[发明专利]移动式超声波风速风向仪及测量风速风向的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及风速风向测量技术领域，特别涉及一种移动式超声波风速风仪以及运用超声波结合速度、方向测定部件测量移动式情况下风速风向的方法，该仪器是一种可适用于轮船、汽车或现场气体监测等移动式或固定式情况下的风速风向测量仪器。

背景技术

目前现有的风速风向仪主要为固定式测风仪；而在环境检测、航海、工业风道检测以及危险性气体的测量和移动式气象站的建设等领域，由于检测系统本身的方向及速度等都是时刻在移动着，而传统固定式测风仪由于没有对方向及速度等方面进行测量和修正，因此，固定式风速风向仪无法满足轮船、汽车、风电场等应用环境中系统移动式情况下的风速风向测量应用；而且传统的机械式风速仪由于存在密封问题，使得在北方沙尘暴天气中无法正常工作，在低温环境下还会因结冰而将运动部件卡死等现象的发生；同时，机械式测风仪由于存在机械磨损等缺点，降低了仪器的使用寿命；热敏式风速仪又因为容易受环境温度变化的影响而不适宜测量稍高一点的风速；近年来使用的超声波测风仪，由于使用8/16位等低位单片机作为微处理器，使得系统在数据处理、通信、测量精度方面都会造成一定的限制和误差；另外，由于超声波传感器阴影效应的存在，平面内测风会造成大的测两误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种移动式超声波风速风仪，以及运用速度、方向测定部件结合超声波信号在移动式情况下测量实际环境条件下风速风向的方法。该仪器通过相对固定的三对超声波发射/接收传感器测量随空气流动的正反两个不同方向发射的超声波到达接收端的时间差，利用时差法计算出空气流动的速度，并利用仪器速度测量元件和方向测定部件对系统的数据进行修正，从而获得三维空间上的风速风向参数以及代表实际环境条件下风速风向的平面内风速风向参数。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动式超声波风速风向仪，它包括超声波三维风速风向测量单元、移动式系统载体的速度及方向测定单元，三维风速风向测量单元包括基座、控制电路板、三个长测量臂及三个短测量臂和六个超声波发射/接收传感器，六个测量臂分别与基座相连，各测量臂与基座相连的接点之间依次成60度夹角；相对成180度角的三对测量臂上各安装一个超声波发射/接收传感器；系统载体的速度及方向测定单元包括速度传感器和方向测定部件，并分别与控制电路板相连接；

本发明提供的移动式超声波风速风向仪的控制电路板包括电源、微处理器及附属电路、超声波发射驱动电路及信号接收电路，所述超声波发射驱动电路、接收电路连接微处理器的控制端和中断端。

本发明提供的移动式超声波风速风向仪还包括安装在控制电路板上的温度传感器，该温度传感器与微处理器相连，用于测量环境温度，并将测量结果传入微处理器。相应的，在所述控制电路板上还设有低温加热电路，该低温加热电路与微处理器的控制端相连接。

本发明提供的移动式超声波风速风向仪还包括液晶屏和按键，它们分别与微处理器的输入和输出电路相连。

本发明提供的移动式超声波风速风向仪设有与上位机通信的接口电路。

本发明提供的移动式超声波风速风向仪的控制电路板安装于基座内。

本发明还提供了一种运用超声波测量风速风向，并利用系统移动式载体速度及方向测定单元对所测参数进行修正，从而得出实际环境条件下的风速风向参数的方法。

该移动式情况下利用超声波测量风速风向的方法包括：

利用三对超声波发射/接收传感器测量出三维空间里的风速风向参数；

利用系统移动式载体速度测量单元测量出移动式载体当时的移动速度；

利用系统移动式载体方向测定单元测量出移动式载体当时的方向参数；

结合测量出的速度及方向参数，根据三维空间矢量加、减法，对超声波三维风速风向测量单元测量出的风速风向参数进行移动式情况的修正，从而得出实际环境条件下的风速风向参数。

该方法具体为：

用超声波三维风速风向测量单元中的第一超声波发射/接收装置和第四超声波发射/接收装置分别测量接收到来自对方发送的超声波信号的时间；

用第二超声波发射/接收装置和第五超声波发射/接收装置分别测量接收到来自对方发送的超声波信号的时间；

用第三超声波发射/接收装置和第六超声波发射/接收装置分别测量接收到来自对方发送的超声波信号的时间；

根据测量到的时间、所述第一超声波发射/接收装置和第四超声波发射/接收装置间的距离、所述第二超声波发射/接收装置和第五超声波发射/接收装置间的距离及所述第三超声波发射/接收装置和第六超声波发射/接收装置间的距离计算出移动式情况下的三维风速风向参数，以及平面内的风速风向参数。