CN108872629A - 一种风速、风量检测装置及其检测方法 - Google Patents

一种风速、风量检测装置及其检测方法 Download PDF

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康硕
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Abstract

本发明属于监测器技术领域，提供一种风速、风量检测装置及其检测方法。所述装置包括：超声波收发装置，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，同轴安装在风道内；超声波信号处理模块和控制模块，控制两个超声波传感器其中之一发送信号，而另一个接收信号，及其发送和接收状态的切换，并对从发射信号到接收信号进行计时，通过速度公式和风量公式推断出风速和风量。本发明使用两个同轴安装的超声波传感器，减少占用的空间，降低成本；基于超风波传感器，满足吸尘器风速风量的测量要求，测量风速、风量数据准确简便；同时通过合适的逻辑，快速判断测量数据的准确性以及是否接受信号失败，保证风速测量的流畅快速地执行。

Description

一种风速、风量检测装置及其检测方法
技术领域
本发明属于检测器技术领域，尤其涉及一种风速、风量的检测装置及其检测方法。
背景技术
吸尘器是一种常用的清洁家用电器，其主要原理是利用电动机带动叶片高速旋转，在密封的壳体内产生空气负压，吸取尘屑。吸尘器吸取尘屑时，会在风道内产生风力，风力的风速和风量是表征吸尘器吸尘能力的一个重要指标。市场上已经出现一些可以调控风速、风量的吸尘器。但是，现有用于吸尘器的风速、风量测量方法少，而且都是机械式的，只能指示大致的值，不能反馈数字信号。
超声波测风系统是一种比较常用的测风速、风量的方法。申请公布号为CN104569485A的中国专利申请公开了一种三维超声波风速风向检测系统级测量方法，但是这种检测系统体积大，需要的超声波传感器多，成本高，不适于用于吸尘器结构中。同时，吸尘器在工作时容易在风道内产生紊流现象，可能导致超声波信号的损失，而导致风速测量响应速度变慢甚至测量结果出错。可见，现有超声波测风方法不适用于吸尘器的风道中。
在具有与吸尘器的风道结构类似的风道的设备中，风速和风量的测量都存在上述问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明的目的就是提供一种风速、风量检测装置及其检测方法。所述方法基于超声波传感器，低成本，简便准确地检测风速风量，且占用体积小；又将两个超声波传感器安装在同轴的两个位置，通过合适的控制逻辑，快速地判断超声波收发是否正常，保证风速测量的流畅准确地执行。
本发明提供一种风速、风量检测装置，所述装置包括：
超声波收发装置，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，同轴安装在风道内，且由第一超声波传感器指向第二超声波传感器的方向是顺风方向；
超声波信号处理模块，将第一超声波传感器或第二超声波传感器接收到的超声波信号处理转化后，传输给控制模块；
控制模块，控制第一超声波传感器和第二超声波传感器其中之一发送信号，而另一个接收信号，控制两个超声波传感器进行发送和接收状态的切换，并对从发射信号到接收信号进行计时，以及对数据进行处理。
本发明还提供利用上述装置检测风速、风量的方法，具体检测步骤包括：
第一步，控制模块控制第一超声波传感器发送信号，第二超声波传感器处于接收状态，与此同时控制模块开始计时；
第二步，等待第二超声波传感器成功接收信号或等待时间超时，若第二超声波传感器成功接收信号则记录从第一超声波传感器发送信号到第二超声波传感器成功接收信号所用的时间t1，若等待时间超时则判断接收失败，清零计时并重新从第一步开始；
第三步，将第一超声波传感器切换为接收状态，第二超声波传感器切换为发送状态，然后参照第一步和第二步的方法，得到从第二超声波传感器发送信号到第一超声波传感器成功接收信号所用的时间t2；
在第一、二步或第三步中，控制模块控制过程为：
1)发送信号的超声波传感器发送信号，同时控制模块开始计时；
2)判断接收信号的超声波传感器是否成功接收信号；
3)如果接收信号的超声波传感器成功在限定时间内接收到信号，判断其成功接收信号，那么超声波信号处理模块将信号转化并传输给控制模块，停止计时，记录超声波传输时间t1或t2，并清零计时；
4)如果接收信号的超声波传感器在限定时间内，即计时达到最大接收时间时，没有接收到信号，判断其接收信号失败，那么清零计时，重新启动步骤1)，即发送信号的超声波传感器重新开始信号发送。
第四步，根据风速计算公式V＝L*(1/t1-1/t2)/2，求得风速V，其中，L为两个传感器之间的距离；其原理如下所述：
本发明中，第一超声波传感器和第二超声波传感器同轴地安装在风道内，且由第一超声波传感器指向第二超声波传感器的方向是顺风方向。那么，根据速度公式可知：
t1＝L/(C+V)，
t2＝L/(C-V)，
其中，t1为从第一超声波传感器发送信号到第二超声波传感器成功接收信号所用的时间，t2为从第二超声波传感器发送信号到第一超声波传感器成功接收信号所用的时间，V为风速，L为两个传感器之间的距离，C为声速。
通过上述两个公式推算，得出风速V的计算公式为：
V＝L*(1/t1-1/t2)/2，
其中，t1为从第一超声波传感器发送信号到第二超声波传感器成功接收信号所用的时间，t2为从第二超声波传感器发送信号到第一超声波传感器成功接收信号所用的时间，V为风速，L为两个传感器之间的距离。
第五步，根据公式Q＝V*S，得到风量Q，其中，S为风道的横截面积；其原理如下所述：
在根据上述公式及风量公式，得出风量Q的计算公式为：
Q＝V*S，
其中，Q为风量，V为风速，S为风道的横截面积。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明使用两个同轴安装的超声波传感器，减少占用的空间，降低成本；
2、基于超风波传感器，满足吸尘器既具有相似风道结构的设备关于风速、风量的测量要求，测量风速、风量数据准确简便；
3、同时通过合适的逻辑，快速判断测量数据的准确性以及是否接受信号失败，保证风速测量的流畅快速地执行。
附图说明
图1为本发明实施例中风速风量测试系统结构示意图；
图2为本发明实施例中超声波信号发送接收控制逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来说明本发明的技术方案，但是应当清楚的是，下述实施例仅是本发明的技术方案中的一个，而不应当将其理解为对本发明技术方案的限制。
实施例1
如附图1所示，本实施例中的风速、风量检测装置用于吸尘器，包括：超声波收发装置，超声波信号处理模块和控制模块；其中：超声波收发装置采用两个超声波传感器，即第一超声波传感器和第二超声波传感器，同轴放置在测量环境(即吸尘器的风道)内，且由第一超声波传感器指向第二超声波传感器的方向是顺风方向；超声波信号处理模块用于将第一超声波传感器或第二超声波传感器反馈的信号转化为控制模块能接收的信号，如电信号、蓝牙信号等，并传输给控制模块；控制模块用于控制第一超声波传感器和第二超声波传感器其中之一发送信号，而另一个接收信号，控制超声波传感器进行发送和接收状态的切换，并对从发射信号到接收信号进行计时，以及对数据进行处理。
使用本实施例所述的装置检测吸尘器风速、风量的方法，其具体步骤如下：
第一步，控制模块控制第一超声波传感器发送信号，第二超声波传感器处于接收状态，与此同时控制模块开始计时；
第二步，等待第二超声波传感器成功接收信号或等待时间超时，若第二超声波传感器成功接收信号则记录从第一超声波传感器发送信号到第二超声波传感器成功接收信号所用的时间t1，若等待时间超时则判断接收失败，清零计时并重新从第一步开始；
第三步，将第一超声波传感器切换为接收状态，第二超声波传感器切换为发送状态，然后参照第一步和第二步的方法，得到从第二超声波传感器发送信号到第一超声波传感器成功接收信号所用的时间t2；
在第一、二步或第三步中，控制模块控制过程为，如图2所示：
1)发送信号的超声波传感器发送信号，同时控制模块开始计时；
2)判断接收信号的超声波传感器是否成功接收信号；
3)如果接收信号的超声波传感器成功在限定时间内接收到信号，判断其成功接收信号，那么超声波信号处理模块将信号转化并传输给控制模块，停止计时，记录超声波传输时间t1或t2，并清零计时；
4)如果接收信号的超声波传感器在限定时间内，即计时达到最大接收时间时，没有接收到信号，判断其接收信号失败，那么清零计时，重新启动步骤1)，即发送信号的超声波传感器重新开始信号发送。
第四步，根据风速计算公式V＝L*(1/t1-1/t2)/2，求得风速V，其中，L为两个传感器之间的距离；
第五步，根据公式Q＝V*S，得到风量Q，其中，S为风道的横截面积。
通过上述步骤计算，控制模块计算得到风速V和风量Q。

