一种超声波二维风向风速传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种超声波二维风向风速传感器，其包括：一个传感器主体；第一对超声探头，包括第一超声探头和第二超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在测量平面上的第一测量方向正对设置；以及第二对超声探头，包括第三超声探头和第四超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在所述测量平面上的第二测量方向正对设置，第二测量方向与第一测量方向具有预定夹角α。本发明专利技术的超声波二维风向风速传感器，其可以防止涡流对风速测量准确性的影响，具有更高的抗干扰性，有助于提高测量结果的真实性和准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种非接触式超声波测量平面风向风速装置，尤其是能够同时以高精度、宽量程测量瞬时平面内的风向和风速值的超声波二维风向风速传感器。
技术介绍
风向风速测量是气象、农业和工业领域需要测量的重要参数之一，目前，测量风向风速的方式主要是机械式测量，其存在需要启动风速大、机械磨损大、瞬时风速具有惯性误差等弊端，导致其对低于启动风速的较小风速无法测量、测量数据也难以体现出风速的变化。上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种超声波二维风向风速传感器，其可以防止涡流对风速测量准确性的影响，具有更高的抗干扰性，并具有更高的分辨率和更低的误差率。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：一种超声波二维风向风速传感器，其包括：一个传感器主体；探头连接杆，第一端连接于传感器主体，另一端为自由端，延伸至传感器主体的第一侧；第一对超声探头，包括第一超声探头和第二超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在测量平面上的第一测量方向正对设置；以及第二对超声探头，包括第三超声探头和第四超声探头，二者设于探
头连接杆的自由端，并在所述测量平面上的第二测量方向正对设置，第二测量方向与第一测量方向具有预定夹角α。通过探头连接杆的设置，使得超声探头处于一个敞开的空间中，其通风性更好，尤其是其减少了对风的干扰，得以更好地保留风的自然特性，可以防止涡流对风速测量准确性的影响，具有更高的抗干扰性，有助于提高测量结果的真实性和准确性。实施时，可以先利用第一超声探头接收第二超声探头发射的超声波，再利用第二超声探头接收第一超声探头发射的超声波，并利用超声时差法计算第一测量方向的参数；第三超声探头接收第四超声探头发射的超声波，第四超声探头接收第三超声探头发射的超声波，并利用超声时差法计算第二测量方向的参数；结合第一测量方向、第二测量方向的参数得到瞬时风向风速。本专利技术的一个实施例中，探头连接杆为四个，分别连接于传感器主体。本专利技术的一个实施例中，探头连接杆与传感器主体的连接处设置有防水胶圈。本专利技术的一个实施例中，探头连接杆整体呈C型。较佳的，探头连接杆具有依次连接的第一延伸段、第一弯折段、第二延伸段、第二弯折段、第三延伸段、第三弯折段和第四延伸段，第一延伸段连接于传感器主体，超声探头连接于第四延伸段。其中，第一弯折段、第二弯折段、第三弯折段的弯折角度之和为180°，较佳的，三个弯折段的弯折角度相同，均为60°。本专利技术的一个实施例中，预定夹角α的角度为90°，借以简化计算，提高处理速度，提高监测频率。本专利技术的一个实施例中，传感器主体设有：脉冲发射模块，与超声探头连接；回波接收模块，与超声探头连接；核心处理单元，与脉冲发射模块和回波接收模块连接；稳压模块，连接于输入供电端与核心处理单元和脉冲发射模块之间，其中设有π型滤波；以及数字数据输出模块，与核心处理单元连接提供输出信号。本专利技术的一个实施例中，传感器主体对超声探头的脉冲驱动结构包括：核心处理器，用以同步产生互补型PWM输出脉冲；多路切换开关，连接核心处理器，提供第一路的输出互补脉冲方波A和第二路的输出互补脉冲方波B，用以通过多个固定频率的方波脉冲信号来分时驱动四路超声波探头；第一开关MOS管Q3，设于第一路；第二开关MOS管Q6，设于第二路；H桥电路，由第一功率MOS管Q1、第二功率MOS管Q2、第三功率MOS管Q4、第四功率MOS管Q5构成；以及脉冲升压变压器T1，超声波脉冲驱动脉冲串经H桥电路驱动电流至初级线圈端，在初级线圈端产生正向电流，耦合的次级线圈产生反向高压脉冲，通过极间的激励驱动超声波传感器探头。较佳的，脉冲驱动结构还包括：第一功率MOS管Q1、第二功率MOS管Q2、第三功率MOS管Q4、第四功率MOS管Q5内嵌续流保护二极管；下拉保护电阻R5，连接第一开关MOS管Q3，以强制拉低驱动电平来关闭H桥电路，防止脉冲升压变压器T1常态导通而烧坏；下拉保护电阻R8，连接第二开关MOS管Q6；谐振电容C4，与脉冲升压变压器T1的次级线圈、超声波探头T2构成并联LC谐振回路，脉冲升压变压器T1的次级线圈作为电感，抵制其容抗变为纯阻抗负载，使超声波探头T2的功率达到最大；限流电阻R4，设于多路切换开关与第一开关MOS管Q3之间；和/
