CN110988386A - 风速风向测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于风速风向检测技术领域，提供了一种风速风向测试装置及测试方法，该风速风向测试装置包括：测试头、支撑杆、压力传感器、温度传感器及主控板；测试头的外壳为圆柱体，风吹到圆柱体的外壳表面，圆柱体的外壳表面会受到有规律的大小不同的压力，压力反应风流的速度及方向。压力传感器与布置在测试头的外壳侧壁上的多个压力孔连接，检测圆柱体的外壳受到的风的压力，主控板根据压力传感器检测得到的各个压力孔对应的压力值及温度传感器检测得到的环境温度计算得到当前风速及风向。该装置无需设置机械部件，反应灵敏、测试精度高、误差小。

Description

风速风向测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于风速风向检测技术领域，尤其涉及一种风速风向测试装置及测试方法。

背景技术

风速风向仪在风能、气象、工业、交通等方面应用广泛，可为各行各业的作业生产提供指导依据，在现代检测技术中占据重要的位置。

现有风速风向仪多以机械式为主，采用风杯作为感应元件，由于自身机械部件的惯性作用及可能存在的磨损卡滞，使得风速风向仪反应不够灵敏，测试精度低，误差大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种风速风向测试装置及测试方法，以解决现有技术中机械式风速风向仪采用机械部件，由于惯性作用及磨损卡滞造成的反应不灵敏、测试精度低及误差大的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种风速风向测试装置，包括：测试头、支撑杆、压力传感器、温度传感器及主控板；

测试头的外壳为圆柱体，测试头与支撑杆固定连接；

所述圆柱体的外壳侧壁上设置有多个压力孔；所述压力孔一端连通外界，另一端与所述压力传感器密闭连通；所述压力传感器用于分别检测各个压力孔对应的压力；

多个压力孔以圆柱体的外壳的圆心为中心成至少两个环形阵列分布，且多个压力孔沿圆柱体外壳的轴向依次交错分布；

温度传感器用于检测环境温度信息；

主控板分别与压力传感器及温度传感器连接，用于接收温度传感器检测得到的环境温度信息及压力传感器分别检测得到的各个压力孔对应的压力值，并根据环境温度信息及各个压力孔对应的压力值确定风向及风速。

可选的，圆柱体外壳的直径为120mm。

可选的，风速风向测试装置还包括：指北针；

指北针用于调整风速风向测试装置的安装角度。

可选的，支撑杆中部设置有用于安装指北针的腔体，腔体的侧壁为透明材质制件；指北针水平设置。

可选的，风速风向测试装置还包括：显示屏；

显示屏与主控板连接，用于显示当前风速及当前风向。

本发明实施例的第二方面提供了一种风速风向测试方法，适用于本发明实施例第一方面提供的风速风向测试装置，风速风向测试方法包括：

获取温度传感器检测得到的环境温度信息及压力传感器分别检测得到的各个压力孔对应的压力值；

确定多个压力值中的最大压力值及最大压力值对应的压力孔的信息；

根据环境温度信息及最大压力值确定风速，并根据最大压力值对应的压力孔的信息确定风向。

可选的，环境温度信息包括当前华氏环境温度，风速V的计算公式为：

ρ＝3.483×10^-3×P₀/T₀

其中，P_max为最大压力值，ρ为当前空气密度，C_p为最大压力值对应位置的风压系数，P₀为大气压强，T₀为当前华氏环境温度。

可选的，最大压力值对应位置的风压系数C_p的值为1。

可选的，第i个压力孔所在位置的外法线的方向沿逆时针与正北方向的夹角θ满足条件：

最大压力值对应的压力孔的信息包括最大压力值对应的压力孔的序号，风向角β的计算公式为：

其中，i为第i个压力孔的序号，i＝1,2，…,N，N为多个压力孔的个数，n为最大压力值对应的压力孔的序号。

本发明实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例第二方面提供的风速风向测试方法的步骤。

本发明实施例提供了一种风速风向测试装置，包括：测试头、支撑杆、多个压力传感器、温度传感器及主控板；测试头的外壳为圆柱体，风吹到圆柱体的外壳表面，圆柱体的外壳表面会受到有规律的大小不同的压力，压力反应风流的速度及方向。圆柱体的外壳的侧壁设置有多个压力孔，压力传感器与多个压力孔密闭连通，用于检测各个压力孔对应的压力值，主控板根据压力传感器分别检测得到的多个压力值及温度传感器检测得到的环境温度计算得到当前风速及风向。该装置无需设置机械部件，反应灵敏、测试精度高、误差小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的风速风向测试装置的示意图；

