[发明专利]一种风电用超声波风速风向仪及其抗冰冻方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声波风速风向测试领域，尤其涉及一种应用于极端严寒天气下的超声波风速风向仪的抗冰冻方法。

背景技术

随超声波风速风向仪以没有运动磨损部件、不需要定期校准、测量精度高、寿命长等优势，广泛运用于风力发电行业中，但是我国幅员辽阔，在东北、内蒙、华北等地的冬季极度寒冷，而超声波风速风向仪是通过换能器发射和接受超声波的方式来计算风速和风向的，换能器表面在严寒中容易结冰而失效，导致风电机组发电损失。另外风电行业中经常有定期检修、限电停机等情况，使超声波风速风向仪断电，在寒冷的环境中将导致严重积冰冻结，从而在恢复供电后因为超声波换能器不能工作而导致超声波风速风向仪无法侦测气温而无法控制加热器开启，从而导致超声波风速风向仪无法融冰导致整体失效，使风电机组长时间不能恢复发电。

有必要开发一种风电用超声波风速风向仪的抗冰冻方法杜绝这种失效情况。

发明内容

本发明的目的是针对上述背景技术存在的缺陷，提供的一种可有效解决严寒天气下超声波风速风向仪的抗冰冻方法及应用该方法的超声波风速风向仪。

为实现上述目的，本发明之一的一种风电用超声波风速风向仪的抗冰冻方法，该方法包括：

空气温度探测-加热-模式切换控制步骤，进一步包括，

步骤S1：信号处理器发出调整信号并经由换能器驱动-信号调理电路控制第一超声波换能器向第二超声波换能器先后交替向对方互发超声波脉冲信号并计算出由第一超声波换能器发送出超声波信号到第二超声波换能器接收到超声波脉冲信号的时间t₁，完成后，由第二超声波换能器向第一超声波换能器发送超声波脉冲信号并计算出由第二超声波换能器发送出超声波信号到第一超声波换能器接收到超声波脉冲信号的时间t₂、完成后信号处理器分别比较t₁、t₂是否大于设定的最大值t，其中t为时间，如t₁、t₂大于设定的最大值t，则判断空气温度探测-加热-模式切换控制步骤不可行，执行壳体表面温度探测-加热-模式切换控制步骤，如t₁、t₂小于设定的最大值t，则继续执行步骤S2，步骤S3；

步骤S2：信号处理器根据t₁、「、L、t₁＝L/(c+v)、t₂＝L/(c+v)计算出超声波脉冲信号在空气介质中的传播速度c＝0.5L/[(1/t₁)+(1/t₂)]，其中，L为第一超声波换能器与第二超声波换能器之间的间隔距离L，且L恒定不变的，v为流过超声波风速风向仪风速，由c＝331.3+0.606T计算出空气介质温度T_a＝(331.3-c)/0.606，其中，T为摄氏温标；

步骤S3：信号处理器判断空气介质温度T_a是否低于设定的加热器开启温度T₁，如低于，则控制加热器加热，如高于则不启动加热器；

壳体表面温度探测-加热-模式切换控制步骤，即

步骤S4：信号处理器控制PT100温度信号调理电路向预埋在超声波风速风向仪中的PT100温度传感器发送恒定电流I，经转换后发送电压U到信号处理器，由信号处理器进一步换算得出壳体表面温度T_K；

步骤S5：信号处理器判断壳体表面温度T_K是否低于加热器开启温度T₂，如低于，信号处理器即向加热器发出加热命令，加热器开启加热，结束程序。

进一步地，步骤S1中，t₁、t₂的开始时间点和停止时间点由信号处理器记录。

进一步地，开始时间点为换能器驱动-信号调理电路接收到信号处理器发出控制信号与电脉冲信号的时间点，停止时间点为第一超声波换能器或第二超声波换能器开始接收超声波脉冲信号的时间点。

进一步地，T₁﹤T₂。

本发明之二的一种风电用超声波风速风向仪，具有一超声波换能器安装盖，其包括信号处理器、加热器，一第一超声波换能器、一第二超声波换能器、换能器驱动-信号调理电路、一组PT100温度传感器、一PT100温度传感器信号调理电路，第一超声波换能器与第二超声波换能器安装在超声波换能器安装盖。