CN106153980A - 一种低速风向风速直读测量仪的测量方法 - Google Patents

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Wuxi Nuist Weather Sensor Network Technology Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G—PHYSICS
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    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
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Abstract

本发明公开了一种低速风向风速直读测量仪的测量方法，测量仪包含热敏电阻、电源模块、恒功率控制电路、MCU、风向标、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和显示模块，所述MCU分别和电源模块、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器、显示模块电气相连，所述热敏电阻通过恒功率控制电路和所述MCU电气相连。测量时，根据三维磁阻传感器、双轴倾角传感器测得的数据计算出地球的磁方位角，结合风向标的旋转角度计算出风向，同时根据热敏电阻的阻值计算出风速。本发明设计简单，使用方便，可以直接读取风速和风向，无需再进行人为读取，读数精确。

Description

一种低速风向风速直读测量仪的测量方法
技术领域
本发明涉及风向风速测量领域，尤其涉及一种低速风向风速直读测量仪的测量方法。
背景技术
通常测量风速的方法有三种：热式探头、叶轮式探头和皮托管。
在0至100m/s的流速测量范围，将其分为三个区段：
低速：0至5m/s；
中速：5至40m/s；
高速：40至100m/s。
风速仪的热式探头用于0至5m/s的精确测量；风速仪的叶轮式探头测量5至40m/s的流速效果最理想；而利用皮托管则可在高速范围内得到最佳结果。
热式探头（热球式，热敏式，热线式）拥有最精确的测量效果，风速范围一般在0-30m/s。
热式探头是基于冷冲击气流带走热元件上的热量，借助一个调节开关，保持温度恒定，则调节电流和流速成正比关系。当在湍流中使用热敏式探头时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，从而会影响到测量结果的准确性。
在湍流中测量时，热敏式风速仪流速传感器的示值往往高于叶轮式探头。以上现象可以在管道测量过程中观察到。根据管理管道紊流的不同设计，甚至在低速时也会出现。因此，风速仪测量过程应在管道的直线部分进行。直线部分的起点应至少在测量点前10×D（D=管道直径，单位为CM）外；终点至少在测量点后4×D处。流体截面不得有任何遮挡（棱角，重悬，物等）。
热式探头不能得出风向的信息，但是携带容易方便，成本性能比高，作为风速计的标准产品广泛地被采用。
风速仪的叶轮式探头的工作原理是基于把转动转换成电信号，先经过一个临近感应开头，对叶轮的转动进行“计数”并产生一个脉冲系列，再经检测仪转换处理，即可得到转速值。风速仪的大口径探头（60mm,100mm)适合于测量中、小流速的紊流（如在管道出口）。风速仪的小口径探头更适于测量管道横截面大于探险头横截面积100倍以上的气流。
叶轮式探头可以选择叶轮的直径，不同尺寸的叶轮都有不同的应用。如选用直径100mm的大叶轮就可以测得100mm直径的圆形区域的平均风速。此外叶轮探头还可附加罩子，达到精确测量小出风口风量的效果。
叶轮式探头原理比较简单，价格便宜，但测试精度较低，所以不适合微风速的测试和细小风速变化的测试。
皮托管（皮托管）探头在流动面的正面有与之形成直角方向的小孔，内部藏有从各自孔里分别提取压力的细管。通过测试其压力差（前者为全压、后者为静压），就可知道风速。
皮托管（皮托管）探头一般都是应用在测量管道风速，适合于大风速，一般小于5m/s的风速都不推荐使用皮托管。
现有的风向风速测量仪一般都比较复杂，且需要人工读数，精度较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种低速风向风速直读测量仪。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种低速风向风速直读测量仪的测量方法，所述低速风向风速直读测量仪包含热敏电阻、电源模块、恒功率控制电路、MCU、风向标、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和显示模块；
所述MCU分别和电源模块、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器、显示模块电气相连，所述热敏电阻通过恒功率控制电路和所述MCU电气相连；
