CN113125804B - 一种基于频率计时的启动风速校准方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种校准方法及装置，尤其涉及一种基于频率计时的起动风速校准方法。该方法从风速传感器机械转动系统的物理特性及物体的运动规律作为出发点，通过对比被校风速传感器与示值传递风速传感器的风杯转动时间，可以方便快捷地判定被校风速传感器起动风速是否合格。该方法操作简单，实用性强，整个过程无需人工干预，提高了校准精度，确保了校准数据的准确可靠。该装置体积小，携带方便，可配备12V蓄电池，无需提供市电电源，既可在室内使用也可在现场移动计量校准车内开展工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种校准方法及装置，尤其涉及一种基于频率计时的起动风速校准方法。
背景技术
2019年，山东省全省气象部门共有123个大监自动气象站、1553个区域自动气象站，分布于我省的城市和村镇。受我省气象计量检定人员人数、设备所限，山东省级气象计量检定所只对全省123个大监自动气象站风传感器进行实验室检定。大量的区域自动气象站风传感器只能通过市、县气象工作人员进行校准。当前，我国气象部门用于校准区域自动气象站启动风速的主要装置是一个顶部有圆形开口的圆柱形洞体，将风速传感器放置于洞体内，内置风机经壁内出风口吹动风杯，叶轮风速表通过洞体上部的开口感应风的强度，叶轮风速表示值与标准示值比较，以此判定起动风速是否合格。此种方式在校准过程中存在叶轮风速表示值刷新延迟及装置体积较大，搬运不便等不利方面。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种基于频率计时的起动风速校准方法及装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于频率计时的起动风速校准方法，其特征在于，步骤如下：
（1）选取一经实验室检定合格的最大启动风速示值为0.5m/s的风速传感器作为示值传递风速传感器；
（2）在静风条件下，将示值传递风速传感器置于校准装置底座上，将示值传递风速传感器信号输出插座与校准装置连接。按下校准键，通过外力作用使风杯转动，当校准装置显示示值传递风速传感器输出频率大于XHz时，停止对风杯的外力作用，风杯做自由降速转动，装置内部频率采集电路采集到当传感器输出频率回落至设定值XHz时，计时电路开始自动计时，输出频率为0时，计时停止。得到示值传递风速传感器风杯转动标准时间T；
（3）在静风条件下，将被校风速传感器置于校准装置底座上，将被校风速传感器信号输出插座与校准装置连接。按下校准键，通过外力作用使风杯转动，当被校风速传感器输出频率大于XHz时，停止对风杯的外力作用，风杯做自由降速转动，装置内部频率采集电路采集到当传感器输出频率回落至设定值XHz时，计时电路开始自动计时，输出频率为0时，计时停止，得到被校风速传感器风杯转动时间T1；
（4）若T1≥T，则被校风速传感器起动风速合格，若T1＜T，则被校风速传感器起动风速不合格。
优选的，所述风速传感器输出频率设定值X，受不同厂家风速传感器的风杯转动半径和光栅盘格数不同会略有差异，气象上常用的2种类型风速传感器天津气象仪器厂EL15-1/1A/1C型X值设为40为宜，江苏省无线电研究所ZQZ-TF风速传感器X值设为30为宜。
优选的，所述外力为采用手持式电吹风设备吹动风杯或手动拨动风杯。
优选的，本发明还公开一种用上述校准方法对风速传感器进行校准的起动风速校准装置，包括壳体，所述壳体设置有用于固定风速传感器的圆筒形底座，所述壳体正面设置有风速传感器供电电源5V、12V选择开关、风速传感器型号选择开关、校准键和用于显示风速传感器风速值、频率值、计时时间参数信息的实时显示屏，所述壳体内部设置频率采集电路和计时电路，所述壳体侧面设置有与上位机通信的RS232接口，实现风速传感器校准信息的录入及校准数据保存。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：
（1）本发明从风速传感器转动系统的物理特性及物体的运动规律作为出发点，以被校风速传感器在无外力作用下输出频率回落至某一设定频率值XHz时自动计时电路开始计时，当输出频率为0Hz时，计时结束，得到一风杯转动时间T1，通过T1与风杯转动标准时间T比较，判定被校风速传感器启动风速是否合格。该方法校准过程无须人工干预，提高了校准精度，确保了校准数据的准确可靠，自动化程度较高。
（2）该装置体积小，携带方便、操作简单，实用性强。另外该装置可配备12V蓄电池，无需提供市电电源，既可在室内使用也可在现场移动计量校准车内开展工作。
（3）通过RS232接口可实现与上位机通讯，实现自动出具校准证书等功能。
附图说明
图1为EL15-1A型杯式风速传感器风速转动系统结构图；
图2为本发明所述起动风速校准装置结构示意图；
图1中：1、风杯，2、轴，3、轴承，4、圆形光栅装置，5、U型光敏装置
图2中：6、壳体，7、底座，8、传感器供电选择开关，9、传感器型号选择开关，10、显示屏，11、RS232接口,12、校准键。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
目前我国气象上用于测量风速的仪器是风杯式风速传感器，主要由风速测量传感器、转换电路和信号输出电路组成。
