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风速风向传感器的三种超声波测速方法

发表时间:2022-10-01 18:05【 阅读量:-查看手机网址
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  随着物联网技术和传感器技术的发展,越来越智能化,逐步向无人值守的全天发展方向发展。因此,现代气象站急需一种高精度、免维护的风速风向传感器。


  传统的机械风速风向传感器有旋转部件,容易磨损。恶劣天气可能会损坏机械结构。沙尘和盐雾也会引起腐蚀。同时,机械式风速计由于摩擦的存在,仍具有起始风速。低于初始值的风速将无法带动螺旋桨或风杯旋转。因此,低于起始风速的微风机械风速计将无法测量。为了克服传统风杯式风速计固有的缺点,一种新型超声波风速计应运而生。


  超声波风速风向传感器以其响应速度快、测量精度高、维护使用方便等优点,在工业领域和科学研究中得到了广泛的应用。超声波风速风向传感器主要利用四个垂直放置的超声波传感器发出的超声波频差来计算风速和风向,并通过传感器输出风速(m/s)和风向(°)。


  三种超声波测速方法


  超声波风速测量主要有时差法、频差法、相位差法和相关法。


  1.时差法


  时差法很常见,其原理是:在平静的空气中,声波的传播速度会随着风向的气流而改变。如果风向和声波的传播方向相同,声波的传播速度就会增大,反之,声波的传播速度就会减小。


  超声波在空气中传播时,顺风方向和逆风方向存在速度差。当它传播一定距离时,这个速度差反映了一个时间差,这个时间差与被测风速呈线性关系。因此,超声波风速风向传感器以固定频率依次发射超声波,测量超声波在两个方向的到达时间,从而获得顺风向和逆风向的传播速度,通过后可得到风速值。处理和转换。


  2.频差法


  频差法是一种具有多个周期的直接方法。这种方法的精度是直接时差法循环次数的倍数。适用于中、小口径管道。优点是精度高,受温度影响小。缺点是受环境影响,工作不稳定。


  3.相位差法


  相位差法是通过将时间差转换为相位来测量风速。


  超声波风速风向传感器的问题


  风向角瞬变问题:在分析二维超声波风速风向传感器测得的风向信号时,风向数据中普遍存在风向角瞬变现象,即风向角出现异常严重,短时间内大。波动。风向角瞬变时段的风向信号波动特征与其他时段明显不同。只有深入了解风向角瞬变现象的成因,才能判断该现象是否会影响后续的风向角信号波动分析。如果有不利影响,还应采取适当的方法对风向信号进行合理修正。


  超声波风速风向传感器目前广泛应用于电力安全监测、桥梁隧道、海洋船舶城市环境监测、道路安全等领域。超声波风速计的诸多优点使其应用越来越广泛,未来将占据风速测量装置的领先地位。

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