一种测量气流速度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种测量气流速度的方法和装置，一方面，接收端能对微弱气流如微风等反应灵敏，能够用于对微风和大风范围内的气流参数的测量，测量范围大，并能在环境低温、雨雪天气环境下进行测量，另一方面，内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度的相比于外侧一组超声波接收部件的量程较大，精度即测量准确度较低，但外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度的精度高，量程相对较小，利用外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度以及其量程对内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度进行修正，可以在保证量程较大的情况下，不降低测量的准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种测量气流速度的方法和装置
本专利技术涉及测量气流速度
，尤其涉及一种测量气流速度的方法和装置。
技术介绍
风速风向仪在气象、民航、公路、农业和新能源领域都发挥着重要的作用，目前，常用的风速风向仪包括风杯风速仪和超声风速仪，具体地：1)风杯风速仪：作为一种机械式的风速风向仪，主要通过风力带动叶轮转动获得风速，具体地：将风杯风速仪的叶轮转动的角速度或叶轮的转数转化为脉冲电信号，并以此测算出风速，风杯风速仪的成本较低，但因为有活动结构件如叶轮等容易出现老化故障，导致寿命较短，且因为风速风向仪主要应用于户有风环境，而当外在环境低温、雨雪天气环境下还可能因结冰卡死；且风杯风速仪作为一种机械式的风速风向仪，由于受到结构的限制，导致对微风响应不灵敏，不能准确测出微风的风速，但如果改进结构，使其灵敏，更容易在大风时损坏，因此，风杯风速仪只能在较低端应用场景如对测量精度要求不高的应用场景等使用；2)超声风速仪：基于时差法的超声测风仪大多采用分时原则，一般为正十字等距排列，即两对超声波传感器即超声波探头轮流发送和接收信号，分别测量一个平面x轴方向和y轴方向的风速数据，通过时差法计算出实际的风速和风向。整个测量过程中，收发切换次数多，且采样次数多，虽然测试精度相较于风杯风速仪高，但4个超声波传感器的价格较高，比风杯风速仪的售价普遍高出10倍左右，且体积较大；还有一种基于反射式的超声测风仪，包括一个一体化收发传感器(可接收信号，也可发送信号)，以及排列设置的四个超声波接收传感器，使用方波驱动发射一体化收发传感器发送超声波，通过发送、接收时延来判断同一个信号到达不同超声波接收传感器的时间延迟，缺点是对安装结构要求高(如形变等因素)，且成本也较高，体积较大；而在现实应用时，当需要得到准确度更高的气流速度时，需要在超声风速仪安装精准度更高的超声波传感器和一体化收发传感器，这无疑会极大地提高成本，而且，安装精准度更高的超声波传感器和一体化收发传感器也会降低测量的量程。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种测量气流速度的方法和装置。本专利技术的一种测量气流速度的方法的技术方案如下：采用测量气流速度的装置，所述测量气流速度的装置包括处理器、作为中心的超声波发射头和至少两组以所述中心呈环形嵌套布置的超声波接收部件，每组超声波接收部件包括多个接收端；所述方法包括：所述超声波发射头同时向每组超声波接收部件发射超声波；每组超声波接收部件根据接收到的超声波分别生成一组电信号，并发送至所述处理器；所述处理器根据接收到的每组电信号分别确定每组超声波接收部件中的每个接收端所接收到的超声波的相位差，得到每组超声波接收部件分别测量的气流速度，并利用外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度以及其量程对内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度进行修正，得到实际气流速度。本专利技术的一种测量气流速度的方法的有益效果如下：一方面，接收端能对微弱气流如微风等反应灵敏，能够用于对微风和大风范围内的气流参数的测量，测量范围大，并能在环境低温、雨雪天气环境下进行测量，另一方面，内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度的相比于外侧一组超声波接收部件的量程较大，精度即测量准确度较低，但外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度的精度高，量程相对较小，利用外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度以及其量程对内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度进行修正，可以在保证量程较大的情况下，不降低测量的准确度。在上述方案的基础上，本专利技术的一种测量气流速度的方法还可以做如下改进。进一步，修正的过程包括：根据每组超声波接收部件所分别测量的气流速度以及其量程，从中确定一个待修正的气流速度；利用最外侧环形分布的超声波接收部件所测量的气流速度以及量程对所述待修正的气流速度进行修正，得到所述实际气流速度。进一步，确定所述待修正的气流速度的过程包括：在所有测量的排序后的气流速度中，当最大气流速度和相邻的第二大气流速度之间的差值不超过设定值D时，则将最大气流速度对应的超声波接收部件和第二大气流速度对应的超声波接收部件中的环形直径较大的超声波接收部件对应的气流速度确定为所述待修正的气流速度，其中，D＝D1+D2+D3，D1表示第二大气流速度，D2表示最大气流速度对应的超声波接收部件的精度，D3表示第二大气流速度对应的超声波接收部件的精度；当所有测量的气流速度中的最大气流速度和第二大气流速度之间的差值超过所述设定值D时，则将最大气流速度确定为所述待修正的气流速度。进一步，得到所述实际气流速度的过程具体包括：通过第一公式得到实际气流速度P，所述第一公式为：其中，a表示待修正的气流速度，b表示最外侧环形对应的超声波接收部件所对应的气流速度，B表示最外侧环形对应的超声波接收部件的量程，表示对进行四舍五入取整。进一步，所述超声波发射头位于所述至少两组超声波接收部件所形成的环形平面的中心法线上。采用上述进一步方案的有益效果是：超声波发射头位于至少两组超声波接收部件所形成的环形平面的中心法线上，进一步降低利用相位差法计算出包括气流速度的计算复杂度。进一步，所述超声波发射头与所述至少两组超声波接收部件均设置在同一个电路板上，还包括：与超声波接收部件相对设置的超声波反射板，所述超声波发射头的发射方向朝向所述超声波反射板。采用上述进一步方案的有益效果是：将超声波发射头与至少两组超声波接收部件均设置在同一个电路板上，使测量气流速度的装置的结构更为紧凑，且还包括与超声波接收部件相对设置的超声波反射板，超声波发射头的发射方向朝向超声波反射板，此时超声波发射头发射出的超声波经超声波反射板反射至超声波接收部件的接收端，增大超声波发射头发射出的超声波至接收端接收超声波之间的行程，进一步提高测量精度。进一步，所述处理器和所述超声波发射头之间还连接有用于放大所述超声波发射头的超声波发射功率的功率放大电路。采用上述进一步方案的有益效果是：通过功率放大电路提高超声波发射头的超声波发射功率，进而增强超声波发射头发射的超声波的信号强度，提高与室外噪声之间的信噪比，提高测量精度。进一步，所述处理器包括DA接口和多个AD接口，所述功率放大电路连接所述DA接口，每个所述接收端连接相应的一个AD接口。采用上述进一步方案的有益效果是：便于在增加接收端时，通过连接AD接口即可得到新增加的接收端的电信号，更加灵活方便。进一步，每个所述接收端与连接的AD接口之间还连接有高通滤波电路。采用上述进一步方案的有益效果是：通过高通滤波电路能将接收端向处理器所发送的电信号中的非超声波低频信号滤除，使处理器处理接收到的电信号更加简洁方便，并可以调节放大倍数，增加信噪比。进一步，每组超声波接收部件包括至少3个呈环形排布且环绕所述中心的具有接收超声波功能的接收端。采用上述进一步方案的有益效果是：采用具有接收超声波功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量气流速度的方法，其特征在于，采用测量气流速度的装置，所述测量气流速度的装置包括处理器、作为中心的超声波发射头和至少两组以所述中心呈环形嵌套布置的超声波接收部件，每组超声波接收部件包括多个接收端；/n所述方法包括：/n所述超声波发射头同时向每组超声波接收部件发射超声波；/n每组超声波接收部件根据接收到的超声波分别生成一组电信号，并发送至所述处理器；/n所述处理器根据接收到的每组电信号分别确定每组超声波接收部件中的每个接收端所接收到的超声波的相位差，得到每组超声波接收部件分别测量的气流速度，并利用外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度以及其量程对内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度进行修正，得到实际气流速度。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量气流速度的方法，其特征在于，采用测量气流速度的装置，所述测量气流速度的装置包括处理器、作为中心的超声波发射头和至少两组以所述中心呈环形嵌套布置的超声波接收部件，每组超声波接收部件包括多个接收端；
所述方法包括：
所述超声波发射头同时向每组超声波接收部件发射超声波；
每组超声波接收部件根据接收到的超声波分别生成一组电信号，并发送至所述处理器；
所述处理器根据接收到的每组电信号分别确定每组超声波接收部件中的每个接收端所接收到的超声波的相位差，得到每组超声波接收部件分别测量的气流速度，并利用外侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度以及其量程对内侧的一组超声波接收部件所测量的气流速度进行修正，得到实际气流速度。


