[发明专利]一种基于超声波换能器的空间风速风向监测方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波换能器的空间风速风向监测方法，首先确定超声波的传输方向以及传输方式，得出空间模型及坐标并对参数进行定义；然后获得模型x方向、y方向、以及连接端点a和端点g方向上的风速；最终根据所获得的平面风速参数和所获得的空间上仰角参数，得到最终真实的风速。本发明能够实现对环境风速进行三维空间监测，能够获得风速在X、Y、Z轴的分量，为电力系统在线监测技术提供方法；为导线的动态增容提供有效措施；为合理、有效的利用风速提供可靠依据。

技术领域

本发明属于输电线路在线监测与故障诊断技术领域，具体涉及一种基于超声波换能器的空间风速风向监测方法。

背景技术

风是户外环境无时不在、无时不有的自然现象，在电力行业合理的运用风速、风向的影响可产生一定的效益，首先，随着工业化进程的推进和社会的发展，人们对电力的需求越来越大，造成了一些线路过载运行，导致导线温度过高使得对地安全距离减小，导线产生退火和高温应变，降低导线接头部位的性能，而合理的运用风速对导线的影响，可以给输电导线的动态增容提供更完善的风速数据，能够在一定程度上减缓这个问题，从而降低再次搭建线路的成本，并保证电力系统更加安全稳定的运行；其次，在封闭环境的信号传输方面，合理的引导和利用风速、风向可有效减少信号传输的时间，为电力系统故障处理争取更多的时间；最后，对于一些室内开关柜或者室内变电所会通过控制风向、风速，使室内空气流通。近年来有许多学者致力于风速监测装置的开发，获得了不少成果，但现有的监测装置的风速测量方法要么过于局限，要么使用风速传感器只进行二维平面风速监测，并不能真实的描述风速，一些学者通过卡门漩涡理论公式中提供的振动频率与风速的关系来计算风速，但是这种方法要求垂直于圆柱体轴线方向的风作用在该圆柱体上且有比较稳定的振动频率，过于局限，也有一些学者提出用超声波矫正风速，但该方法测得的数据为二维平面风速不能准确描述风速。因此，本发明设计了一种基于超声波换能器的空间风速风向仪，该装置可以通过建立三维模型进行三维空间风速的监测，从多个角度对风速、风向进行监测，更清晰、准确的传达风速、风向的监测信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于超声波换能器的空间风速风向监测方法，能够实现对环境风速进行三维空间监测，能够获得风速在X、Y、Z轴的分量，为电力系统在线监测技术提供方法；为导线的动态增容提供有效措施；为合理、有效的利用风速提供可靠依据。

本发明一种基于超声波换能器的空间风速风向监测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、确定超声波的传输方向以及传输方式，保证是圆形探头发出扇形的超声波，得出空间模型及坐标；

步骤2、对所需要用到的参数进行定义；

步骤3、步骤1给出的空间模型、坐标以及步骤2定义参数对高分子聚合物材料探头获得x方向、y方向、以及连接端点a和端点g方向上的风速；

步骤4、根据步骤3计算所得的x方向、y方向的风速参数进行平面上的合成，得平面风速；以及获得平面风向角；

步骤5、根据探头A和探头G之间的距离l_ag、探头C和探头G之间的距离l_cg，获得端点a和端点g与端点a和端点c之间的夹角，结合步骤3得到的x方向、y方向以及连接端点a和端点g方向上的风速，进而得到z方向上的风速；

步骤6、根据步骤3所获得的x方向、y方向、连接端点a和端点g方向上的风速参数以及步骤5所获得的z方向的风速参数，得到空间上的仰角；

步骤7、根据步骤4所获得的平面风速参数和步骤6所获得的空间上仰角参数，得到最终真实的风速。

本发明的特点还在于，

步骤1具体为：