如图1所示，风速传感器由三个铝质风杯1(互成120°角)、内装随风杯轴旋转的圆形光栅装置4、U型光敏装置5及信号输出插座等部件组成。当风杯1带着圆形光栅4转动时，U型光敏装置5内的光敏三极管时而导通时而截止，这样就能得到与风杯转速成正比的频率信号，由计数器计数，经转换即可得到实际的风速值。由于不同厂家风速传感器的风杯转动半径和光栅盘格数会有不同，风杯组每转动一圈，输出的脉冲频率数也就不一样。如天津气象仪器厂生产的EL5-1A型风速传感器圆形光栅装置栅格数为44，这样风杯组每转动一圈，就会产生44个脉冲频率信号。风杯转速在风速测量范围内与风速有良好线性关系,使输出的脉冲频率与风速成正比。
从图中看出，轴承3、轴2、风杯1组成了风速传感器机械转动系统，轴承3是风速传感器中关键的机械部件，起固定作用和降低运动过程中的摩擦系数，其性能好坏（如轴承磨损引起的形变、轴承内部的灰尘污染）直接关系到启动风速的大小。从物体得运动规律可知，同等质量的运动物体，速度相同，则动能相等。在相同速度下，同一型号的风速传感器，风杯质量相等，这样轴承性能越好的风速传感器，风杯转动时间也就越长。本发明正是基于风杯核心部件轴承的物理特性和物体的运动规律出发作为该发明研究的出发点。
为此，本发明公开一种基于频率计时的起动风速校准方法，该方法所述示值传递风速传感器、被校风速传感器均为同型号风速传感器。依据“JJG（气象）004-2011自动气象站风向风速传感器”检定规程，测量范围为（0～60）m/s的风速传感器，其启动风速：≤0.5m/s，故示值传递风速传感器取启动风速合格范围的上限0.5m/s。步骤如下：
（1）选取一经实验室检定合格的最大启动风速示值为0.5m/s的风速传感器作为示值传递风速传感器；
（2）在静风条件下，将示值传递风速传感器置于校准装置底座上，将示值传递风速传感器信号输出插座与校准装置连接。按下校准键，通过外力作用使风杯转动，当校准装置显示示值传递风速传感器输出频率大于XHz时，停止对风杯的外力作用，风杯做自由降速转动。装置内部频率采集电路采集到当传感器输出频率回落至设定值XHz时，计时电路开始自动计时，输出频率为0时，计时停止。得到示值传递风速传感器风杯转动标准时间T。
（3）在静风条件下，将被校风速传感器置于校准装置底座上，将被校风速传感器信号输出插座与校准装置连接。按下校准键，通过外力作用使风杯转动，当被校风速传感器输出频率大于XHz时，停止对风杯的外力作用，风杯做自由降速转动，装置内部频率采集电路采集到当传感器输出频率回落至设定值XHz时，计时电路开始自动计时，输出频率为0时，计时停止，得到被校风速传感器风杯转动时间T1；
（4）若T1≥T，则被校风速传感器起动风速合格，若T1＜T，则被校风速传感器起动风速不合格。
本发明还公开一种用上述校准方法对风速传感器进行校准的的起动风速校准装置，如图2所示，装置外部为壳体6，壳体上部设置有用于固定风速传感器的圆筒形底座7，壳体的正面设置有风速传感器供电电源5V、12V选择开关8、风速传感器型号选择开关9、校准键12和用于显示风速传感器风速值、频率值、计时时间参数信息的实时显示屏10，壳体内部设置频率采集电路和计时电路，壳体侧面设置有与上位机通信的RS232接口11，实现风速传感器校准信息的录入及校准数据的保存。
Claims (4)
1.一种基于频率计时的起动风速校准方法，其特征在于，步骤如下：
(1)选取一经实验室检定合格的最大启动风速示值为0.5m/s的风速传感器作为示值传递风速传感器；
(2) 在静风条件下，将示值传递风速传感器置于校准装置底座上，将示值风速传感器信号输出插座与校准装置连接，按下校准键，通过外力作用使风杯转动，当校准装置显示示值传递风速传感器输出频率大于XHz时，停止对风杯的外力作用，风杯做自由降速转动，装置内部频率采集电路采集到当传感器输出频率回落至设定值XHz时，计时电路开始自动计时，输出频率为0时，计时停止，得到示值传递风速传感器风杯转动标准时间T；
（3）在静风条件下，将被校风速传感器置于校准装置底座上，将被校风速传感器信号输出插座与校准装置连接，按下校准键，通过外力作用使风杯转动，当被校风速传感器输出频率大于XHz时，停止对风杯的外力作用，风杯做自由降速转动，装置内部频率采集电路采集到当传感器输出频率回落至设定值XHz时，计时电路开始自动计时，输出频率为0时，计时停止，得到被校风速传感器风杯转动时间T1；
（4）若T1≥T，则被校风速传感器起动风速合格，若T1＜T，则被校风速传感器起动风速不合格。
2.根据权利要求1所述的基于频率计时的起动风速校准方法，其特征在于，以风速传感器在无外力作用下输出频率回落至设定值XHz时为计时条件，以风速传感器风杯转动时间作为风速传感器起动风速是否合格的判定依据。
3.根据权利要求1所述的基于频率计时的起动风速校准方法，其特征在于，所述外力为采用手持式电吹风设备吹动风杯或手动拨动风杯。
4.一种基于权利要求1-3任一所述的起动风速校准方法的校准装置，其特征在于：包括壳体（6），所述壳体（6）设置有用于固定风速传感器的圆筒形底座（7），所述壳体（6）正面设置有风速传感器供电电源5V、12V选择开关（8）、风速传感器型号选择开关（9）、校准键（12）和用于显示风速传感器风速值、频率值、计时时间参数信息的实时显示屏（10），所述壳体（6）内部设置频率采集电路和计时电路，所述壳体（6）侧面设置有与上位机通信的RS232接口（11），实现风速传感器校准信息的录入及校准数据保存，如此设计，使得校准人员可以直观地看到风速传感器风速值、频率值、计时时间实时校准信息，校准过程无须人工干预，自动化程度较高。
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