[发明专利]一种基于超声波传感器阵列的风向风速检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种基于超声波传感器阵列的风向风速检测装置，其特征在于：包括脉冲发生器、接收模块、计算模块；所述接收模块包括多个传感器，多个传感器环形排布，所述脉冲发生器处于多个传感器形成的环形法线方向上；每个所述传感器的信号输出端均与计算模块的信号输入端连接；计算模块的计算过程为：4个传感器依次分别为mic0、mic1、mic2、mic3，每个传感器与脉冲发生器之间的距离记作d，形成的环形半径记作r；以mic0和mic2作为第一对传感器对，以mic1和mic3作为第二对传感器对；以mic0为风向0度的起始，假设风速为ν_w，风向以θ表示，脉冲发生器与各传感器之间的俯仰角记作α，脉冲声音信号的传输速度即为ν₀；首先计算两个传感器对中两个传感器采集到的声音信号经过滤波后信号的互相关函数：

其中F^-1[*]表示离散傅里叶反变换，然后搜索互相关函数的峰值，峰值对应的延时为τ_i，i＝0，1表示传感器对的序号，k＝i+2，表示传感器对中第二个传感器的序号，得到以下方程组：

求解这个方程组即可得到本次计算周期的瞬时风速v_w和瞬时风向θ，再采用平滑滤波的机制得到风速和风向的长时稳定估计。

2.根据权利要求 1所述的一种基于超声波传感器阵列的风向风速检测装置，其特征在于：所述脉冲发生器为高频声波发生器或超声波发生器。

3.根据权利要求 1或2所述的一种基于超声波传感器阵列的风向风速检测装置，其特征在于：4个传感器均匀环形排布。

4.根据权利要求3所述的一种基于超声波传感器阵列的风向风速检测装置，其特征在于：两个传感器对中两个传感器采集到的声音信号经带通滤波器或高通滤波器滤波。

5.一种基于超声波传感器阵列的风向风速检测方法，其特征在于：应用于上述权利要求1至4任一所述的装置，包括以下步骤：

脉冲发生器先发出单一频率的测试脉冲音，接收模块采音，并将采集到的测试脉冲音发送给计算模块，计算模块根据接收到的脉冲音计算传感器对相位差，得到瞬时风速和风向值，再通过风速风向值平滑处理，得到风速和风向的长时稳定估计。