所述风向标与旋转编码器的转轴固定相连，用于获取风向；
所述显示模块用于显示风向和风速；
所述测量方法包含以下步骤：
步骤1），采用三维磁阻传感器测量地球磁场数据；
步骤2），采用双轴倾角传感器测量风向风速测量仪的倾斜角；
步骤3），MCU根据地球磁场数据和风向风速测量仪的倾斜角计算出地球的磁方位角；
步骤4），采用风向标获取风向，并采用旋转编码器得到风向标的旋转角度；
步骤5），MCU根据风向标的旋转角度和地球的磁方位角计算出风向；
步骤6），通过恒功率控制电路采用预先设定的恒定功率阈值加热所述热敏电阻，获取热敏电阻的的阻值；
步骤7），MCU根据热敏电阻的阻值计算出风速；
步骤8），MCU控制控制显示模块显示风向和风速。
作为本发明一种低速风向风速直读测量仪的测量方法进一步的优化方案，所述MCU采用51系列单片机。
作为本发明一种低速风向风速直读测量仪的测量方法进一步的优化方案，所述MCU采用AT89S52单片机。
作为本发明一种低速风向风速直读测量仪的测量方法进一步的优化方案，所述显示模块采用液晶显示器。
作为本发明一种低速风向风速直读测量仪的测量方法进一步的优化方案，所述热敏电阻的型号为16D-11。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1. 设计简单，使用方便；
2. 可以直接读取风速和风向，无需再进行人为读取，读数精确。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明公开了一种低速风向风速直读测量仪的测量方法，所述低速风向风速直读测量仪包含热敏电阻、电源模块、恒功率控制电路、MCU、风向标、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和显示模块；
所述MCU分别和电源模块、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器、显示模块电气相连，所述热敏电阻通过恒功率控制电路和所述MCU电气相连；
所述风向标与旋转编码器的转轴固定相连，用于获取风向；
所述显示模块用于显示风向和风速；
所述测量方法包含以下步骤：
步骤1），采用三维磁阻传感器测量地球磁场数据；
步骤2），采用双轴倾角传感器测量风向风速测量仪的倾斜角；
步骤3），MCU根据地球磁场数据和风向风速测量仪的倾斜角计算出地球的磁方位角；
步骤4），采用风向标获取风向，并采用旋转编码器得到风向标的旋转角度；
步骤5），MCU根据风向标的旋转角度和地球的磁方位角计算出风向；
步骤6），通过恒功率控制电路采用预先设定的恒定功率阈值加热所述热敏电阻，获取热敏电阻的的阻值；
步骤7），MCU根据热敏电阻的阻值计算出风速；
步骤8），MCU控制控制显示模块显示风向和风速。
所述MCU采用51系列单片机，型号为AT89S52。
所述显示模块采用液晶显示器。
所述热敏电阻的型号为16D-11。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低速风向风速直读测量仪的测量方法，所述低速风向风速直读测量仪包含热敏电阻、电源模块、恒功率控制电路、MCU、风向标、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和显示模块；
所述MCU分别和电源模块、旋转编码器、三维磁阻传感器、双轴倾角传感器、显示模块电气相连，所述热敏电阻通过恒功率控制电路和所述MCU电气相连；
所述风向标与旋转编码器的转轴固定相连，用于获取风向；
所述显示模块用于显示风向和风速；
其特征在于，所述测量方法包含以下步骤：
步骤1），采用三维磁阻传感器测量地球磁场数据；
步骤2），采用双轴倾角传感器测量风向风速测量仪的倾斜角；
步骤3），MCU根据地球磁场数据和风向风速测量仪的倾斜角计算出地球的磁方位角；
步骤4），采用风向标获取风向，并采用旋转编码器得到风向标的旋转角度；
步骤5），MCU根据风向标的旋转角度和地球的磁方位角计算出风向；
步骤6），通过恒功率控制电路采用预先设定的恒定功率阈值加热所述热敏电阻，获取热敏电阻的的阻值；
步骤7），MCU根据热敏电阻的阻值计算出风速；
步骤8），MCU控制控制显示模块显示风向和风速。
2.根据权利要求1所述的低速风向风速直读测量仪的测量方法，其特征在于，所述MCU采用51系列单片机。
3.根据权利要求2所述的低速风向风速直读测量仪的测量方法，其特征在于，所述MCU采用AT89S52单片机。
4.根据权利要求1所述的低速风向风速直读测量仪的测量方法，其特征在于，所述显示模块采用液晶显示器。
5.根据权利要求1所述的低速风向风速直读测量仪的测量方法，其特征在于，所述热敏电阻的型号为16D-11。
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