2.根据权利要求1所述的一种测量气流速度的方法，其特征在于，修正的过程包括：
根据每组超声波接收部件所分别测量的气流速度以及其量程，从中确定一个待修正的气流速度；
利用最外侧环形分布的超声波接收部件所测量的气流速度以及量程对所述待修正的气流速度进行修正，得到所述实际气流速度。


3.根据权利要求2所述的一种测量气流速度的方法，其特征在于，确定所述待修正的气流速度的过程包括：
在所有测量的排序后的气流速度中，当最大气流速度和相邻的第二大气流速度之间的差值不超过设定值D时，则将最大气流速度对应的超声波接收部件和第二大气流速度对应的超声波接收部件中的环形直径较大的超声波接收部件对应的气流速度确定为所述待修正的气流速度，其中，D＝D1+D2+D3，D1表示第二大气流速度，D2表示最大气流速度对应的超声波接收部件的精度，D3表示第二大气流速度对应的超声波接收部件的精度；
当所有测量的气流速度中的最大气流速度和第二大气流速度之间的差值超过所述设定值D时，则将最大气流速度确定为所述待修正的气流速度。


4.根据权利要求3所述的一种测量气流速度的方法，其特征在于，得到所述实际气流速度的过程具体包括：
通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志凌，包玉德，孙征，
申请(专利权)人：北京凌阳伟业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11