[發明專利]移動式超聲波風速風向儀及測量風速風向的方法有效

申請號：	201110028327.6	申請日：	2011-01-26
公開（公告）號：	CN102175887A	公開（公告）日：	2011-09-07
發明（設計）人：	張自嘉;葛志鑫	申請（專利權）人：	南京信息工程大學
主分類號：	G01P5/18	分類號：	G01P5/18;G01P5/24;G01P13/02
代理公司：	南京匯盛專利商標事務所(普通合伙) 32238	代理人：	張立榮
地址：	210044 江***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	移動式超聲波風速風向測量方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及風速風向測量技術領域，特別涉及一種移動式超聲波風速風儀以及運用超聲波結合速度、方向測定部件測量移動式情況下風速風向的方法，該儀器是一種可適用于輪船、汽車或現場氣體監測等移動式或固定式情況下的風速風向測量儀器。

背景技術

目前現有的風速風向儀主要為固定式測風儀；而在環境檢測、航海、工業風道檢測以及危險性氣體的測量和移動式氣象站的建設等領域，由于檢測系統本身的方向及速度等都是時刻在移動著，而傳統固定式測風儀由于沒有對方向及速度等方面進行測量和修正，因此，固定式風速風向儀無法滿足輪船、汽車、風電場等應用環境中系統移動式情況下的風速風向測量應用；而且傳統的機械式風速儀由于存在密封問題，使得在北方沙塵暴天氣中無法正常工作，在低溫環境下還會因結冰而將運動部件卡死等現象的發生；同時，機械式測風儀由于存在機械磨損等缺點，降低了儀器的使用壽命；熱敏式風速儀又因為容易受環境溫度變化的影響而不適宜測量稍高一點的風速；近年來使用的超聲波測風儀，由于使用8/16位等低位單片機作為微處理器，使得系統在數據處理、通信、測量精度方面都會造成一定的限制和誤差；另外，由于超聲波傳感器陰影效應的存在，平面內測風會造成大的測兩誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種移動式超聲波風速風儀，以及運用速度、方向測定部件結合超聲波信號在移動式情況下測量實際環境條件下風速風向的方法。該儀器通過相對固定的三對超聲波發射/接收傳感器測量隨空氣流動的正反兩個不同方向發射的超聲波到達接收端的時間差，利用時差法計算出空氣流動的速度，并利用儀器速度測量元件和方向測定部件對系統的數據進行修正，從而獲得三維空間上的風速風向參數以及代表實際環境條件下風速風向的平面內風速風向參數。

為實現上述目的，本發明提供了一種移動式超聲波風速風向儀，它包括超聲波三維風速風向測量單元、移動式系統載體的速度及方向測定單元，三維風速風向測量單元包括基座、控制電路板、三個長測量臂及三個短測量臂和六個超聲波發射/接收傳感器，六個測量臂分別與基座相連，各測量臂與基座相連的接點之間依次成60度夾角；相對成180度角的三對測量臂上各安裝一個超聲波發射/接收傳感器；系統載體的速度及方向測定單元包括速度傳感器和方向測定部件，并分別與控制電路板相連接；

本發明提供的移動式超聲波風速風向儀的控制電路板包括電源、微處理器及附屬電路、超聲波發射驅動電路及信號接收電路，所述超聲波發射驅動電路、接收電路連接微處理器的控制端和中斷端。

本發明提供的移動式超聲波風速風向儀還包括安裝在控制電路板上的溫度傳感器，該溫度傳感器與微處理器相連，用于測量環境溫度，并將測量結果傳入微處理器。相應的，在所述控制電路板上還設有低溫加熱電路，該低溫加熱電路與微處理器的控制端相連接。

本發明提供的移動式超聲波風速風向儀還包括液晶屏和按鍵，它們分別與微處理器的輸入和輸出電路相連。

本發明提供的移動式超聲波風速風向儀設有與上位機通信的接口電路。

本發明提供的移動式超聲波風速風向儀的控制電路板安裝于基座內。

本發明還提供了一種運用超聲波測量風速風向，并利用系統移動式載體速度及方向測定單元對所測參數進行修正，從而得出實際環境條件下的風速風向參數的方法。

該移動式情況下利用超聲波測量風速風向的方法包括：

利用三對超聲波發射/接收傳感器測量出三維空間里的風速風向參數；

利用系統移動式載體速度測量單元測量出移動式載體當時的移動速度；

利用系統移動式載體方向測定單元測量出移動式載體當時的方向參數；

結合測量出的速度及方向參數，根據三維空間矢量加、減法，對超聲波三維風速風向測量單元測量出的風速風向參數進行移動式情況的修正，從而得出實際環境條件下的風速風向參數。

該方法具體為：