Claims (4)

1.一种风速、风量检测装置，其特征在于，所述装置包括：
超声波收发装置，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，同轴安装在风道内，且由第一超声波传感器指向第二超声波传感器的方向是顺风方向；
超声波信号处理模块，将第一超声波传感器或第二超声波传感器接收到的超声波信号处理转化后，传输给控制模块；
控制模块，控制第一超声波传感器和第二超声波传感器其中之一发送信号，而另一个接收信号，控制两个超声波传感器进行发送和接收状态的切换，并对从发射信号到接收信号进行计时，以及对数据进行处理。
2.一种使用如权利要求1所述的风速、风量检测装置检测风速、风量的方法，其特征在于，具体检测步骤包括：
第一步，控制模块控制第一超声波传感器发送信号，第二超声波传感器处于接收状态，与此同时控制模块开始计时；
第二步，等待第二超声波传感器成功接收信号或等待时间超时，若第二超声波传感器成功接收信号则记录从第一超声波传感器发送信号到第二超声波传感器成功接收信号所用的时间t1，若等待时间超时则判断接收失败，清零计时并重新从第一步开始；
第三步，将第一超声波传感器切换为接收状态，第二超声波传感器切换为发送状态，然后参照第一步和第二步的方法，得到从第二超声波传感器发送信号到第一超声波传感器成功接收信号所用的时间t2；
第四步，根据风速计算公式V＝L*(1/t1-1/t2)/2，求得风速V，其中，L为两个传感器之间的距离；
第五步，根据公式Q＝V*S，得到风量Q，其中，S为风道的横截面积。
3.根据权利要求2所述的检测风速、风量的方法，其特征在于，在第一、二步或第三步中，控制模块控制过程为：
1)发送信号的超声波传感器发送信号，同时控制模块开始计时；
2)判断接收信号的超声波传感器是否成功接收信号；
3)如果接收信号的超声波传感器成功在限定时间内接收到信号，判断其成功接收信号，那么超声波信号处理模块将信号转化并传输给控制模块，停止计时，记录超声波传输时间t1或t2，并清零计时；
4)如果接收信号的超声波传感器在限定时间内，即计时达到最大接收时间时，没有接收到信号，判断其接收信号失败，那么清零计时，重新启动步骤1)，即发送信号的超声波传感器重新开始信号发送。
4.一种吸尘器，其特征在于，其设有如权利要求1所述的风速、风量检测装置。
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