二维超声波风速仪零点在线自校正装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种二维超声波风速仪零点在线自校正装置及方法，该方法根据二维超声波风速仪对当前矢量风向的测量结果，两次转动超声波风速仪的测量通道矢量方向，并两次测量超声波风速仪二维测量通道内的风速值，最终通过判定算法在线校正二维超声波风速仪的零点值，可显著消除零点漂移现象对二维超声波风速仪测量精度的影响。本发明专利技术所述的二维超声波风速仪零点在线自校正方法，使用简单，经济成本低，零点校正准确率高，可广泛应用于不同产品档次的二维超声波风速仪内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于风速风向测量
，具体涉及一种二维超声波风速仪零点在线自校正的装置及方法。
技术介绍
风速和风向是气象学中的重要参数，对航海、气象、军事等领域有重要的作用。超声波风速仪作为一种新型的风速测量仪器，利用超声波脉冲在发射换能器和接收换能器之间的传播时间或频率受风速影响的原理，实现对风速和风向的测量。超声波风速仪可分为二维超声波风速仪和三维超声波风速仪两种。由于二维超声波风速仪不仅拥有测量精度高、测量范围宽等优势，同时还具有使用简便、价格相对低廉等特点，因此，二维超声波风速仪在近年来越来越受到广泛的采用。二维超声波风速仪在使用过程中，由于受温度、湿度等使用条件的变化，或者受雨雾、尘埃等天气因素的影响，以及受换能器结垢或磨损等因素的影响，其对风速测量的零点值往往会产生漂移。所谓的二维超声波风速仪零点值，是指在周围环境风速为零时，二维超声波风速仪所测量得到的风速值。二维超声波风速仪的零点值是由于发射换能器和接收换能器的参数不对称原因而存在的，在实际使用过程中，应将测量得到的风速值，减去零点值，才能得到真正的当前风速值。当二维超声波风速仪的零点值因产生漂移(即零点的数值发生变化)时，测量得到的风速值减去原有的零点值，所得到的将不再是真实的当前风速值。超声波风速仪的零点漂移，将严重地影响二维超声波风速仪的测量精度，尤其是对小风速测量时，零点漂移的影响尤为严重，甚至将彻底导致二维超声波风速仪无法正常工作。为避免二维超声波风速仪零点漂移的影响，可以采用对温度、湿度、尘垢等影响因素不敏感的零点高度稳定的高性能换能器，使得二维超声波风速仪在不同环境下都能实现零点的稳定。但是，高性能换能器的价格高昂，将大幅度提高二维超声波风速仪的生产成本。为避免二维超声波风速仪零点漂移的影响，也可以采用对二维超声波风速仪重新标定的方法。重新标定一般都要求将二维超声波风速仪从工作场合拆卸下来，并将二维超声波风速仪放置于周围环境的空气绝对静止的场合内，重新测量二维超声波风速仪的零点值，进而实现二维超声波风速仪的零点校准。这种零点校准方法的缺点十分明显:首先这种零点校准方法需要将二维超声波风速仪从工作场合拆卸下来，将影响到超声波风速仪的的正常工作；其次这种零点校准方法需要在周围环境的空气绝对静止的特殊测试场合下，才能完成校准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二维超声波风速仪零点在线自校正的装置；本专利技术的另一目的是提供一种利用该装置进行二维超声波风速仪零点在线自校正的方法，根据二维超声波风速仪对当前矢量风向的测量结果，两次转动超声波风速仪的测量通道矢量方向，并两次测量超声波风速仪二维测量通道内的风速值，最终通过判定算法在线校正二维超声波风速仪的零点值，该方法可显著消除零点漂移现象对二维超声波风速仪测量精度的影响。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下技术方案:一种二维超声波风速仪零点在线自校正的装置，其特征在于，包括两根长度相等且互相垂直的第一刚性支架(1C)和第二刚性支架(2C)，所述第一刚性支架(1C)和第二刚性支架(2C)在中点用焊接或铰接方式固定连接构成一个刚性平面；还包括步进电机(3)，所述步进电机(3)的转轴垂直连接于第一刚性支架(IC)和第二刚性支架(2C)的中点连接处；所述第一刚性支架(IC)两端安装有第一发射换能器(IA)和第一接收换能器(1B)，所述第二刚性支架(2C)两端安装有第二发射换能器(2A)和第二接收换能器(2B)。作为补充优化，还包括用于连接控制步进电机(3)、第一发射换能器(1A)、第一接收换能器(1B)、第二发射换能器(2A)和第二接收换能器(2B)工作的控制器(4)，所述控制器(4)包括数据分析模块和数据存储模块。