一种手持式超声波风速风向仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种手持式超声波风速风向仪，包括手柄、超声波换能器探头和电池，所述电池位于手柄内部，超声波换能器探头设置于手柄的顶部，且设有四个，四个超声波换能器探头两两相对设置，且在同一平面内正交分布，该风速风向仪便于携带且测量精度高，具有很好的应用前景。

A handheld ultrasonic wind speed wind instrument

The utility model relates to a handheld ultrasonic wind speed wind direction instrument, including a handle, an ultrasonic transducer probe and a battery. The battery is located inside the handle, and the ultrasonic transducer probe is set at the top of the handle. There are four and four ultrasonic transducer probes set in the 22 phase, and are orthogonal in the same plane. The wind speed and wind direction meter is easy to carry and has high measuring accuracy and has good application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种手持式超声波风速风向仪
本技术涉及一种风速风向仪，尤其涉及一种手持式超声波风速风向仪，属于气象监测

技术介绍
风速风向的测量一直是大气气象要素监测的重点。在我国传统气象站监测站中，对于风速风向的测量大多采用机械式风速风向仪即风杯式风速仪与风向标式风向仪，通过风杯的转动速度与风向标的摆动位置来计算大气中的风速与风向，但是传统的机械式风速风向仪，在测量精确度方面存在误差较大的缺点。机械式仪器在室外使用过程中容易受到外界条件如雨雪、冰冻等的影响，且随着使用时间的增长，机械式仪器容易产生磨损，在设备维护方面成本高，影响测量精度。传统的风杯式风速仪与风向标式风向仪由于其特殊的机械结构在携带时非常不方便。
技术实现思路
本技术为了解决现有技术中存在的问题，提供一种便携的测量精度高的超声波风速风向仪。为了达到上述目的，本技术提出的技术方案为：一种手持式超声波风速风向仪，包括手柄、超声波换能器探头和电池，所述电池位于手柄内部，超声波换能器探头设置于手柄的顶部，且设有四个，四个超声波换能器探头两两相对设置，且在同一平面内正交分布。对上技术方案的进一步设计为：所述手柄顶部还设有指南针。该风速风向仪还包括控制单元，所述控制单元位于手柄内部，且分别与电池和超声波换能器探头电连接。相对设置的一对超声波换能器探头之间的间距为10cm。所述手柄上设有液晶显示屏和按键开关，液晶显示屏和按键开关分别与控制单元连接。所述控制单元设有信号发射端与信号接收端，信号发射端与信号接收端分别与超声波换能器探头连接；所述信号发射端设有升压电路，所述信号接收端设有放大器和带通滤波器。所述信号发射端与信号接收端分别设有双四选一的多路模拟选择开关。本技术的有益效果为：1、本技术方案的装置体积小，可手持式的结构设计便于使用人员随身携带，在野外考察或地下矿井中能有广泛的应用前景。2、测量风速与风向风采用超声波换能器，相对于传统的机械式测风仪器，性能更加稳定可靠，抗外界干扰能力强，更能适用于比较极端的天气中。3、本实施例通过对对超声波收发电路做精密的放大、滤波、整形等处理，使电路检测信号更加清晰，抗干扰能力增强，使得测量精度更加准确。附图说明图1为本技术实施例的结构示意图；图2为本技术实施例的原理图一；图3为本技术实施例的原理图二。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例对本技术进行详细说明。实施例如图1所示，本实施例的一种手持式超声波风速风向仪，包括手柄1、超声波换能器探头2、、控制单元和电池，为了节省空间本实施例将电池和控制单元均位于手柄1内部，超声波换能器探头2设置于手柄1的顶部，且设有四个，四个超声波换能器探头2两两相对设置，且在同一平面内正交分布，相对设置的一对超声波换能器探头2之间的间距为10cm。