图2是本发明实施例提供的压力孔的布置图；

图3是本发明实施例提供的一种压力孔的布置方式示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种压力孔的布置方式示意图；

图5是本发明实施例提供的风速风向测试方法的实现流程示意图；

图6是本发明实施例提供的圆柱体的外壳受风力作用时不同位置的风压系数示意图；

图7是本发明实施例提供的不同风速条件下圆柱体的外壳受风力作用时不同压力孔所在位置的风压系数图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种风速风向测试装置，包括：测试头11、支撑杆12、压力传感器、温度传感器及主控板。

测试头11的外壳为圆柱体，测试头11与支撑杆12固定连接；

圆柱体的外壳侧壁上设置有多个压力孔13；压力孔13一端连通外界，另一端与压力传感器密闭连通；压力传感器用于分别检测各个压力孔对应的压力；

多个压力孔13以圆柱体的外壳的圆心为中心成至少两个环形阵列分布，且多个压力孔13沿圆柱体外壳的轴向依次交错分布；

温度传感器用于检测环境温度信息；

主控板分别与压力传感器及温度传感器连接，用于接收温度传感器检测得到的环境温度信息及压力传感器分别检测得到的各个压力孔13对应的压力值，并根据环境温度信息及各个压力孔13对应的压力值确定风向及风速。

空气流过圆柱体表面时，圆柱表面会受到有规律的不同大小的风压，风压值与风速有关。据此设计一种风速风向测试装置，包括具有圆柱体的外壳的测试头11，同时在圆柱的外壳侧壁上设置有多个压力孔13，压力孔13一端连通外界，另一端与压力传感器通过管路密闭连通，用于检测圆柱体的外壳处受到的风压。其中，压力传感器可以为一台具有多个检测接口的压力传感器，各个压力孔13分别与压力传感器上的检测接口通过管路密封连通，压力传感器将检测得到的各个压力孔13对应的压力值发送给主控板。或，压力传感器包括多台，每个压力孔13与一个压力传感器通过管路密封连通，各个压力传感器将检测得到的对应压力孔13的压力值发送给主控板。多个压力孔13以圆柱体的外壳的圆心为中心成至少两个环形阵列分布，且多个压力孔13沿圆柱体外壳的轴向依次交错分布，用于检测圆柱体各个方向所受到的压力。由于压力孔13具有一定的面积，多个压力孔13沿圆柱体外壳的轴向交错分布可以使得在圆柱体的外壳上可以布置更多的压力孔13，以提高测量精度。

一些实施例中，参考图1及图2，多个压力孔13以圆柱体的外壳的圆心为中心成两个环形阵列，且多个压力孔13沿圆柱体外壳的轴向上下交错分布。其中，黑色圆点为位于第二个环形阵列中的压力孔13，白色圆点为位于第一个环形阵列中的压力孔13。

例如，参考图3和图4，多个压力孔13还可以以圆柱体的外壳的圆心为中心成三个、四个或更多环形阵列交错分布。可以理解的，可以满足测试需求的压力孔13的设置方式均在本发明实施例的保护范围内。

本发明实施例在圆柱体测试头11的外壳侧壁的内侧布置多个压力孔13，各个压力孔13与压力传感器连通，用于检测圆柱体测试头11的外壳处受到的压力，压力反应了风的风速及风向，根据压力传感器检测得到的各个压力孔13对应的压力值及温度值确定当前的风向及风速。该装置无需设置机械结构，不存在惯性动作及卡滞情况，不会影响装置的灵敏度及准确度。同时传感器采集信息精度高、可靠性高、反应迅速且适应性强，处理器对信息进行处理效率高且精度高，因此本发明实施例提供的风速风向测试装置灵敏度高、精度高、误差小且环境适应性好。

