一种风速风向同步测量的自供能传感系统

技术领域

本发明属于风能领域，涉及到风速风向测量系统及风能收集系统，具体是一种风速风向同步测量的自供能传感系统。

背景技术

摩擦纳米发电机作为一种新型能量收集装置，可以收集外部环境各种形式的能量，如风能、声能、振动能等，同时将这些能量转换为电能进行传输，实现信息传感。相比于传感器，摩擦纳米发电机既可以完成传感，还可以实现自供能。生活中的低频风能无处不在，大量的低频风能未能得到很好的收集利用。摩擦纳米发电机不仅体积小，成本低廉，还可以收集环境中的低频风能。因此利用摩擦纳米发电机制作一种风能收集装置，实现自供电的风速实时测量是一项非常重要的技术。

现有的风能收集装置有风力发电机，利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

现有的风力发电机，体积大，成本高，只能收集固定方向的风能。实现能量转换的风轮机体积较大、造价较高，单机容量也不能做得很大。风能又是一种随机性能源，且具间歇性，因此必须和一定的蓄能方式相结合才能实现连续供电。能量转换装置、蓄电装置加上控制系统，造成整个风力发电系统的体积大、成本高。因为风能的随机和间接性，风力发电机只能收集其中一个固定方向的风能，具有一定的局限性。

发明内容

本发明提供一种风速风向同步测量的自供能传感系统，可以完成风速和风向的监测，进而实现收集任意方向的风能，进而满足自身供能传感，具体技术方案如下：

一种风速风向同步测量的自供能传感系统，包括自供能风速传感器模块、风向标模块、连接在风向标模块底部的若干个挡光板、光电传感器、数据采集设备DAQ和LabVIEW模块，所述自供能风速传感器模块连接在风向标模块的顶部，自供能风速传感器模块主要由摩擦纳米发电机制作而成，光电传感器连接供电电路，其输出接入到数据采集设备DAQ上，摩擦纳米发电机的输出也接入数据采集设备DAQ上。

任意方向的风吹动风向标模块转动最终指向风的风向，此时置于其顶部的风速摩擦纳米发电机开始工作，收集风能，其外接一个检测电流装置测得其电流值，计算出风速。

风向标最初指向定义为北（即0°方向），转动过程中，带动底部的挡光板一起旋转，挡光板在这个过程中会遮挡光电传感器的激光，在无遮挡情况下输出为高电平，有挡光板遮挡时输出为低电平，通过获得挡光板旋转角度进而得出风向。

作为进一步的改进，其特征在于：所述光电传感器外接电路，并通过无线或者有线连接到数据采集设备DAQ。该线路会将挡光板遮挡-不遮挡传感器这个过程的信号发送到数据采集设备DAQ，然后进行处理。

作为进一步的改进，其特征在于：所述风速传感器模块测得的数据信息连接到一数模转换装置，然后再连接到LabVIEW模块。这样可以更直观的感受信号，在LabVIEW软件前面板显示界面以波形图的方式展示其电流信号。

作为进一步的改进，其特征在于：所述挡光板有八块，每个挡光板的一端固定在一起形成一个圆形，相邻两个挡光板之间夹角为45°。

为了更加清楚准确的推算风向，设计8块挡光板均匀排布，这样通过遮挡光电传感器的次数即可算出旋转角度。

作为进一步的改进，其特征在于：所述光电传感器设有两个，所述挡光板形成的圆的外缘可以穿过光电传感器。

为了区分旋转式顺时针还是逆时针，设计两个光电传感器，这样在工作中哪个先输出低电平即可确认是顺时针还是逆时针。

作为进一步的改进，其特征在于：所述LabVIEW模块外接显示设备。将所有数据反应在显示设备上，更加清晰明了工作状况；即将风速摩擦纳米发电机输出的交流电信号和两个光电传感器输出的高低平信号均传入到数据采集设备上，通过LabVIEW模块计算之后显示在界面上，可以了解风速和风向。

本发明的有益效果：本发明提供的风速风向同步测量的自供能传感系统，能够根据依据风向本身进行风向标转动至与风向一致，进而让摩擦纳米发电机进行发电，收集风能，使得风能的收集更加多样化。

附图说明

图1 为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路连接示意图；

图3为实施例中界面显示图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。

本实施例提供的风速风向同步测量的自供能传感系统，参考图1，包括自供能风速传感器模块1、风向标模块2、连接在风向标模块底部的八个挡光板3、两个光电传感器4，自供能风速传感器模块1由风速摩擦纳米发电机制作而成，位于风向标模块2的顶部，其外接电流检测电路，每个挡光板3的一端固定在一起形成一个圆形，相邻两个挡光板3之间夹角为45°，八个挡光板3形成的圆的外缘可以穿过光电传感器4，光电传感器外接供电电路，在无遮挡情况下输出为高电平，有挡光板遮挡时输出为低电平。

摩擦纳米发电机输出的交流电信号和两个光电传感器4的输出高低平信号均汇总到数据采集设备DAQ采集由NI-myDAQ处理，然后通过LabVIEW模块计算将结果显示到显示设备上。整个过程的电路结构如图2所示，其中TENG代表摩擦纳米发电机线路，显示界面如图3所示。可以显示风速和风向。

当风从任意方向吹动风向标模块转动时，风向标模块最终指向风的方向，此时风速摩擦纳米发电机开始工作，收集风能，外接电路测得其交流电流大小并传输给数据采集设备，进行分析可以计算得出风速；风向标模块2转动过程中会带动底部的挡光板3旋转，转动过程中，挡光板3在这个过程中会遮挡光电传感器4的激光数次，因我们设置的是8个挡光板，360°被均分成8个45°，所以每有一个挡光板从光电传感器中间穿过，便算作45°，计算风向标旋转的整个过程中光电传感器被遮挡的次数，再根据风向标最初指定方向即可算出总旋转角度；为了区分顺时针转动还是逆时针转动，设置两个光电传感器，根据哪个先输出低电平信号即可判断顺或者逆时针转动，两个产生的信号为Out1和Out2，风向的计算逻辑如表1。

表1风向计算逻辑

本实施例提供的风速风向同步测量的自供能传感系统，能够根据依据风向本身进行风向标转动至与风向一致，进而让摩擦纳米发电机进行发电，收集风能，并通过其电流大小通过编程软件计算获得风速大小显示在显示界面；其次通过挡光板遮挡光电传感器可以计算获得风向，然后显示在显示界面，使得风能的收集更加多样化。