[实用新型]超声波风速风向测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于超声波测量技术领域，具体涉及一种超声波风速风向测量装置。

背景技术

随着时代的发展,风速风向测量广泛应用于科学实验和工业生产之中，特别在气象领域，高精度风速风向测量更是有着不可忽视的作用。目前，风速风向测量方法主要分为三类，第一类：翼状风速计和杯状风速计，但这类测量方式受限于机械摩擦的阻力，多应用于风速较大的情况；第二种：热敏风速计，但测量方式局限于人为的干预，会严重影响测量结果的准确性；第三种：超声波测风仪，它是一种高精度风速风向测量的仪器。现有技术中，超声波测风仪得到越来越广泛的应用。

超声波测风方法主要有时差法、多普勒法、相关法、噪声法、波束偏移法等，其中时差法应用最为普遍。但现有技术中，常用的基于时差法的超声波测风仪由于装置本身结构的原因很大程度上会影响风速、风向测量结果的准确性。例如，传统测风仪的温度传感器封装在器件内，无法精确测量外界的冷暖气流；并且放置在装置内部，所测温度会受内部电路发热的影响；在装置上，超声波传感器上方位置缺少保护措施也会严重影响测量精度，此外，当风度较大时会引起超声波传感器的震动，会造成收发传感器之间固定距离发生变化；再者，超声波测风仪仍然广泛地釆用传统的8/16位单片机，使得测量精度偏低。

综上所述，现有技术中超声波测风仪或超声波测风装置仍存在测量结果不准确问题急需解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种超声波风速风向测量装置，解决了现有技术中超声波传感器容易受外界温度或震动影响导致测量精度不高的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种超声波风速风向测量装置，其特征是，包括安装座、超声波传感器、温度传感器和设置在安装座内的风速风向测量单元，安装座的正上方设有圆形防护罩，安装座的四周均匀排列有四个支柱，四个支柱与安装座的连接处设有加强筋，四个支柱的顶端与防护罩固接，每个支柱上固定有超声波传感器，四个超声波传感器分为两组，分别布置于同一水平面内正交的两个轴线上，两两水平相对，温度传感器设置在安装座上正对防护罩的表面，温度传感器的上方设有保护罩，两组超声波传感器分别连接风速风向测量单元，温度传感器的输出端连接风速风向测量单元，风速风向测量单元依据两组超声波传感器之间的距离、传输时间以及温度信号，获得当前温度下的风速和风向。

进一步的，所述风速风向测量单元包括超声波驱动接收电路、信号处理模块、FPGA采集模块、ARM处理器和显示模块，超声波驱动接收电路分别连接四个超声波传感器，用于发送驱动信号打开超声波传感器的发射或接收通道；FPGA采集模块依次连接信号处理模块和超声波驱动接收电路，信号处理模块用于对信号进行滤波放大处理，FPGA采集模块采集两组超声波传感器之间的传输时间输出至ARM处理器，温度传感器的输出端连接ARM处理器，显示模块的输入端连接ARM处理器。

进一步的，所述风速风向测量单元还包括串口通信模块和上位机，ARM处理器通过串口通信模块与上位机连接。

进一步的，所述信号处理模块包括二阶有源低通滤波器。

进一步的，所述温度传感器包括温度检测电路和放大电路，温度检测电路包括热敏电阻PT100，放大电路包括运算放大器AD620，温度检测电路输出电压信号经放大电路放大后输入ARM处理器。

进一步的，还包括电源模块，电源模块包括5V电压源和降压电路，降压电路包括HT7133稳压芯片，5V电压源经降压电路输出3.3V电压，为超声波数据采集模块和ARM处理器供电。

进一步的，HT7133稳压芯片的输入端与接地端之间连接有2.2μF电容，输出端与接地端之间并联4.7μF电容和0.1μF电容。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型装置在安装座的正上方设有圆形防护罩，可以完全遮盖住超声波传感器，能够有效防止恶劣环境对超声波传感器的影响；四个支柱与安装座的连接处设有加强筋，可以防止风速过大而引起支柱的震动影响测量精度。温度传感器设置在安装座的外面，可以精确测量外界的冷暖气流，并且温度传感器的上方设有保护罩，可以保护温度传感器，防止易损。本实用新型硬件上采用ARM+FPGA的结构，满足了高速的时钟信号的测量，同时32位的微处理器符合高速信号处理性能，这种方式可以提高对接收信号的采样精度。本实用新型结构简单、成本低、方案易实现，具有很高实用价值，便于推广使用。

附图说明