一些实施例中，圆柱体的外壳的直径可以为120mm。

经反复试验，当圆柱体的外壳直径为120mm时，风速的测试精度更高。

一些实施例中，圆柱体的外壳可以为亚克力材质。

一些实施例中，温度传感器可以设置在测试头11内部，压力传感器也可以设置在测试头11内部。一些实施例中，主控板可以设置在测试头11内部，或支撑杆12的内部。

一些实施例中，上述风速风向测试装置还可以包括：指北针。指北针用于调整风速风向测试装置的安装角度。使用过程中，为了便于测量，需对风速风向测试装置的安装角度进行调整，例如，使得第一个压力孔13与正北方向重合。在风速风向测试装置上设置指北针，便于对风速风向测试装置的安装角度进行调整，便于测量。

一些实施例中，支撑杆12中部设置有用于安装指北针的腔体14，腔体14的侧壁为透明材质制件。指北针水平设置。

将指北针水平设置在支撑杆12中部的透明的腔体14内，可直观的观察正北方向，方便对风速风向测试装置的安装角度进行调整，且美观。

一些实施例中，支撑杆12可以为圆柱体。

一些实施例中，风速风向测试装置还可以包括：显示屏15。

显示屏15与主控板连接，用于显示当前风速及当前风向。例如，参考图1，显示屏15可以内嵌在支撑杆12表面。或，显示屏15还可通过固定装置固定在支撑杆12上。用户可直观的观察到当前风速及风向。

一些实施例中，风速风向测试装置还可以包括电池。电池可以设置在支撑杆12内部，用于为整个装置供电。

一些实施例中，风向风速测试装置还可以包括开关。

参考图5，对应上文实施例中提供的风速风向测试装置，本发明实施例还提供了一种风速风向测试方法，包括：

步骤S101：获取温度传感器检测得到的环境温度信息及压力传感器分别检测得到的各个压力孔13对应的压力值；

步骤S102：确定多个压力值中的最大压力值及最大压力值对应的压力孔13的信息；

步骤S103：根据环境温度信息及最大压力值确定风速，并根据最大压力值对应的压力孔13的信息确定风向。

本发明实施例获取当前环境温度信息及各个压力孔13对应的压力值，进而根据风在圆柱体外壳表面产生的压力的规律确定风速及风向，效率高、测试精度高且误差小。

一些实施例中，环境温度信息包括当前华氏环境温度，风速V的计算公式为：

ρ＝3.483×10^-3×P₀/T₀

其中，P_max为最大压力值，ρ为当前空气密度，C_p为最大压力值对应位置的风压系数，P₀为大气压强，T₀为当前华氏环境温度。

一些实施例中，大气压强P₀可以为预设的大气压强，或，上述风速风向测试装置还可以包括气压计，气压计用于获取大气压强P₀，并将检测得到的大气压强P₀发送给主控板。

一些实施例中，最大压力值对应位置的风压系数C_p的值可以为1。

风压系数可以通过风洞试验测试得到。参考6和图7，经过风洞试验，最大压力值对应位置处的风压系数最大。由图可知，最大压力值对应位置的风压系数的值可以为1。

一些实施例中，参考图1，第i个压力孔13所在位置的外法线的方向沿逆时针与正北方向的夹角θ满足条件：

最大压力值对应的压力孔13的信息包括最大压力值对应的压力孔13的序号，风向角β的计算公式为：

其中，i为第i个压力孔13的序号，i＝1,2，…,N，N为多个压力孔13的个数，n为最大压力值对应的压力孔13的序号。

多个压力孔13沿圆柱体的外壳均匀分布，即，参考图2，相邻压力孔13的外法线之间的夹角均相同。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本发明实施例还提供了一种风速风向测试系统，包括：

