[發明專利]超聲波測風儀及測量方法

有效

• 申請號: 201310747370.7
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103728463A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 張自嘉;陸健;張麗萍;李賀
• 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;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

1.一種超聲波測風儀，其特征在于：包括機殼、風速風向測量模塊、方向校正模塊及主控制模塊，

所述機殼包括上安裝盒和下安裝盒，上安裝盒與下安裝盒通過支架相連，所述下安裝盒下方設有安裝立柱，用于支撐固定作用；

風速風向測量模塊包括一個超聲波發射傳感器和三個超聲波接收傳感器，它們分別與主控模塊相連；所述方向校正模塊也與主控模塊相連；

所述主控制模塊和方向校正模塊放置在下安裝盒中，三個超聲波接收傳感器內嵌在在下安裝盒中并呈等邊三角形分布，超聲波發射傳感器內嵌在上安裝盒中，超聲波發射傳感器位于三個超聲波接收傳感器正上方，并對應位于三個超聲波接收傳感器形成的等邊三角形的中心位置。

2.如權利要求1所述的超聲波測風儀，其特征在于：所述主控制模塊包括CPLD/FPGA控制器、電源模塊、RS485接口模塊、超聲波驅動電路、溫度補償模塊、信號調理電路以及閾值比較電路，所述的電源模塊、RS485接口模塊、溫度補償模塊、超聲波驅動電路以及閾值比較電路均與CPLD/FPGA控制器相連接，所述電源模塊還與超聲波驅動電路模塊連接，所述超聲波發射傳感器與超聲波驅動電路模塊連接，所述超聲波接收傳感器與信號調理電路連接。

3.如權利要求1或2所述的超聲波測風儀，其特征在于：所述的方向校正模塊包括一磁力傳感器。

4.如權利要求1或2所述的超聲波測風儀，其特征在于：所述的超聲波發射傳感器與超聲波接收傳感器具有一定的輻射方向開角。

5.一種利用權利要求1至4之一所述的測風儀進行風速風向測量的方法，包括以下步驟：

主控制模塊獲取環境溫度數據，根據計算來確定溫度補償；

主控制模塊產生信號使超聲波發射傳感器發出脈沖信號，并同時啟動主控制模塊內的與超聲波接收傳感器相對應的計數器；

當超聲波脈沖信號分別被三個超聲波接收傳感器接收，接收到的信號分別經各自的后續信號調理電路進行放大處理，并經閾值比較電路產生各自對應的計數器中斷停止信號，分別獲得超聲波脈沖從發送到被各路超聲波接收器接收到所經過的時間；

主控制模塊通過磁力傳感器獲得數據來進行風速風向校正，并得到所測風速風向；

主控制模塊通過RS485接口模塊將數據輸出。

6.如權利要求5所述的風速風向的測量方法，其特征在于：所述步驟（1）中，主控制模塊獲取當前溫度補償電路模塊的環境溫度數據，確定是否需要進行相應的溫度補償，通過補償使聲速在測量過程中始終維持恒定值為340m/s；

溫度補償的計算公式如下：

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其中為聲速，為當前環境溫度值。

7.如權利要求6所述的風速風向的測量方法，其特征在于：所述步驟（4）中，通過測量獲得的超聲波發射傳感器發出的超聲波脈沖信號到達三路超聲波接收傳感器器A、B、C所傳播的時間為：?，角度r為磁力傳感器測量出的實際安裝方向與地理南北、東西方向上的偏向角度，

c為聲速，可以得出風速值在A、B、C組成的等邊三角形各邊上的風速分量值：

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???????根據等邊三角形基本定理，可以得到圖中所示的風向在安裝方向X、Y方向上的風速分量值:

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根據磁力傳感器讀取的數據，可以得到實際地理南北、東西的方向與安裝方向的偏向角r,根據該偏向角度可以得出實際風的風速值分量，并根據該風速值風量可以得出風向：

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???????根據矢量合成的原理，可以得出實際風速和風向的值：

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