[發(fā)明專利]一種基于電子陀螺儀和加速度傳感器的單擺測(cè)速儀裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810281331.5
• 申請(qǐng)日: 2018-04-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108519496A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 沈雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津綠風(fēng)環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): G01P5/00
• 分類號(hào): G01P5/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明屬于風(fēng)速測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的一種基于電子陀螺儀和加速度傳感器的單擺測(cè)速儀裝置，即單擺測(cè)速器該發(fā)明涉及單擺測(cè)速儀的物理裝置和其測(cè)速原理的數(shù)學(xué)模型，物理裝置包括輕質(zhì)空心球、單擺線、含有電子陀螺儀和加速度傳感器的電子模塊；該數(shù)學(xué)模型的測(cè)速原理完全不同于傳統(tǒng)的測(cè)速原理，創(chuàng)新性的利用單擺的擺角反應(yīng)局部風(fēng)速的大小，該發(fā)明簡(jiǎn)化的測(cè)速的實(shí)驗(yàn)步驟，提高了測(cè)量精度和效率，同時(shí)可獲得更高頻的測(cè)量數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)速測(cè)量?jī)x器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電子陀螺儀和加速度傳感器的單擺測(cè)速儀裝置。

背景技術(shù)

目前風(fēng)速測(cè)量的常用方法有機(jī)械方法、動(dòng)散熱率法力測(cè)壓法及激光、超聲波等測(cè)量方法。其中機(jī)械方法的原理是利用流動(dòng)氣體的動(dòng)壓，推動(dòng)機(jī)械裝置轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)顯示流速。如翼型和杯型機(jī)械測(cè)速儀均適用于測(cè)定15-20m/s內(nèi)的氣流速度，而無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量15m/s以下的風(fēng)速。

近年來(lái)，隨著MEMS技術(shù)的日漸成熟，電子陀螺儀和加速度傳感器被應(yīng)用到越來(lái)越多的領(lǐng)域，其具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大、可批量生產(chǎn)等傳統(tǒng)機(jī)械無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

基于現(xiàn)有測(cè)速方法的限制以及發(fā)展成熟的MEMS技術(shù)，該專利提出了一種新的測(cè)速裝置及其原理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種基于電子陀螺儀和加速度傳感器的單擺測(cè)速裝置及其測(cè)速技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種基于電子陀螺儀和加速度傳感器的單擺測(cè)速儀裝置，包括單擺測(cè)速器，其中單擺測(cè)速器包括擺球、擺線、電子模塊；

所述單擺測(cè)速儀，所述擺球?yàn)檩p質(zhì)空心球，其直徑應(yīng)小于所測(cè)環(huán)境的最大允許尺度；擺線為輕質(zhì)細(xì)線，其應(yīng)保證小球的擺動(dòng)強(qiáng)度，長(zhǎng)度不小于10倍小球直徑；電子模塊中應(yīng)集成電子陀螺儀和電子加速度計(jì)中、藍(lán)牙芯片、5V紐扣電池以及其他必須元器件，且電子模塊置于空心球內(nèi)部，并且使小球的整個(gè)小球的質(zhì)心位于小球的形心。

所述測(cè)速方法，包括以下步驟：

S1：通過(guò)含有電子陀螺儀和電子加速度計(jì)的集成模塊，實(shí)時(shí)采集測(cè)量數(shù)據(jù)加速度a_x、a_y、偏轉(zhuǎn)角A。

S2：根據(jù)加速度a_x、a_y、A計(jì)算得切向加速度a_q、法向加速度a_f

a_q＝a_x cos A+a_y sin A (1)

a_f＝-a_x sin A+a_y cos A (2)

S3：在局部范圍內(nèi)，將小球視為圓周運(yùn)動(dòng)，則根據(jù)a_f算出小球的切向速度V(t)

V²(t)＝a_f×L (3)

其中L為第一擺線長(zhǎng)度；

S4：在局部范圍內(nèi)，對(duì)小球列牛頓第二定律方程，獲得切向加速度表達(dá)式

±F_v(t)+f(t)cos A-mg sin A＝ma_q (4)

其中f(t)＝CU(t)，F(xiàn)_v(t)＝CV²(t)，C為常數(shù)，U(t)為水平風(fēng)速，V(t)為小球切向速度；小球在上升過(guò)程時(shí)，F(xiàn)_v(t)系數(shù)為正；在下降過(guò)程時(shí)，F(xiàn)_v(t)系數(shù)為負(fù)。則