[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

技術領域：

本發明涉及風速風向測量領域，尤其涉及一種超聲波測風儀及風速風向的測量方法。

背景技術：

風速儀在氣象、民航、公路、農業和新能源領域都發揮著重要的作用。目前超聲波式風速儀已經成為風速儀應用和發展的主流。

目前的超聲波式風速風向儀主要是基于時差法和相位差法的測量原理，裝置在設計中，往往需要將超聲波傳感器安置在與地理南北、東西相同的方向上，在用戶使用時，往往需要按照預先設定的方向與地理南北、東西方向校正安裝，若安裝方向發生誤差，則會導致測量結果發生錯誤。同時，現有的超聲波風速儀大多采用分時原則，即一對超聲波換能器輪流發送和接收信號，需要測量的次數多，并且電路結構復雜，往往由于多次測量導致測量結果有誤差。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種電路結構簡單、安裝簡便、測量結果精準的超聲波測風儀。

本發明的另一目的在于提供一種風速風向的測量方法，該方法測量過程簡便、結果準確。

本發明的技術方案如下：

一種超聲波測風儀包括機殼、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。

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。

方向校正模塊包括一磁力傳感器。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。

利用上述測風儀進行風速風向測量的方法，包括以下步驟：

1）主控制模塊獲取環境溫度數據，根據計算來確定溫度補償；

2）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；

3）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；?

4）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；

5）主控制模塊通過RS485接口模塊將數據輸出。

本發明具有如下有益效果：

1.本發明超聲波測風儀采用一個超聲波發射器和三個超聲波接收器，使電路結構更加簡單。測量過程中只通過一次發送超聲波，就可以測量出風速和方向。

2.本發明超聲波測風儀具有方向校正模塊，可在設備安裝時無需考慮設備安裝方向的問題，在測量過程中，可實現對測量方向進行修正到預先制定的方向，簡化了安裝的流程，提高了測量的準確性。

3.本發明超聲波測風儀電路設計簡單、成本低，電路采用模塊化設計。

4.本發明環境適應性強。上安裝盒可以遮擋雨雪和沙塵，降低異物對風速測量的影響，同時上安裝盒也可以阻止垂直方向上的風的干擾，提高了整個系統測量精度。

附圖說明:

圖1為超聲波測風儀的結構示意圖。

圖2超聲波測風儀的俯視結構示意圖。

圖3為主控制模塊電路組成框圖。

圖4為本發明風速風向測量裝置利用磁力傳感器對所測參數進行校正，從而得出實際環境條件下的風速風向參數的方法原理示意圖。

圖5為本發明的超聲波發射傳感器發射驅動電路。

圖6為本發明的超聲波接收傳感器信號調理電路及閾值比較電路原理圖。

圖7為本發明的方向校正模塊電路原理圖。

圖8為溫度補償電路原理圖。