[发明专利]一种超声波风速风向测量装置及方法

权利要求书

1.一种超声波风速风向测量装置，其特征在于，其包括若干超声波探头、连接到所述超声波探头的多路模拟开关以及控制所述多路模拟开关的微控制器，所述多路模拟开关输出端连接程序控制增益放大器，所述程序控制增益放大器的输出连接到带通滤波器，所述带通滤波器的输出连接到检波二极管，所述检波二极管输出连接到阈值比较器，所述阈值比较器的输出连接到可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器的驱动信号传递至升压变压器，所述升压变压器输出到所述超声波探头，所述可编程逻辑控制器与所述微控制器连接并互相进行数据通信，所述程序增益控制放大器受所述微控制器的控制。

2.如权利要求1所述的超声波风速风向测量装置，其特征在于，若干所述超声波探头依次为安装于同一水平面的第一超声波发射/接收探头、第二超声波发射/接收探头、第三超声波发射/接收探头和第四超声波发射/接收探头，所述第一超声波发射/接收探头与所述第三超声波发射/接收探头相对分布并进行发射接收，所述第二超声波发射/接收探头与所述第四超声波发射/接收探头相对分布并进行发射接收。

3.如权利要求2所述的超声波风速风向测量装置，其特征在于，所述第一超声波发射/接收探头与第三超声波发射/接收探头之间的垂直距离相等于第二超声波发射/接收探头与第四超声波发射/接收探头的垂直距离。

4.如权利要求3所述的超声波风速风向测量装置，其特征在于，每进行一次风速、风向值检测，四个所述超声波探头将依次作为发射探头，完成四次飞渡时间检测。

5.一种超声波风速风向测量方法，其包括权利要求1至4中任意一项的风速风向装置，其特征在于,包括：

微控制器启动一次飞度时间检测，通知可编程逻辑控制器发送脉冲信号至升压变压器；

转换后的高压提供至第一超声波发射探头并产生发射电信号，发射的超声波能量经空气传播后，第三超声波接收探头接收到振动能量，经换能作用后产生一簇接收电信号；

微控制器控制多路模拟开关选通后，程序控增益放大器按照微控制器设定的放大倍数将输入的发射与接收两簇电信号进行放大，放大后的信号送入带通滤波器滤波，滤波后的信号由检波二极管去除负半波，并经阈值比较器输出两簇方波信号；

可编程逻辑控制器采集两簇方波信号在阈值比较器上的翻转信号，微控制器根据可编程逻辑控制器传递的翻转次数，对发射信号与接收信号进行在线评估与修正，保证发射与接收两簇波形信号都在最佳可采集范围内获取信号特征；

微控制器根据两簇方波信号的峰值点时刻计算出飞渡时间，四个超声波探头分别获取四次飞渡时间，经由微控制器采用时差法计算风速与风向值。

6.如权利要求5所述的超声波风速风向测量方法，其特征在于，所述微控制器选择四个所述超声波探头中的一个作为发射探头，而与发射探头相对的超声波探头作为接收探头。

7.如权利要求5所述的超声波风速风向测量方法，其特征在于，所述微控制器根据可编程逻辑控制器传递的翻转次数，对发射信号与接收信号进行在线评估与修正的过程：

发射信号与接收信号的翻转次数一致，则采集两簇方波信号的峰值点时刻，计算一次飞渡时间；

发射信号与接收信号的翻转次数差别大，则由微控制器对发射信号与接收信号改变增益，达到两簇信号的翻转次数一致。

8.如权利要求7所述的超声波风速风向测量方法，其特征在于，所述发射信号翻转次数大，所述微控制器减小程序控制增益放大器的放大倍数，所述接收信号翻转次数少，所述微控制器增大程序控制增益放大器的放大倍数。

9.如权利要求8所述的超声波风速风向测量方法，其特征在于，所述阈值比较器的翻转信号包含发射信号的翻转开始时刻、结束时刻、翻转次数以及接收信号的开始时刻、结束时刻与翻转次数，该数据被暂存，控制在一次飞度检测过程完成时读取。