本实施例还在手柄1顶部还设置了指南针3，便于测量风向时作为参照。手柄1上还设有液晶显示屏和按键开关。本实施例的风速风向仪还包括控制单元，控制单元位于手柄内部，且分别与电池和超声波换能器探头2电连接。本实施例的手持式超声波风速风向仪，在风速风向的测量上使用二维平面内相互垂直分布的四个超声波换能器探头2，结合超声波时差算法计算出实时风速与风向，在外形设计上，将整个系统小型化，采用手柄加传感器探头的形式，在手柄1上安装一块小型的液晶显示屏5用于显示当前风速风向，使用者在接通电源后便可以查看当前周围环境的风速风向，由于仪器结构的简单化，便于使用人员随身携带，在野外或者地下矿区等领域可以作为应急设备使用，同时也可以作为大型气象站的辅助观测设备。本实施例所采用的时差法测量风速风向，如图2和图3所示，A、B、C、D分别四个垂直分布的超声波换能器探头2，假设在CD方向上的风速为Vx,CD间距为L，无风时超声波在空气中的传播速度为V0，测得超声波从C发射到D接收之间的时间为tcd，从D发射到C接收之间的时间为tdc,那么有：L=(V0+Vx)*tcdL=(V0-Vx)*tdc根据上式可得：同理可得：最后可求得风速为：V风=风向角可由公式：θ=arctan求得。本实施例的风速风向仪在使用时，先将图2中A超声波探头通过指南针作参考，对准正北方，打开按键式开关4，系统便开始工作。由于系统运行时需要产生与超声波换能器探头2中心频率相匹配的信号驱动，才能正常工作，所以本实施例中通过控制单元中的主控芯片产生频率200KHz、占空比50%的脉冲信号，经过升压电路升压后作为探测发射脉冲信号。为了避免相邻探头之间产生的脉冲信号相互影响，在信号的发射端与接收端分别用一个双4选1的多路模拟选择开关进行协调工作，使得在某一时刻只有一路收发探头在工作，实现四路超声波信号的轮流发射与接收。信号在传播过程中由于衰减明显，能量消耗大，在接收时信号非常微弱，不易被主控芯片直接检测到，需要对接收信号进行放大，放大器关系到整个电路信号调理的好坏，因此在放大器选择过程中需要尽量选用低噪声、高摆率的宽带放大器，信号经过放大后再通过一个中心频率为200KHz的窄带带通滤波器，滤除干扰信号。经过放大与滤波后的信号通过峰值检测电路接入主控芯片，通过芯片定时计算出信号传播时间，以此计算出实时风速与风向。本实施例在结构设计时，还可以在控制单元的系统中预留相应的接口，用户根据实际需求可以自行添加其他如温湿度、二氧化碳浓度、氧气浓度等测量功能，为方便系统软件开发，提前将各类传感器传输协议规定好，在系统软件控制程序设计时，首先对各个预留接口进行检测，若检测到相应传感器，测驱动相应传感器工作，若未能检测到传感器则跳过。本实施例中控制单元的主控芯片选择的是STM32F103系列芯片，超声波换能器探头2型号选用DYA-200-01K，信号放大器选择OPA350系列的轨到轨COMS运算放大器进行放大电路的设计。本技术的一种手持式超声波风速风向仪不局限于上述各实施例，凡采用等同替换方式得到的技术方案均落在本技术要求保护的范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手持式超声波风速风向仪，其特征在于：包括手柄、超声波换能器探头和电池，所述电池位于手柄内部，超声波换能器探头设置于手柄的顶部，且设有四个，四个超声波换能器探头两两相对设置，且在同一平面内正交分布。

【技术特征摘要】
1.一种手持式超声波风速风向仪，其特征在于：包括手柄、超声波换能器探头和电池，所述电池位于手柄内部，超声波换能器探头设置于手柄的顶部，且设有四个，四个超声波换能器探头两两相对设置，且在同一平面内正交分布。2.根据权利要求1所述手持式超声波风速风向仪，其特征在于：所述手柄顶部还设有指南针。3.根据权利要求2所述手持式超声波风速风向仪，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元位于手柄内部，且分别与电池和超声波换能器探头电连接。4.根据权利要求3所述手持式超声波风速风向仪，其特征在于：相对设置的一对超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖超，胡全辉，黄飞，田野，郝曼，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32