[实用新型]超声波风速仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及风速及风向测量技术领域，特别涉及一种超声波风速仪。

背景技术

目前现有的风速仪主要包括机械式风速仪和热敏式风速仪。其中，机械式风速仪主要是通过风力带动叶轮转动获得基本测量信息，将叶轮转动的角速度或叶轮的转数转化为电信号，并以此测算出风速。但这种风速仪对测量环境要求比较高，而且由于未解决仪器密封问题，因此在北方沙尘暴天气中无法正常工作，在低温环境下还会因结冰而将运动部件卡死；同时，机械式风速仪由于存在较多运动部件，导致了运动部件磨损快和使用寿命短等缺点；此外，由于受机械结构及测量原理的限制，机械式风速仪的灵敏度较低。另一种热敏式风速仪，主要原理是将物体加热至一定的温度，然后置于气流中，通过测量被加热的物体的热量损失来计算风速。但是热敏式风速仪是将温度作为基本测量参数，因此容易受环境温度变化影响，只适用于测较量低风速。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通过超声波进行风速和风向测量的仪器。该仪器通过相对固定的两对超声波发射/接收探头测量沿空气传播的正反两个不同方向发射的超声波到达接收端的时间差，运用时差法计算出空气流动速度，解决了只能由动作部件获得测量信息的技术问题，同时也解决了现有技术测量精度底、使用寿命短以及受环境影响大等多个技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种超声波风速仪，包括：底座、控制电路板、四个测量臂和四个超声波发射/接收探头；所述四个测量臂分别与所述底座相连，并且依次相邻成90度夹角；所述四个超声波发射/接收探头分别安装在所述四个测量臂远离所述底座的一端；在所述四个超声波发射/接收探头中，相对成180度角的两对超声波发射/接收探头在同一水平面，并且与所述底座间的垂直距离相等。

本实用新型提供的超声波风速仪的控制电路板上安装有：中央处理单元，用于进行数据处理，并发出各种控制指令；电源电路，用于从外部输入电源并进行电压变换，为系统提供所需各种电源电压；方波产生电路，用于产生方波脉冲；超声波收发电路，与所述方波产生电路相连接，用于接收和发射超声波；时间测量电路，与所述方波产生电路和所述超声波收发电路相连接，用于测量超声波在空气中的传播时间；数字通信电路，与所述中央处理单元相连接，用于接收外部指令，并与所述中央处理单元间进行数据传输；模拟通讯电路，与所述中央处理单元相连接，用于将测量的风速和风向转变成电流输出；模拟开关电路，与所述数字通信电路及所述模拟通讯电路相连接，用于选择不同的数据输出方式。

本实用新型提供的超声波风速仪还包括：安装在每个测量臂内的加热器，用于对所述超声波发射/接收探头进行加热；相应的，在所述控制电路板上还安装有温度测量电路，用于测量环境温度，并将测量结果传入所述中央处理单元；相应的，在所述控制电路板上还安装有加热电路，在所述中央处理单元的控制下控制所述加热器工作；所述加热电路与所述加热器通过导线相连接。

本实用新型提供的超声波风速仪的控制电路板可安装于所述底座内。

本实用新型提供的超声波风速仪的底座可为圆柱体或立方体。

本实用新型提供的的超声波风速仪的测量臂可为不锈钢管弯折成型。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：利用超声波技术进行风速和风向的测量，由于没有动作部件，因此不受环境影响，能够适用于恶劣气候条件下风速的测量，真正实现全天候可靠工作，并且在使用中不需要特别维护，节约了仪器的维护费用，延长了仪器的使用寿命，同时也保证了测量结果准确、提高了测量精度。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的超声波风速仪结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的控制电路板内部电气原理框图；

图3是本实用新型实施例1提供的中央处理单元单片机电路原理图；

图4是本实用新型实施例1提供的400KHz方波产生电路和时间测量电路原理图；

图5是本实用新型实施例1提供的超声波发射和接收电路原理图；

图6是本实用新型实施例1提供的超声波发射和接收电路工作波形图；

图7是本实用新型实施例1提供的模拟输入电路原理图；

图8是本实用新型实施例1提供的4-20mA模拟输出电路原理图；

图9是本实用新型实施例1提供的一次时间测量的流程图；

图10是本实用新型实施例1提供的加热电路原理图。

具体实施方式