[發明專利]三維空間來風的風速測量系統及方法

有效

• 申請號: 201810027623.6
• 申請日: 2018-01-11
• 公開（公告）號: CN108169511B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 李新波;朱閣彥;王英偉;郭晨;西繼東;劉帥;李厚禹;于潤澤
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01P13/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王戈

1.一種三維空間來風的風速測量系統，其特征在于，所述三維空間來風的風速測量系統包括：

第一超聲波傳感器，用于發射超聲波信號；

四個第二超聲波傳感器，各所述第二超聲波傳感器以所述第一超聲波傳感器為原點O，在xoy平面內，均勻排列形成第一四元弧陣列，用于接收所述第一超聲波傳感器發射的超聲波信號；

四個第三超聲波傳感器，各所述第三超聲波傳感器以所述第一超聲波傳感器為原點O，在yoz平面內，均勻排列形成第二四元弧陣列，用于接收所述第一超聲波傳感器發射的超聲波信號；

數據處理器，分別與各所述第二超聲波傳感器、各所述第三超聲波傳感器連接，用于根據各所述第二超聲波傳感器接收到的超聲波信號以及各所述第三超聲波傳感器接收到的超聲波信號，確定三維空間中來風的風速、方位角及俯仰角；

所述確定三維空間中來風的風速、方位角及俯仰角，具體包括：

選取不同的空間風投影在xoy平面上的水平風速分量和在xoy平面的風的水平方位角及對應的空間風投影在yoz平面上的垂直風速分量和在yoz平面上的風的垂直方位角；

針對每一組空間風投影在xoy平面上的水平風速分量和在xoy平面的風的水平方位角，根據所述第一四元弧陣列中的四個第二超聲波傳感器接收的超聲波信號，計算所述第一四元弧陣列的第一輸出功率；多個第一輸出功率形成第一輸出功率譜；

從所述第一輸出功率譜中選出最大的第一輸出功率，并確定所述最大的第一輸出功率對應的空間風投影在xoy平面上的水平風速分量V1和在xoy平面的風的水平方位角θ；

針對每一組空間風投影在yoz平面上的垂直風速分量和在yoz平面上的風的垂直方位角，根據所述第二四元弧陣列中的四個第三超聲波傳感器接收的超聲波信號，計算所述第二四元弧陣列的第二輸出功率；多個第二輸出功率形成第二輸出功率譜；

從所述第二輸出功率譜中選出最大的第二輸出功率，并確定所述最大的第二輸出功率對應的空間風投影在yoz平面上的垂直風速分量V2和在yoz平面上的風的垂直方位角

根據所述水平風速分量V1、水平方位角θ、垂直風速分量V2及垂直方位角確定三維空間中來風的風速、方位角及俯仰角。

2.根據權利要求1所述的三維空間來風的風速測量系統，其特征在于，所述數據處理器為STM32系列的單片機。

3.根據權利要求1所述的三維空間來風的風速測量系統，其特征在于，各所述第二超聲波傳感器到第一超聲波傳感器的距離、各所述第三超聲波傳感器到第一超聲波傳感器的距離分別為10cm。

4.根據權利要求1所述的三維空間來風的風速測量系統，其特征在于，所述第一四元弧陣列中相鄰兩個第二超聲波傳感器與第一超聲波傳感器連線的夾角、所述第二四元弧陣列中相鄰兩個第三超聲波傳感器與第一超聲波傳感器連線的夾角分別為20°。

5.根據權利要求1所述的三維空間來風的風速測量系統，其特征在于，所述第一超聲波傳感器的型號為MA40S4S，各所述第二超聲波傳感器、各所述第二超聲波傳感器的型號分別為MA40S4R。