[發明專利]一種環境自適應的超聲測風系統

有效

• 申請號: 202011371402.4
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112649623B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 李松斌;袁名勇;劉鵬;林道友
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所南海研究站
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G01P13/02
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;楊青

本發明公開了一種環境自適應超聲測風系統，該系統包括：風向風速測量模塊、中央處理模塊、自恢復模塊和雷電保護模塊；其中，風向風速測量模塊，用于依次發射超聲信號得到校準飛行時間，發射超聲信號得到測量飛行時間，并發送至中央處理模塊；中央處理模塊，用于定時啟動風向風速測量模塊，用于控制風向風速測量模塊在自校準后進行風速和風向測量，用于計算得到風速和風向角，并按照固定格式輸出；還用于控制自恢復模塊工作以滿足測試的溫度和濕度條件；所述自恢復模塊，用于測量環境溫度、濕度和水汽指標輸入中央處理模塊，并啟動加熱模式以使得風向風速測量模塊的溫度、濕度和水汽指標滿足測試條件；所述雷電防護模塊，用于防止受到雷電破壞。

技術領域

本發明涉及風速和風向測量技術領域，具體涉及一種環境自適應的超聲測風系統。

背景技術

精確的測量地表平面的風速和風向數據，這在當今社會各個行業都有著非常廣泛的需求，例如在天氣預報上、軍事上、航海上、體育運動上等等。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、凍雨等惡劣氣候環境。

目前，隨著超聲技術的發展，超聲測風技術也得到發展，超聲波測風儀作為一種非接觸式的測量儀器儀表，具有安裝簡單，不需要考慮機械磨損，維護方便，測量精度高，測量范圍大的優點，這使得它被國內具有測風需求的各個行業所關注。由于對超聲波測風的研究起步晚、技術不成熟、研發成本高等原因，國內廠家在超聲波測風方面多處于仿制研發階段，與國外還有較大差距。存在系統不穩定、霜雪等惡劣天氣測量誤差大的缺點，目前國內超聲測風儀基本都采用溫度補償的方法來彌補超聲波在空氣中傳播速度誤差，在雷電、適應環境方面也較為薄弱，部分地區冬季較為寒冷，溫度在0度以下，超聲測風系統在低溫下，存在因超聲波換能器和反射面結冰導致測風儀無法正常工作的問題，南方部分地區雷電較多，野外濕度大等，也影響測風系統的穩定性和測量精度，因此研制一臺測量精度高、產品性能好，電路簡單，抗霜雪、防雷擊等惡劣天氣能力強的超聲波測風系統具有重大的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術缺陷，提出了一種環境自適應的超聲測風系統。

為了實現上述目的，本發明提出了一種環境自適應超聲測風系統，所述系統包括：風向風速測量模塊、中央處理模塊、自恢復模塊和雷電保護模塊；其中，

所述風向風速測量模塊，用于在中央處理模塊的控制下依次發射超聲信號進行風速自校準得到校準飛行時間并發送至中央處理模塊，發射超聲信號進行風速測量得到測量飛行時間并發送至中央處理模塊；

所述中央處理模塊，用于定時啟動風向風速測量模塊工作，用于控制風向風速測量模塊在自校準后發射超聲信號進行風速和風向測量，用于根據校準飛行時間和測量飛行時間計算得到風速和風向角，并按照固定格式輸出；還用于控制自恢復模塊工作以滿足測試的溫度和濕度條件；

所述自恢復模塊，用于測量環境的溫度、濕度和水汽指標后輸入中央處理模塊，并在中央處理模塊的控制下啟動加熱模式以使得風向風速測量模塊的溫度、濕度和水汽指標滿足測試條件；

所述雷電防護模塊，用于防止受到雷電破壞。

作為上述系統的一種改進，所述風向風速測量模塊包括時間測量單元、發射驅動單元、通道選擇單元、自校準單元、測風單元和接收單元；其中，

所述時間測量單元，用于在中央處理模塊的控制下產生特定頻率的脈沖信號并發送至發射驅動單元，用于根據校準回波信號計算得到校準飛行時間t₅₆并發送至中央處理模塊，還用于根據測量回波信號分別計算得到東西方向上的順風時間t₁₂、東西方向上的逆風時間t₂₁、南北方向上的順風時間t₃₄和南北方向上的逆風時間t₄₃，并分別發送至中央處理模塊；