或限流电阻R7，设于多路切换开关与第二开关MOS管Q6之间。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术的超声波二维风向风速传感器，由于其是采用的超声波测量，相较现有技术而言，其可以计算的启动风速最小为0m/s，即零启动风速，能够更宽范围、高精度、低误差地测量平面风向风速；通过探头连接杆的设置，使得超声探头处于一个敞开的空间中，其通风性更好，尤其是其减少了对风的干扰，得以更好地保留风的自然特性，有助于提高测量结果的真实性和准确性。其电路结构简单、运行稳定、效率高、监测频率宽。附图说明图1为本专利技术一个实施例的整体结构示意图；图2为本专利技术一个实施例的电路系统原理图；图3为本专利技术一个实施例中的脉冲驱动结构示意图；图4为本专利技术一个实施例的操作流程示意图；图5为本专利技术一个实施例的分时测量工作时序示意图；图6为本专利技术一个实施例的分时测量时间轴示意图。【附图标记说明】1：西向超声探头；2：东向超声探头；3：北向超声探头；4：南向超声探头；5：防水胶圈；6：顶盖；7：标识；8：探头连接杆；9：底座；10：固定支架。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。本专利技术一个实施例的超声波二维风向风速传感器，其包括：一个传感器主体；探头连接杆，第一端连接于传感器主体，另一端为自由端，延伸至传感器主体的第一侧；第一对超声探头，包括第一超声探头和第二超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在测量平面上的第一测量方向正对设置；以及第二对超声探头，包括第三超声探头和第四超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在所述测量平面上的第二测量方向正对设置，第二测量方向与第一测量方向具有预定夹角α。通过探头连接杆的设置，使得超声探头处于一个敞开的空间中，其通风性更好，尤其是其减少了对风的干扰，得以更好地保留风的自然特性，可以防止涡流对风速测量准确性的影响，具有更高的抗干扰性，有助于提高测量结果的真实性和准确性。如图1所示，第一对超声探头，包括西向超声探头和东向超声探头，二者在测量平面上的东西方向正对设置；第二对超声探头，包括北向超声探头和南向超声探头，二者在所述测量平面上的南北方向正对设置。通过将两组超声探头设于东西、南北方向，即两两正向对射，且两组探头组成的交叉线在所属平面内正交垂直，以便数据能被准确测量，且可以简化计算，提高处理速度，提高监测频率。其中，探头连接杆可以是一个或多个，例如可以是具有四个自由端的一个探头连接杆，也可以是多个探头连接杆共设置有四个自由端，例如，设置四个探头连接杆，每个超声探头通过一个探头连接杆连接于传感器主体。借此，可以简化结构，便于生产，而且，更有利于降低对风
的干扰，得以提高测量结果的准确性。其中，探头连接杆整体呈C型，借此可以使超声探头设于传感器主体的上方，使得整体结构紧凑，占用空间小，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波二维风向风速传感器，其特征在于，其包括：一个传感器主体；探头连接杆，第一端连接于传感器主体，另一端为自由端，延伸至传感器主体的第一侧；第一对超声探头，包括第一超声探头和第二超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在测量平面上的第一测量方向正对设置；以及第二对超声探头，包括第三超声探头和第四超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在所述测量平面上的第二测量方向正对设置，第二测量方向与第一测量方向具有预定夹角α。

【技术特征摘要】
1.一种超声波二维风向风速传感器，其特征在于，其包括：一个传感器主体；探头连接杆，第一端连接于传感器主体，另一端为自由端，延伸至传感器主体的第一侧；第一对超声探头，包括第一超声探头和第二超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在测量平面上的第一测量方向正对设置；以及第二对超声探头，包括第三超声探头和第四超声探头，二者设于探头连接杆的自由端，并在所述测量平面上的第二测量方向正对设置，第二测量方向与第一测量方向具有预定夹角α。2.如权利要求1所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在于：第一超声探头接收第二超声探头发射的超声波，第二超声探头接收第一超声探头发射的超声波，并利用超声时差法计算第一测量方向的参数；第三超声探头接收第四超声探头发射的超声波，第四超声探头接收第三超声探头发射的超声波，并利用超声时差法计算第二测量方向的参数；结合第一测量方向、第二测量方向的参数得到瞬时风向风速。3.如权利要求1所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在于：探头连接杆为四个，分别连接于传感器主体。4.如权利要求1所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在于：探头连接杆与传感器主体的连接处设置有防水胶圈。5.如权利要求1所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在于：探头连接杆整体呈C型。6.如权利要求5所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在于：探头连接杆具有依次连接的第一延伸段、第一弯折段、第二延伸段、第二弯折段、第三延伸段、第三弯折段和第四延伸段，第一延伸段连接于传感器主体，超声探头连接于第四延伸段。第一弯折段、第二弯折段、第三弯折段的弯折角度之和为180°，较佳的，三个弯折段的弯折角度相同，均为60°。7.如权利要求1所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在于：预定夹角α的角度为90°。8.如权利要求1所述的超声波二维风向风速传感器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金凯，
申请(专利权)人：北京雨根科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11