[发明专利]一种高精度抗干扰超声波风速风向测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及风速风向测量领域，具体涉及一种三维超声波风速风向仪及超声波三维测风方法。

背景技术

目前现有的风速风向仪主要包括机械式风速风向仪、热敏式风速风向仪以及超声波风速风向仪。其中，机械式风速风向仪存在活动的机械部件，对测量环境要求比较高，在沙尘或者低温结冰环境中无法正常工作，并且因活动部件磨损导致使用寿命短。此外，受机械结构及测量原理的限制，机械式风速风向仪的测量精度较低。

热敏式风速风向仪的基本原理将置于气流中的物体加热到一定温度，通过计算物体的热量损失来计算风速。这种热敏式风速风向仪受环境温度变化影响较大，只适用于温度变化慢的低风速测量，而且实际应用不多。

超声波测量风速风向没有活动的机械部件，具有适用于恶劣测量环境及测量结果准确等优点。但现有的超声波测风设备大都只针对平面的二维风速风向的测量，没有对三维的风速风向进行测量。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明旨在提供一种三维的风速风向进行精确测量的方法。

本发明的目的通过如下手段来实现。

一种高精度抗干扰超声波风速风向测量方法，采用八只具有超声波收发功能的超声波探头，高频与低频各四个，两两相对地设置构成二副低频超声波探头对TD12和TD34及二副高频超声波探头对TD56和TD78；分别获取各探头对中二探头接收到来自对方发送的超声波的传播时间；依据测量的传播时间，以及每个超声波探头对中面面相对的两个探头的间距，获求自然风的三维风速风向。

现有技术相比，本发明利用超声波技术进行风速风向的测量，没有活动的机械部件，受环境的影响很小，可以适用于沙尘及低温结冰环境下的全天候的稳定可靠的风速风向的测量。此外，选用两种频率的超声波进行风速风向的测量，还可以提高测风设备的抗干扰能力，当在低频超声波波段存在干扰时，可以只选用高频超声波探头进行风速风向的测量；同时，当在高频超声波波段存在干扰时，可以只选用低频超声波探头进行风速风向的测量。与现有超声波测风方法相比，本发明能同时保证各种风速条件下的风速风向的测量精度，并提高测风设备的抗干扰能力。此外，本发明还公布了使用气压对所测风速风向进行修正的一种方法，使得所测风速风向可以转换为标准大气压强下的标准风速风向，使得测风设备可以更有效的应用于风电行业等同样关心风速风向与气压的领域。

附图说明如下：

图1是本发明提供的原理框图；

图2是本发明提供的超声波探头的第一种安装示意图；

图3是本发明提供的超声波探头的第二种安装示意图；

图4是本发明提供的新型带气压修正的高精度超声波测量风速风向的方法的流程图；

图5是本发明提供的一次测量超声波在两对相对的探头之间传播的时间的流程图；

图6是本发明提供的一次测量大气气压的流程图；

图7是本发明提供的低频超声波探头发射与接收超声波的波形示意图；

图8是本发明提供的高频超声波探头发射与接收超声波的波形示意图；

图9是本发明提供的利用气压传感器进行气压测量的波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。但是应该强调的是，下面的实施方式只是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及应用。

图1是本发明提供的新型带气压修正的高精度超声波测量风速风向的方法的硬件组成原理框图。图1中四个低频的超声波探头组成一个测量单元，利用低频超声波测量风速风向；四个高频的超声波探头组成另一个测量单元，利用高频超声波测量风速风向；超声波驱动及接收信号处理电路负责驱动八个超声波探头，并将八个超声波探头接收到的弱信号进行放大滤波等处理；气压传感器负责大气压强的测量；气压驱动电路与气压传感器匹配，驱动气压传感器；中央处理单元控制超声波驱动及接收信号处理电路与气压驱动电路的工作，并对采集到的信号进行处理，得到低频超声波测量的风速风向、高频超声波测量的风速风向、气压、标准大气压强下的风速风向等数据，并根据要求输出相应数据。