设计，有利于其的高度可集成设计，有利于顺利将其安装至探头内。
[0015]在第一方面的一个实施方式中，所述匹配层环的半径为5.0毫米，所述加热装置的
半径为5.0毫米，所述压电陶瓷的半径为3.0毫米；且，所述匹配层环的高为2.0毫米，所述加热装置的高为1.0毫米，所述压电陶瓷的高为5.0毫米。
[0016]在第一方面的一个实施方式中，该超声波测风传感器还包括：隔振器，其环绕所述压电陶瓷设置，且与所述压电陶瓷过盈配合；外壳，其环绕所述隔振器设置，所述外壳的顶面与所述隔振器的顶面平齐；以及，封装橡胶，其位于所述外壳的顶部，所述封装橡胶包括隔断体，所述隔断体将所述封装橡胶的内部分为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体用于容纳所述声匹配层和所述加热装置，所述第二腔体部分地容纳所述压电陶瓷；本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声波测风传感器，其特征在于，包括：声匹配层，其上表面为超声波发射端面，所述声匹配层用于匹配所述超声波测风传感器的声阻抗与空气的声阻抗；压电陶瓷，其用于产生并接收超声波；以及，加热装置，其用于加热所述超声波发射端面，所述加热装置安装在所述声匹配层的下表面与所述压电陶瓷的上表面之间，且所述加热装置与所述声匹配层和所述压电陶瓷同轴设置。2.根据权利要求1所述的超声波测风传感器，其特征在于，所述压电陶瓷的上表面为压电陶瓷负极镀层，所述加热装置的下表面为加热装置负极镀层，所述压电陶瓷负极镀层与所述加热装置负极镀层焊接连接形成共负极。3.根据权利要求2所述的超声波测风传感器，其特征在于，还包括共负极引线，所述共负极引线从所述共负极引出。4.根据权利要求3所述的超声波测风传感器，其特征在于，还包括匹配层环，所述声匹配层设置在所述匹配层环内部。5.根据权利要求4所述的超声波测风传感器，其特征在于，所述声匹配层的下表面与所述加热装置的上表面相粘合；所述匹配层环的下表面与所述加热装置的上表面通过导电胶粘合。6.根据权利要求5所述的超声波测风传感器，其特征在于，还包括加热正极引线，所述加热正极引线从所述匹配层环的下表面引出并穿过所述加热装置上开设的引线通孔。7.根据权利要求6所述的超声波测风传感器，其特征在于，所述压电陶瓷的半径小于所述加热装置的半径；所述加热装置的下表面与所述压电陶瓷的上表面贴合的区域为第一区域，所述加热装置的下表面不与所述压电陶瓷的上表面贴合的区域为第二区域，所述第二区域环绕所述第一区域，所述共负极引线从所述第二区域引出；所述加热正极引线的引出点与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述压电陶瓷的半径；且所述引线通孔与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述压电陶瓷的半径；所述加热正极引线的引出点与所述超声波测风传感器的中心轴的距离大于所述引线通孔与所述超声波测风传感器的中心轴的距离。8.根据权利要求4所述的超声波测风传感器，其特征在于，所述匹配层环的半径等于所述加热装置的半径，且所述加热装置的半径大于所述压电陶瓷的半径；所述匹配层环的半径为3.0
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7.0毫米，所述加热装置的半径为3.0
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7.0毫米，所述压电陶瓷的半径为2.0
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4.0毫米；且...
【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，杨毕宣，张淇海，焦松涛，张彬彬，刘钧，李旭光，包坤，
申请(专利权)人：华云升达北京气象科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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