一種三維超聲波風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量方法，特別設(shè)及一種=維超聲波風(fēng)速風(fēng) 向檢測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，與傳統(tǒng)的機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向儀相比較，超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)有：無(wú)啟動(dòng)風(fēng) 速限制，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可適應(yīng)全天侯天氣，沒有機(jī)械磨損、不易腐蝕，使用壽命長(zhǎng)、精度 高、智能化、高可靠性，安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)及校正簡(jiǎn)便等；其不僅可W滿足軍事領(lǐng)域的氣象測(cè)風(fēng) 需求，而且在民用上也有很多的用途，例如在氣候氣象、城市環(huán)境監(jiān)測(cè)、風(fēng)力發(fā)電氣象監(jiān)測(cè)、 橋梁隧道、汽車高速公路、航海船舶和航空機(jī)場(chǎng)等方面有相當(dāng)好的應(yīng)用前景，另外也可W作 為一個(gè)小型的氣象站，應(yīng)用前景非常廣泛。
[0003] 現(xiàn)有的超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)，大多只能測(cè)量平面二維的風(fēng)速風(fēng)向，比較典型的有中國(guó) 專利"超聲波風(fēng)速儀及運(yùn)用超聲波測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向的方法（申請(qǐng)?zhí)枺?00810101288.6)"所 提出的四臂、二維超聲波風(fēng)速儀，和中國(guó)專利"反射式超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀及其測(cè)量方法（申 請(qǐng)?zhí)枺?01110175615.4)"所提出的反射式超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀；中國(guó)專利"超聲波S維測(cè)風(fēng) 方法和S維超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀（申請(qǐng)?zhí)枺?01110123546. 2)"、中國(guó)專利"一種風(fēng)電場(chǎng)S維超 聲波風(fēng)速溫度檢測(cè)系統(tǒng)及其測(cè)量方法（申請(qǐng)?zhí)枺?01310081265.4)"和中國(guó)專利"一種風(fēng)電 場(chǎng)超聲波風(fēng)速檢測(cè)方法及裝置（申請(qǐng)?zhí)枺?01310081679. 7)"采用了不同的結(jié)構(gòu)或方法W獲 取=維風(fēng)速風(fēng)向，但普遍存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題，不利于成本的控制和產(chǎn)品的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的S維超聲波測(cè)風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于成本的控 制和產(chǎn)品推廣的問(wèn)題而提供的一種=維超聲波風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)及測(cè)量方法。
[0005] 本發(fā)明提供的=維超聲波風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)系統(tǒng)包括有安裝座、數(shù)個(gè)測(cè)量臂、與測(cè)量 臂相應(yīng)數(shù)量的超聲波探頭和控制及處理電路板，其中一個(gè)測(cè)量臂固定在安裝座頂面的中屯、 部位，其余測(cè)量臂圍設(shè)在安裝座頂面的周圈，超聲波探頭設(shè)在測(cè)量臂的頂端，控制及處理電 路板設(shè)在安裝座內(nèi)，控制及處理電路板與超聲波探頭連接并控制超聲波探頭的工作。
[0006] 測(cè)量臂設(shè)有四個(gè)，圍設(shè)在安裝座頂面周圈的測(cè)量臂設(shè)有=個(gè)，安裝座頂面周圈的 相鄰測(cè)量臂之間的夾角為120°，安裝座頂面周圈的S個(gè)測(cè)量臂頂端的超聲波探頭處于同 一水平面。
