[发明专利]一种超声波风速风向测量装置及方法

说明书

本发明提供一种超声波风速风向测量装置及方法，该装置包括四个超声波探头、连接到超声波探头的多路模拟开关以及控制多路模拟开关的微控制器，多路模拟开关连接程序控制增益放大器，程序控制增益放大器连接带通滤波器，带通滤波器的输出连接到检波二极管，检波二极管输出连接到阈值比较器，阈值比较器的输出连接到可编程逻辑控制器，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。本发明的测量装置具有测量精度高、测量范围宽、抗扰动能力好的特点。

技术领域

本发明涉及超声波测量领域，特别涉及一种超声波风速风向测量装置及方法。

背景技术

超声波风速仪因无运动结构，越来越多的替代了机械式的风速仪。时差法因算法简单，在超声波风速仪测量风速风向中的使用最为广泛。

普通时差法的测量只对超声波接收的一簇信号的前沿进行阈值比较，获取该点时刻，进行运算。然而现实情况下，因超声波探头的发射角度的限制，接收点波形幅值会出现较大变动，尤其在大风速下，甚至因幅值衰减，无法获取到波形。因此导致测量精度低，测量范围窄，抗扰动能力差。

鉴于此，本发明提供一种超声波风速风向测量装置及方法，以克服上述部分问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波风速风向测量装置及方法，它解决了上述现有技术存在的部分问题。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：该超声波风速风向测量装置，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。

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。

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。

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。

一种超声波风速风向测量方法，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；