[发明专利]带温度修正的三维超声波测风仪及其测量方法

权利要求书

1.一种三维超声波测风仪，包括多个具有超声波收发功能的超声波探头，其特征在于：其中一半的探头位于一个水平面内，另一半的探头位于另一个水平面内，且两个水平面与同一个垂直面垂直相交；一个水平面内的每一个探头，与另一个水平面内相应的探头组成一对超声波探头，相互收发，安装时每一对探头的发射面相互平行，且其中心连线垂直于两个发射面。

2.根据权利要求1所述的测风仪，其特征在于，所述的测风仪包括6个探头，按照以下方式进行布设：其中探头1、探头2、探头3位于一个水平面内，呈等边三角形；探头4、探头5、探头6位于另一个水平面内，呈等边三角形；且两个水平面与同一个垂直面垂直相交，其中探头1、探头3、探头4、探头5位于同一个垂直面内，呈长方形，探头1、探头2、探头5、探头6位于同一个垂直面内，呈长方形，探头2、探头3、探头4、探头6位于同一个垂直面内，呈长方形。

3.根据权利要求2所述的测风仪，其特征在于，其中探头1、探头4为一对，探头2、探头5为一对，探头3、探头6为一对。

4.根据权利要求2所述的测风仪，其特征在于，所述测风仪的电路模块包括：超声波模块、收发切换电路、发射驱动电路、回波放大电路、主控制器以及温度传感器检测电路；所述超声波模块中由所述6个探头构成阵列，按照权利要求2所述的方式进行布设；收发切换电路控制信号的收/发状态；发射驱动电路对产生的六路发射信号分别进行驱动放大；回波放大电路对接收到的回波信号进行放大；主控制器进行运算和控制；温度传感器检测电路检测环境温度，实现对声速的修正，所述测风仪使用修正后的声速进行风速风向的计算。

5.根据权利要求4所述的测风仪，其特征在于，所述回波放大电路中包括：六路前置放大电路、N选1选择电路、带通滤波器、门限比较器；其中六路前置放大电路首先对接收到的回波信号进行放大，送入N选1选择电路，然后进入带通滤波器进行处理，接着进入门限比较器，门限比较器输出送入主控制器求取检测时间值。

6.一种如权利要求2所述的测风仪的测量方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤一：探头1发送超声波信号，探头4接收信号，测量超声波探头1到探头4的收发时间TR14；

步骤二：探头2发送超声波信号，探头5接收信号，测量超声波探头2到探头5的收发时间TR25；

步骤三：探头3发送超声波信号，探头6接收信号，测量超声波探头3到探头6的收发时间TR36；

步骤四：探头4发送超声波信号，探头1接收信号，测量超声波探头4到探头1的收发时间TR41；

步骤五：探头5发送超声波信号，探头2接收信号，测量超声波探头5到探头2的收发时间TR52；

步骤六：探头6发送超声波信号，探头3接收信号，测量超声波探头6到探头3的收发时间TR63；

步骤七：通过温度传感器测量温度，根据温度对声速c进行修正；

步骤八：根据修正后的声速c值和TR14、TR25、TR36、TR41、TR52、TR63计算径向风速；

步骤九：对径向风速进行矢量合成，求得风的三维分量，输出测量结果。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤七中通过温度传感器测量温度，根据温度对声速c进行修正包括：系统启动以后，开始温度的测量，等待一小段时间后读取温度信息，计算温度值t，再由温度与声速的关系式c＝331+0.6t，计算温度修正后的声速c。