[发明专利]一种超声波风速风向测量实验仪及测量方法

说明书

本发明公开了一种超声波风速风向测量实验仪及测量方法，包括底座，其特征是：所述底座上侧固定连接函数信号发生器、示波器、超声波发生器一、超声波接收器一、超声波发生器二和超声波接收器二，所述底座上放置有风机，所述超声波发生器一正对所述超声波接收器一，所述超声波发生器二正对所述超声波接收器二。本发明涉及测量设备领域，具体地讲，涉及一种超声波风速风向测量实验仪。本发明的优点在于这种测量方法相比较原始的测风速的方法，既避免了测量装置的机械运动，又不依赖于时间(差)测量电路的精度，因此理论上受外界因素影响更小，且是无接触测量手段。

技术领域

本发明涉及测量设备领域，具体地讲，涉及一种超声波风速风向测量实验仪及测量方法。

背景技术

在风速风向测量方面，当前常用的仪器有翼状风速计、杯状风速计、热敏风速计和超声波测风仪等。翼状风速计和杯状风速计使用方便，但他们的机械摩擦阻力和惰性较大，只适用于测定风速较大的情况，对于一些需要测量较小风速的场合则无法试用；常用的机械式仪器因为存在很多的运动部件，所以均存在结构磨损、使用寿命不长、无法在恶劣环境下使用、维护成本高等缺点，此外，受到机械结构以及机械式测风仪器测量原理的限制，机械测风仪器的灵敏度也较低；热敏式风速仪由于自身测量原理的限制，受到环境温度影响较大，因此其适用场合有限；而现有的超声测风仪器大部分均采用的是基于时间差、频率差、相位差或多普勒效应等测量方法，但是上述测量方法的核心仍是基于绝对时间(或时间差)的测量，因此这一类方法对时间(差)测量电路及相关算法的精度有着极高的要求，此为现有技术的不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种超声波风速风向测量实验仪及测量方法，有利于实现风速和风向的测定。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种超声波风速风向测量实验仪，包括底座，其特征是：所述底座上侧固定连接函数信号发生器、示波器、超声波发生器一、超声波接收器一、超声波发生器二和超声波接收器二，所述底座上放置有风机，所述超声波发生器一正对所述超声波接收器一，所述超声波发生器二正对所述超声波接收器二。

作为对本技术方案的进一步限定，所述超声波发生器一、所述超声波接收器一、所述超声波发生器二和所述超声波接收器二位于同一平面内。

作为对本技术方案的进一步限定，所述超声波发生器一与所述超声波接收器一传播路径为L_x，所述超声波发生器二与所述超声波接收器二传播路径为L_y，所述L_x与所述L_y正交。

一种超声波风速风向测量实验仪的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：超声波发生器一和超声波发生器二通过一个三通接头同时接入函数信号发生器的信号输出端口，超声波接收器一的接头接入示波器的CH1接口，超声波接收器二的接头接入示波器的CH2接口，用信号线将函数信号发生器的同步信号接头直接接入示波器的外触发接口，按下各仪器开关，函数信号发生器选择正弦波波形，调节输出信号的频率值及振幅值与超声波发生器一、超声波接收器一、超声波发生器二和超声波接收器二的工作频率与振幅相一致，示波器选择外触发模式；

步骤2：无风情况下调节超声波发生器一与超声波接收器一的传播路径L_x和超声波发生器二与超声波接收器二的传播路径L_y相同，此时示波器所显示的CH1与CH2两路信号波形重合，即二者在无风状态下的初相位相同，并记录此时CH1与CH2两路波信号的初始位置；

步骤3：由风机施加具有一定速度、一定方向的风，超声波发生器一和超声波接收器一支路的CH1波信号相较于其初始波信号的位置发生变化，即CH1波信号的相位发生变化，在示波器上读取并记录该相位差