CN201945603U

CN201945603U - 超声波风速风向仪

Info

Publication number: CN201945603U
Application number: CN2010206283181U
Authority: CN
Inventors: 宾荣权; 孙泽翔
Original assignee: SHENZHEN FLYING-WIS INSTRUMENTS Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN FLYING-WIS INSTRUMENTS Co Ltd
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2020-11-23

Abstract

本实用新型涉及一种风速与风向仪，具体涉及一种超声波风速风向仪，包括垂直交叉设置于同一水平面上的两对超声波传感器；在所述超声波传感器的信号输出端上连接有一模数(A/D)转换电路；在所述超声波传感器的控制输入端连接有一单片机运算控制电路；所述模数(A/D)转换电路将经过模数转换后的超声波信号传送给所述单片机运算控制电路处理。本实用新型将传统机械式的风杯风速仪、风向标改为了超声波测试电路，避免了风杯的长时间机械转动所带来的磨损，从而延长了使用寿命，当然能够降低维护成本。

Description

超声波风速风向仪

技术领域

本实用新型涉及一种风速与风向仪，具体涉及一种超声波风速风向仪。

背景技术

风速、风向是气象预报中的重要参数，目前对于风速、风向的测量仍沿用传统机械式的风杯风速仪、风向标。它不仅仅容易磨损使用寿命短，而且，维护的成本较高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型目的在于提供了一种使用寿命更长的超声波风速风向仪。

为实现上述发明目的，本实用新型的技术方案是：

一种超声波风速风向仪，包括垂直交叉设置于同一水平面上的两对超声波传感器；在所述超声波传感器的信号输出端上连接有一模数(A/D)转换电路；在所述超声波传感器的控制输入端连接有一单片机运算控制电路；所述模数(A/D)转换电路将经过模数转换后的超声波信号传送给所述单片机运算控制电路处理。

优选的，在所述模数(A/D)转换电路与所述超声波传感器之间还串联有一带通放大电路。

优选的，在所述带通放大电路与所述超声波传感器之间还串联有一电子模拟开关。

优选的，所述两对超声波传感器设置于同一圆周上。

优选的，所述四个超声波传感器为发射频率200K赫兹的超声波换能器。

优选的，所述电子模拟开关为4选1的电子模拟开关。

本实用新型使用时，同一对超声波传感器之间相互发送与接收超声波信号，模数(A/D)转换电路将接收到的超声波模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号后传输给单片机计算控制电路，所述单片机计算控制电路记录超声波从发送到接收之间的时间，然后通过单片机计算控制电路计算出风速风向数据。

由上可知，本实用新型将传统机械式的风杯风速仪、风向标改为了超声波测试电路，避免了风杯的长时间机械转动所带来的磨损，从而延长了使用寿命，当然能够降低维护成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为本实用新型的电路原理结构框图；

图2为本实用新型的超声波传感器的位置关系图；

图3为本实用新型的机械结构示意图。

图中：

1、第一超声波传感器 2、第二超声波传感器

3、第三超声波传感器 4、第四超声波传感器

5、电子模拟开关 6、带通放大器

7、模数转换电路 8、单片机运算控制电路

9、底座 10、腔体

11、顶盖 12、零位指示标

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1、图2所示，本实用新型公开了一种超声波风速风向仪，包括设置于同一水平面的第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、以及第四超声波传感器4，第一超声波传感器1与第二超声波传感器2所在直线和所述第三超声波传感器3与第四超声波传感器4所在直线相互垂直，以上四个超声波传感器设置于同一圆周上，它们为发射频率200K赫兹的超声波换能器；在各个超声波传感器的信号输出端上串联有一模数(A/D)转换电路7；在所述超声波传感器的控制输入端连接有一单片机运算控制电路8；所述模数(A/D)转换电路7将经过模数转换后的超声波信号传送给所述单片机运算控制电路8处理；在所述模数(A/D)转换电路7与各个超声波传感器之间还串联有一带通放大电路6；在所述带通放大电路6与各个超声波传感器之间还串联有一电子模拟开关5，电子模拟开关为4选1的电子模拟开关。

图3为本实用新型的机械结构示意图，如图所示，第一超声波传感器1、第二超声波传感器2、第三超声波传感器3、第四超声波传感器4安装在同一平板上，在所述平板上方设置有一顶盖11，在顶盖11上设有零位指示标12；在腔体10内安装本发明的电路板，在最下方有一底座9。

本实用新型采取的是超声波时差法测量风速风向原理：依据超声波在空气中传递是时间变化量来计算出风的速度和方向。

假设风从A点吹到B点，其中风速、风向测量原理如下：

A，B两点的距离为L，声速为C，风速为V，通过测量超声波从A点传送到B点的时间为t1，可计算出其速度：V＝L/t1-C；

由于，声波在静止空气中的传播速度是温度跟气压之间的函数，要想精确测定空气中声波的速度是很困难的。因此，再测得超声波是从B点传送到A点的时间为t2，则V＝C-L/t2。

最后，将两次测量的风速相加变换可得：V＝L/2(1/t1-1/t2)；此时，风速V就只和测量方向上的传播时间t1、t2和传播距离L有关，保障了其测量的准确性。

由于，实际测量时风向是不定的，不可能风总是从A点吹到B点。为了能够测量实际的风速，则可在同一水平面上划定横纵轴，分别按照前述方法测定风速在横轴与纵轴方向上的速度矢量V1与V2，则实际的风速为：

V = \sqrt{{V_{1}}^{2} + {V_{2}}^{2}}

根据速度矢量即可计算出风向：

由测量计算知横轴、纵轴方向速度矢量分别为V1、V2，假设风向与横轴的夹角为θ，则：

tgθ＝V2/V1。

因此，本实用新型通过测量正反向A到B、与反方向B到A这两个方向上声波的传递时间t1、t2来消除声速的影响，进而达到测量的准确性。

本实用新型使用时，单片机计算控制电路8记录：超声波从第一超声波传感器1传送到第二超声波传感器2的时间t1，超声波从第二超声波传感器2传送到第一超声波传感器1的时间t2，超声波从第三超声波传感器3传送到第四超声波传感器4的时间t3，超声波从第四超声波传感器4传送到第三超声波传感器3的时间t4；单片机计算控制电路8根据之前的原理得出实际风速与风向。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种超声波风速风向仪，其特征在于：

包括垂直交叉设置于同一水平面上的两对超声波传感器；

在所述超声波传感器的信号输出端上连接有一模数(A/D)转换电路；

在所述超声波传感器的控制输入端连接有一单片机运算控制电路；

所述模数(A/D)转换电路将经过模数转换后的超声波信号传送给所述单片机运算控制电路处理。

2.根据权利要求1所述的超声波风速风向仪，其特征在于：

在所述模数(A/D)转换电路与所述超声波传感器之间还串联有一带通放大电路。

3.根据权利要求2所述的超声波风速风向仪，其特征在于：

在所述带通放大电路与所述超声波传感器之间还串联有一电子模拟开关。

4.根据权利要求1至3任一项所述的超声波风速风向仪，其特征在于：

所述两对超声波传感器设置于同一圆周上。

5.根据权利要求4所述的超声波风速风向仪，其特征在于：

所述四个超声波传感器为发射频率200K赫兹的超声波换能器。

6.根据权利要求4所述的超声波风速风向仪，其特征在于：

所述电子模拟开关为4选1的电子模拟开关。