[发明专利]用于确定在大气中的声速或风速矢量的至少一个分量的超声波测风仪和方法

说明书

描述了一种用于确定声速和/或风速矢量的至少一个分量的超声波测风仪(7)以及方法，其带有至少一个至少有时作为发射器工作的具有用于发射声波的声发射面的声换能器(1,2,3,4,5,6,15,16)和至少一个至少有时作为接收器工作的具有用于至少部分接收所发射的声波的声探测面的声换能器(1,2,3,4,5,6,15,16)且带有评估单元，该评估单元在基于声波在处在至少一个发射器的声发射面与至少一个接收器的声探测面之间的测量段上为了经过该测量段需要的获取的行进时间的情形下确定风速矢量的至少一个分量和/或声速。该所描述的技术上的解决方案的特征在于，在第一发射器的第一声发射面与第一接收器的第一声探测面之间的至少一个第一测量段近似垂直于地表布置，且第一声发射面和/或第一声探测面相对水平线倾斜。

技术领域

本发明涉及一种用于测量流入的风的速度的超声波测风仪(Ultraschallwindmesser)，其带有至少一个用于发射声波的发射器和至少一个用于至少部分接收所发射的声波的接收器且带有评估单元，该评估单元在基于声波在位于发射器与接收器之间的测量段上的获取的行进时间的情形下确定声速和/或风矢量的至少一个分量的大小。

背景技术

已知不同测量仪器，利用这些测量仪器实现流场(Strömungsfeld)的速度、尤其风速的局部测量。一种特殊类型的测风装置(Windmessgerät)或者所谓的风速计(Anemometer)是超声波风速计。已经自长久以来已知的超声波测风仪利用测量声波在发射器与接收器之间的行进时间的原理。在此如下被充分利用，即，声波由介质(该声波在该介质中传播)带动，从而使得信号在固定长度的测量段上的行进时间取决于测量段的穿流(Durchströmung)。借助于高频率或者高带宽的声波，行进时间可被特别精确地确定，从而在带有较短距离的测量段上优选地使用高频声波。因为声速不仅取决于空气温度而且取决于空气湿度，所以通常行进时间在两个方向上(即双向)被确定。由这两个行进时间的总和，此外可计算出所谓的虚拟温度(virtuelle Temperatur)。

已知的超声波风速计通常具有多个在各个超声波发射器与超声波接收器之间的测量段，经由其在不同空间方向上的声速被测量。由所确定的测量值，测量电子装置计算水平的和垂直的风速。

为了测量三个风分量(尤其为了测量相应的平均值)和声速以及其在大气中的紊乱的波动，使用在不同的实施方式中的超声波风速计，如其例如在VDI准则3786第12页中所实施的那样。根据传感器头实施方案使用一个、两个或三个测量段。这些测量段由充当发射器和接收器的声换能器(Schallwandler，有时也称为声变换器)形成，所述声换能器位于测量段的端部处且声信号沿着测量段发送且/或接收。用于声换能器和测量段的布置的主要标准是由于通过声换能器自身的遮挡或者流动变形所引起的测量误差的最小化。当流入方向平行于测量段时出现的误差最大，而当流入方向垂直于测量段时出现的误差最小。

就此而言，由文件DE 689 01 800 T2已知一种超声波测风仪，利用其获取和评估声波在各个超声波换能器之间的不同测量段上的行进时间。所描述的超声波测风仪具有起发射作用的和起接收作用的超声波换能器的布置，所述超声波换能器如此地布置，即使得它们限定了在空气中的至少三个不同的超声波传递轨道。此外设置有测量电子装置，从而基于超声波沿着不同轨道的传播时间的测量，不仅风向而且风速在考虑测得的传播时间的情形下被确定。

通常，利用通常所使用的超声波风速计使用两种不同类型的测量段布置。在第一种类型的传感器头的情形中，一个测量段垂直地取向而两个测量段水平地取向。与之相反，在第二种类型的传感器头的情形中，三个测量段通常以45°至60°的角度倾斜且其相对的方位角为120°。因此，考虑行进时间的超声波测风仪的通常的构建基于反平行的传播段的布置，在该传播段上测量声音的行进时间。为此相应地在每个测量段的两个端部处优选交替地作为发射器和作为接收器工作的超声波换能器是必要的。通常现今使用共有的声换能器，其将发射功能和接收功能相应地自身联合。