[發明專利]一種超聲波測風儀及測風速方法

在審

• 申請號: 201910291175.5
• 申請日: 2019-04-11
• 公開（公告）號: CN110018327A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 易澤雄
• 申請（專利權）人: 易澤雄;成都雷奧風電傳感器有限公司
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務所(普通合伙) 51217
• 代理人: 薛波

本發明公開了一種超聲波測風儀，包括測風腔、微處理器、FPGA芯片、超聲波換能器收發切換模塊以及三個超聲波換能器；所述測風腔包括上平面和下平面，所述上平面與下平面之間的距離等于超聲波半波長的整數倍，三個超聲波換能器安裝于所述上平面，超聲波換能器發射的超聲波能夠在上平面與下平面之間來回反射形成駐波；所述三個超聲波換能器與所述超聲波換能器收發切換模塊連接，所述FPGA芯片控制超聲波換能器收發切換模塊完成接收和發射切換功能，實現超聲波信號的時序發射以及記錄超聲波信號從發射到接收的飛行時間。本發明的超聲波測風儀體積小，測算范圍寬，可以長時間穩定工作于沙塵、鹽霧、凍雨等惡劣氣候環境。

技術領域

本發明屬于風速風向測量技術領域，具體涉及一種超聲波測風儀。

背景技術

風矢量包含風速和風向信息，有效地監測風矢量信息，不僅可以為人們提供日常出行的參考，同時可為監測各種天氣氣候災害提供依據。強烈天氣和氣候系統的緩變和突變對國家安全的很多方面產生影響，需要從戰略高度為軍事安全、國土安全、公共安全、環境安全、生態安全、能源安源、糧食安全、水資源安全等方面提供全方位氣象保障服務。空氣流動產生的動能稱為風能，風能是一種不產生任何污染物排放的可再生自然能源，其儲量非常巨大，風力發電是風能利用的最重要形式，風力發電已經超過核電，成為繼煤電和水電之后的第三大主力電源。無論是氣象應用還是風能利用，首要的任務就是準確獲得風矢量信息。高質量風矢量測量儀器的設計將為氣象應用與風能利用提供有力的數據。

傳統機械式測風儀結構簡單，技術成熟，多采用光電管方式或者磁編碼方式測量風速風向，在風力發電、氣象監測、鐵路等行業應用廣泛，但其存在機械磨損、阻塞、冰凍等問題，不能長時間穩定可靠的工作于沙塵、鹽霧、凍雨等惡劣氣候環境。

發明內容

本發明提供一種超聲波測風儀以及測風速方法，能夠解決現有測風儀不能適應惡劣氣候環境的問題。

本發明采用的技術方案為：一種超聲波測風儀，包括測風腔、微處理器、FPGA芯片、超聲波換能器收發切換模塊以及三個超聲波換能器；所述測風腔包括上平面和下平面，所述上平面與下平面之間的距離等于超聲波半波長的整數倍，三個超聲波換能器安裝于所述上平面，超聲波換能器發射的超聲波能夠在上平面與下平面之間來回反射形成駐波；所述三個超聲波換能器與所述超聲波換能器收發切換模塊連接，所述FPGA芯片控制超聲波換能器收發切換模塊完成接收和發射切換功能，實現超聲波信號的時序發射以及記錄超聲波信號從發射到接收的飛行時間；所述微處理器控制FPGA芯片完成超聲波收發切換、回波數據采集，并對FPGA芯片采集到的回波數據進行處理。

進一步的，所述三個超聲波換能器呈等邊三角形分布。

進一步的，所述測風腔的上平面與下平面之間的距離等于超聲波波長。

進一步的，所述三個超聲波換能器每兩個組合成一對，三個超聲波換能器兩兩組合成三對，三對超聲波換能器輪流收發超聲波信號。

進一步的，所述三個超聲波換能器包括A超聲波換能器、B超聲波換能器、C超聲波換能器，A超聲波換能器與B超聲波換能器組成一對，B超聲波換能器與C超聲波換能器組成一對，C超聲波換能器與A超聲波換能器組成一對，每對超聲波換能器按時間順序發射超聲波和接收超聲波。

進一步的，所述超聲波換能器收發切換模塊連接有換能器驅動電路以及回波接收電路，換能器驅動電路通過DAC數字模擬轉換器與FPGA芯片連接，回波接收電路通過ADC模擬數字轉換器與FPGA芯片連接。

進一步的，所述測風腔的上平面和下平面呈圓形，所述上平面與下平面之間設置有六個連接柱，所述連接柱對稱分布于圓形平面的邊沿，所述連接柱包括三個空心柱。

進一步的，還包括殼體，所述殼體包括第一殼體和第二殼體，所述第一殼體與上平面組成第一腔體，所述第二殼體與下平面組成第二腔體。