参数获取模块，用于获取温度传感器检测得到的环境温度信息及压力传感器分别检测得到的各个压力孔13对应的压力值；

第一计算模块，用于确定多个压力值中的最大压力值及最大压力值对应的压力孔13的信息；

第二计算模块，用于根据环境温度信息及最大压力值确定风速，并根据最大压力值对应的压力孔13的信息确定风向。

一些实施例中，环境温度信息包括当前华氏环境温度，风速V的计算公式为：

ρ＝3.483×10^-3×P₀/T₀

其中，P_max为最大压力值，ρ为当前空气密度，C_p为最大压力值对应位置的风压系数，P₀为大气压强，T₀为当前华氏环境温度。

一些实施例中，最大压力值对应位置的风压系数C_p的值可以为1。

一些实施例中，第i个压力孔13所在位置的外法线的方向沿逆时针与正北方向的夹角θ满足条件：

最大压力值对应的压力孔13的信息包括最大压力值对应的压力孔13的序号，风向角β的计算公式为：

其中，i为第i个压力孔13的序号，i＝1,2，…,N，N为多个压力孔13的个数，n为最大压力值对应的压力孔13的序号。

主控板中存储有计算机程序，主控板执行计算机程序时实现如上述风速风向测试方法实施例中的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上文实施例提供的风速风向测试方法的步骤。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风速风向测试装置，其特征在于，包括：测试头、支撑杆、压力传感器、温度传感器及主控板；

所述测试头的外壳为圆柱体，所述测试头与所述支撑杆固定连接；

所述圆柱体的外壳侧壁上设置有多个压力孔；所述压力孔一端连通外界，另一端与所述压力传感器密闭连通；所述压力传感器用于分别检测各个压力孔对应的压力；

所述多个压力孔以所述圆柱体的外壳的圆心为中心成至少两个环形阵列分布，且所述多个压力孔沿所述圆柱体外壳的轴向依次交错分布；

所述温度传感器用于检测环境温度信息；

所述主控板分别与所述压力传感器及所述温度传感器连接，用于接收所述温度传感器检测得到的环境温度信息及所述压力传感器分别检测得到的所述各个压力孔对应的压力值，并根据所述环境温度信息及所述各个压力孔对应的压力值确定风向及风速。

2.如权利要求1所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述圆柱体的外壳的直径为120mm。

3.如权利要求1所述的风速风向测试装置，其特征在于，还包括：指北针；所述指北针用于调整所述风速风向测试装置的安装角度。

4.如权利要求3所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述支撑杆中部设置有用于安装所述指北针的腔体，所述腔体的侧壁为透明材质制件；

所述指北针水平设置。

5.如权利要求1至4任一项所述的风速风向测试装置，其特征在于，还包括：显示屏；

所述显示屏与所述主控板连接，用于显示当前风速及当前风向。

6.一种风速风向测试方法，适用于如权利要求1至5任一项所述的风速风向测试装置，其特征在于，所述风速风向测试方法包括：

获取所述温度传感器检测得到的环境温度信息及所述压力传感器分别检测得到的所述各个压力孔对应的压力值；

确定多个压力值中的最大压力值及所述最大压力值对应的压力孔的信息；

根据所述环境温度信息及所述最大压力值确定风速，并根据所述最大压力值对应的压力孔的信息确定风向。

7.如权利要求6所述的风速风向测试方法，其特征在于，所述环境温度信息包括当前华氏环境温度，所述风速V的计算公式为：

ρ＝3.483×10^-3×P₀/T₀

其中，P_max为所述最大压力值，ρ为当前空气密度，C_p为所述最大压力值对应位置的风压系数，P₀为大气压强，T₀为所述当前华氏环境温度。

8.如权利要求7所述的风速风向测试方法，其特征在于，所述最大压力值对应位置的风压系数C_p的值为1。

9.如权利要求6至8任一项所述的风速风向测试方法，其特征在于，第i个压力孔所在位置的外法线的方向沿逆时针与正北方向的夹角θ满足条件：

所述最大压力值对应的压力孔的信息包括所述最大压力值对应的压力孔的序号，风向角β的计算公式为：

其中，i为第i个压力孔的序号，i＝1,2，…,N，N为所述多个压力孔的个数，n为所述最大压力值对应的压力孔的序号。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求6至9任一项所述的风速风向测试方法的步骤。

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