[0007] 控制及處理電路板為印刷電路板，用于控制和驅(qū)動(dòng)各超聲波探頭的接收和發(fā)送， W及對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，得到風(fēng)速和風(fēng)向信息，控制及處理電路板包括；與超聲波探頭對(duì) 應(yīng)數(shù)量的收發(fā)模塊、模擬開關(guān)模塊、放大濾波模塊、信號(hào)截取模塊、包絡(luò)提取模塊、滯回比較 模塊、控制及數(shù)據(jù)處理模塊和通信接口，其中各收發(fā)模塊與對(duì)應(yīng)的超聲波探頭連接，用于驅(qū) 動(dòng)超聲波探頭發(fā)出超聲波和接收空間中的超聲波信號(hào)，并將該超聲波收發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信 號(hào)，收發(fā)模塊的控制信號(hào)由控制及數(shù)據(jù)處理模塊給出，各收發(fā)模塊的輸出端分別與模擬開 關(guān)模塊的輸入端連接，模擬開關(guān)模塊的控制信號(hào)由控制及數(shù)據(jù)處理模塊給出，模擬開關(guān)模 塊的輸出端與放大濾波模塊連接，通過(guò)控制及數(shù)據(jù)處理模塊的控制，模擬開關(guān)模塊將發(fā)射 信號(hào)和需要的接收信號(hào)傳遞給放大濾波模塊，阻止不需要的信號(hào)通過(guò)；放大濾波模塊對(duì)模 擬開關(guān)模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，放大濾波模塊的輸出端與信號(hào)截取模塊連接，信 號(hào)截取模塊截取放大濾波模塊輸出的信號(hào)軸線W上的信號(hào)，并傳遞給包絡(luò)提取模塊，包絡(luò) 提取模塊對(duì)信號(hào)截取模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)提取，并將其翻轉(zhuǎn)到軸線下方，包絡(luò)提取模 塊的輸出端與滯回比較模塊的輸入端連接，滯回比較模塊通過(guò)一個(gè)滯回比較器將包絡(luò)提取 模塊的信號(hào)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)脈沖，并傳遞給控制及數(shù)據(jù)處理模塊，控制及數(shù)據(jù)處理模塊控制系 統(tǒng)的運(yùn)行、對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到風(fēng)速風(fēng)向和通過(guò)串行通信接口與處部?jī)x器儀表進(jìn)行通 信，其核屯、是一塊微處理器；通信接口與控制及數(shù)據(jù)處理模塊中微處理器的串行通信口連 接，通信接口為RS-232或RS-485或RS-422串行通信接口。
[000引本發(fā)明提供的=維超聲波風(fēng)速風(fēng)向的測(cè)量方法，其具體方法如下所述：
[0009] 第一步、系統(tǒng)上電后，控制及數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)各模塊進(jìn)行初始化，然后依次驅(qū)動(dòng)安 裝座頂面周圈的超聲波探頭發(fā)出十個(gè)脈沖的超聲波信號(hào)，此時(shí)通過(guò)模擬開關(guān)模塊選通安裝 座頂面中屯、部位的超聲波探頭作為接收探頭，該超聲波探頭將接收到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)化為 電信號(hào)，該電信號(hào)和發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬開關(guān)模塊、放大濾波模塊、信號(hào)截取模塊、包絡(luò)提取 模塊、滯回比較模塊后進(jìn)入控制及數(shù)據(jù)處理模塊的捕獲引腳，通過(guò)處理器的捕獲功能分別 測(cè)得滯回比較模塊輸出的兩個(gè)脈沖下降沿之間的時(shí)間差得到超聲波從安裝座頂面周圈的 超聲波探頭到安裝座頂面中屯、部位的超聲波探頭的傳遞時(shí)間tl、t2、t3 ;然后S次驅(qū)動(dòng)安 裝座頂面中屯、部位的超聲波探頭發(fā)出十個(gè)脈沖的超聲波信號(hào)，分別選通安裝座頂面周圈的 超聲波探頭作為接收探頭，得到超聲波從安裝座頂面周圈的超聲波探頭到安裝座頂面中屯、 部位的超聲波探頭的傳遞時(shí)間t4、t5、t6 ;
[0010] 第二步、根據(jù)傳遞時(shí)間tl和t4采用間接時(shí)差法可得到風(fēng)速沿安裝座頂面周圈的 第一個(gè)超聲波探頭與安裝座頂面中屯、部位的超聲波探頭方向上的風(fēng)速分量VI，間接時(shí)差法 的原理如下：
[0011] 設(shè)聲速為C，風(fēng)速分量VI指向安裝座頂面周圈的第一個(gè)超聲波探頭，則超聲波從 安裝座頂面中屯、部位的超聲波探頭傳播到安裝座頂面周圈的任一超聲波探頭為順風(fēng)，此 時(shí)，超聲波的傳播速度為：
[0012] Vs24S21= C+V1
[0013] 設(shè)上述兩個(gè)超聲波探頭間的距離為d，則超聲波的傳播時(shí)間為：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
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