[发明专利]基于多发多收超声波传感器的测风装置及方法

说明书

本发明属于风速风向测量技术领域，具体涉及了一种基于多发多收超声波传感器的测风装置及方法。装置包括超声波传感器阵列、主控单元、温湿度补偿单元、报警单元以及显示单元；本发明利用两个发射超声波信号的超声波发射传感器和六个接收超声波信号的超声波接收传感器组成的两个超声波传感器子阵列，来接收含有风速风向信息的超声波阵列数据，然后通过将两个超声波传感器子阵列所接收阵列数据信息融合处理并通过波束形成算法测量出风速风向信息，两个超声波传感器子阵列所形成的不同的子阵列流型矢量，相比于一个阵列流型矢量或者两个相同的子阵列流型矢量组成的阵列流型矢量来说，包含了更多的风参数信息，因此对于风速风向的测量精度也更高。

技术领域

本发明属于风速风向测量技术领域，具体涉及了一种平面式的多发多收的超声波风速风向测量装置及方法。

背景技术

风是一种常见的自然现象，也是一种重要的可再生，可循环的清洁能源。风速风向的精确测量在气象、航空、航海、军事等领域中都发挥着重要作用，人类对测风仪的使用主要包括机械式测风仪，热敏式测风仪和超声波测风仪，其中机械式测风仪主要包括翼状风速计和杯状风速计，但由于其内部存在转动部件，很容易磨损或者腐蚀，导致测量精度下降，维护成本高。而热敏式风速计主要是利用热敏探头，通过测量流动的风对热元件散热速率来测量风速，由于原理的限制，可测量风速的范围十分有限。而超声波测风仪由于内部无转动部件、没有启动风速的限制、测量范围大、测量精度高、维护成本低等优点而得到了人们的广泛关注。常用的超声测风技术主要是时差法，也即通过测量超声波在顺风和逆风情况下传播时间的不同来测量风速和风向，因此这种测风仪的测量精度完全取决于超声波传播时间的测量精度。因此现有技术当中急需要一种新的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种精度更高的基于多发多收超声波传感器的测风装置及方法。

本发明提供了一种基于多发多收超声波传感器的测风装置，其特征在于，包括：超声波传感器阵列、主控单元、温湿度补偿单元、报警单元以及显示单元；

所述超声波传感器阵列包括超声波发射器及超声波接收器；超声波发射器用于发射超声波信号以提供后续风速风向测量所需的超声波信号，超声波发射器由超声波驱动电路和两个用于发射超声波信号的超声波发射传感器组成，超声波驱动电路用于驱动两个超声波发射传感器在相等的时间间隔内交替发射同频率的超声波信号；超声波接收器由滤波放大电路和超声波接收传感器组成，超声波接收传感器数量为六个，六个超声波接收传感器用于接收到六路包含风速风向信息的超声波信号，超声波接收传感器与滤波放大电路相连，滤波放大电路用于对超声波接收传感器所接收的超声波信号进行滤波放大处理，并将处理后的超声波信号发送给主控单元；

其中超声波发射传感器和超声波接收传感器均为超声波传感器，八个超声波传感器分布在同一平面内正方形的四个顶点及对角线交点处，且在对角线交点及正方形的两个顶点上各布置一对超声波传感器，且两个顶点与对角线交点共线；

所述主控单元包括主控芯片、复位电路、时钟电路和电源电路，电源电路分别与主控芯片、复位电路及时钟电路相连，复位电路与主控芯片相连，时钟电路与主控芯片相连，主控单元与超声波传感器阵列通信连接，主控单元用于控制超声波信号的发射和接收，同时对接收的阵列数据进行处理；主控单元与温湿度补偿单元通信连接，主控单元用于接收温湿度补偿单元向其发送的温度检测数据及湿度检测数据，并通过温度检测数据及湿度检测数据来校正待测风所处环境中超声波信号的传播速度；主控单元与报警单元相连，若超声波发射器和/或超声波接收器发生故障，则主控单元用于控制报警单元发出第一报警信号，若温度检测模块和/或湿度检测模块发生故障，则主控单元用于控制报警单元发出第二报警信号；主控单元和显示单元相连；

所述温湿度补偿单元用于检测超声波传播介质中的温度和湿度，其由温度检测模块和湿度检测模块组成，温度检测模块内部包括温度传感器，湿度检测模块内部包括湿度传感器；温度检测模块和湿度检测模块将检测的实时温度和湿度送入主控单元，以便主控单元根据温度检测数据及湿度检测数据来校正超声波传播速度；