一种利用如上所述装置进行二维超声波风速仪零点在线自校正方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤一，设定第一发射换能器(1A)、第一刚性支架(1C)和第一接收换能器(1B)为第一维测量通道，设定第二发射换能器(2A)、第二刚性支架(2C)和第二接收换能器(2B)为第二维测量通道；分别测量并得到第一维测量通道和第二维测量通道内的风速值Vtll与VQ2，并将Vtll与Vtl2通过矢量相加的方式，计算得到当前周围环境的风速值Vtl和风向，以及当前风向的矢量值；步骤二，根据对当前矢量风向的测量结果，通过步进电机第一次转动第一刚性支架(1C)和第二刚性支架(2C)，调整第一维测量通道和第二维测量通道中的某一维测量通道的矢量方向调整至与当前风向的矢量方向相平行，从而第一次分别测量并储存与当前风向矢量方向相垂直的测量通道的风速值Vn、与当前风向矢量方向相平行的测量通道内的风速值V12;通过第二次转动，将与当前风向矢量方向相垂直的测量通道调整至矢量方向与当前风向的矢量方向平行，从而第二次测量并储存与当前风向矢量方向相垂直的测量通道的风速值V21、与当前风向矢量方向相平行的测量通道内的风速值V22 ；通过第三次转动，使得超声波风速仪的第一维测量通道和第二维测量通道回复到最初的矢量方向；步骤三，控制器(4)将风速值V12、风速值V22分别与当前风速值Vtl做比较，如果风速值V12、风速值V22分别与当前风速值Vtl的差异率均不大于3%，则将风速值V11和风速值V2I分别作为其对应测量通道的零点值，更新并存储在控制器(4)内；否则，重复步骤一和步骤二，直至风速值V12、风速值V22分别与当前风速Vtl的差异率均不大于3%为止。专利技术优点:(I)本专利技术所述的零点在线自校正方法，无需将二维超声波风速仪从工作环境中拆卸下来，并且对二维超声波风速仪的正常工作干扰极低。(2)本专利技术所述的零点在线自校正方法，以判定算法为依据，可确保所校正的零点的准确性。(3)本专利技术所述的零点在线自校正方法，使用简单，使用经济成本低。【附图说明】图1是本专利技术超声波风速仪零点在线自校正装置的结构示意图；图2是二维超声波风速仪对当前风速和风向的测量说明图；图3是本专利技术所述在线自校正方法的第一次测量说明图；图4是本专利技术所述在线自校正方法的第二次测量说明图；图5是本专利技术所述在线自校正方法的工作流程图；图中:1A、第一发射换能器，1B、第一接收换能器，1C、第一刚性支架，2A、第二发射换能器，2B、第二接收换能器，2C、第二刚性支架，3、步进电机，4、控制器。【具体实施方式】以下结合附图及一优选实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。实施例:如图1所示:本实施例所揭示的一种二维超声波风速仪零点在线自校正的装置，包括两根长度相等且互相垂直的第一刚性支架IC和第二刚性支架2C，所述第一刚性支架IC和第二刚性支架2C在中点用焊接或铰接方式固定连接构成一个刚性平面；还包括步进电机3，所述步进电机3的转轴垂直连接于第一刚性支架IC和第二刚性支架2C的中点连接处；所述第一刚性支架IC两端安装有第一发射换能器IA和第一接收换能器1B，所述第二刚性支架2C两端安装有第二发射换能器2A和第二接收换能器2B。步进电机3的转轴垂直于上述刚性平面，且步进电机3的转轴固定在第一刚性支架IC和第二刚性支架2C的中心交接点处。这样，当步进电机3的转轴转动时，由第一刚性支架IC和第二刚性支架2C构成的刚性平面也将整体转动，且转动的角度值与步进电机3转轴的转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二维超声波风速仪零点在线自校正的装置，其特征在于，包括两根长度相等且互相垂直的第一刚性支架（1C）和第二刚性支架（2C），所述第一刚性支架（1C）和第二刚性支架（2C）在中点用焊接或铰接方式固定连接构成一个刚性平面；还包括步进电机（3），所述步进电机（3）的转轴垂直连接于第一刚性支架（1C）和第二刚性支架（2C）的中点连接处；所述第一刚性支架（1C）两端安装有第一发射换能器（1A）和第一接收换能器（1B），所述第二刚性支架（2C）两端安装有第二发射换能器（2A）和第二接收换能器（2B）。

【技术特征摘要】
2013.10.30 CN 201310528958.31.一种二维超声波风速仪零点在线自校正的装置，其特征在于，包括两根长度相等且互相垂直的第一刚性支架(1C)和第二刚性支架(2C)，所述第一刚性支架(1C)和第二刚性支架(2C)在中点用焊接或铰接方式固定连接构成一个刚性平面；还包括步进电机(3)，所述步进电机(3)的转轴垂直连接于第一刚性支架(IC)和第二刚性支架(2C)的中点连接处；所述第一刚性支架(1C)两端安装有第一发射换能器(1A)和第一接收换能器(1B)，所述第二刚性支架(2C)两端安装有第二发射换能器(2A)和第二接收换能器(2B)。2.根据权利要求1所述的二维超声波风速仪零点在线自校正的装置，其特征在于，还包括用于连接控制步进电机(3)、第一发射换能器(1A)、第一接收换能器(1B)、第二发射换能器(2A)和第二接收换能器(2B)工作的控制器(4)，所述控制器(4)包括数据分析模块和数据存储模块。3.一种利用如权利要求1?2任一项所述装置进行二维超声波风速仪零点在线自校正方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，设定第一发射换能器(1A)、第一刚性支架(1C)和第一接收换能器(1B)为第一维测量通道，设定第二发射换能器(2A)、第二刚性支架(2C)和第二接收换能器(2B)为第...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵小春，吴飞，邱香，徐立中，
申请(专利权)人：苏州斯威高科信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：