CN205139167U - 超声波测风仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超声波测风仪，包括：多个超声波探头、处理电路以及容纳超声波探头和处理电路的壳体；壳体包括发射面和反射面，发射面和反射面分别为弧面，发射面和反射面相对设置且间隔预设距离形成空间；超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头，第一超声波探头和第二超声波探头及分布发射面或者反射面上，第一超声波探头的发射信号发射后在空间内通过反射面与发射面的多次反射被第二超声波探头接收；处理电路与超声波探头连接，用于获取超声波探头的收发数据并根据收发数据得到风速和风向的测量结果。该超声波测风仪的发射面和反射面之间的预设距离可以很小，从而可以减小超声波测风仪的体积。
Description
技术领域
本实用新型涉及测风仪领域，特别是涉及一种超声波测风仪。
背景技术
超声波测风仪是指利用发送超声波脉冲，测量接收端的时间或频率差别(多普勒频移)来计算风速和风向的测量传感器或测量仪器。超声波测风仪被应用在多个技术领域，如环境检测、风力发电、测风塔和气象站等。现有的超声波测风仪大都直径超过10Cm，体积较大，因体积较大需要消耗的资源也较多。
实用新型内容
基于此，有必要提供一种体积小的超声波测风仪。
一种超声波测风仪，包括：多个超声波探头、处理电路以及容纳超声波探头和处理电路的壳体；
壳体包括发射面和反射面，发射面和反射面分别为弧面，发射面和反射面相对设置且间隔预设距离形成空间；
超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头，第一超声波探头和第二超声波探头及分布发射面或者反射面上，第一超声波探头的发射信号发射后在空间内通过反射面与发射面的多次反射被第二超声波探头接收；
处理电路与超声波探头连接，用于获取超声波探头的收发数据并根据收发数据得到风速和风向的测量结果。
在其中一种实施方式中，壳体包括相互间隔设置的发射壳体和反射壳体，发射面形成于发射壳体面向反射壳体的一侧，反射面形成于反射壳体面向发射壳体的一侧，发射壳体与反射壳体呈中心对称设置，发射面和反射面分别为球面。
在其中一种实施方式中，超声波探头还包括第三超声波探头和第四超声波探头，第一超声波探头、第二超声波探头、第三超声波探头和第四超声波探头均可选地发射信号或者接收信号，发射信号的波束开角大于60°，每个超声波探头的发射信号经反射面与发射面多次反射后被与其相邻的两个超声波探头接收。
在其中一种实施方式中，发射面和反射面的球面半径为发射壳体和反射壳体的预设距离的15～25倍。
在其中一种实施方式中，超声波探头均分布于发射面上。
在其中一种实施方式中，反射面设有防水涂层。
在其中一种实施方式中，发射壳体的外表面设有防水透气孔。
在其中一种实施方式中，发射壳体和反射壳体通过空心钢柱连接；处理电路包括测量电路和微处理器，测量电路与超声波探头连接，设置在发射壳体内；微处理器设置在反射壳体内，通过连接线与测量电路连接，连接线穿过空心钢柱。
在其中一种实施方式中，还包括安装底座，安装底座与壳体连接，安装底座的底部设置螺纹孔，用于将超声波测风仪连接在安装设备上。
在其中一种实施方式中，还包括位于壳体下方的定北结构。
由于第一超声波探头的发射信号经过发射面和反射面的多次反射才被第二超声波探头接收，即使发射面和反射面之间的预设距离很小，但由于反射信号经过多次反射才被另一超声波探头接收，因此，反射信号的反射路径较长，从而能够避免发射信号的余震信号的影响。一方面，能够提高超声波测风仪的计算精度，另一方面，发射面和反射面之间的预设距离可以很小，从而可以减小超声波测风仪的体积。
附图说明
图1为一种实施方式的超声波测风仪的正视图；
图2为图1所示超声波测风仪的斜视图；
图3为一种实施方式的超声波探头的一个发射信号的反射路径示意图；
图4为一种实施方式的超声波探头的全部发射信号的反射路径示意图。
具体实施方式
如图1和如图2所示，一种超声波测风仪，包括：多个超声波探头10、处理电路(图未示)以及容纳超声波探头10和处理电路的壳体20。
壳体20包括发射面211和反射面221，发射面211和反射面221分别为弧面，发射面211和反射面221相对设置且间隔预设距离形成空间。
超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头，第一超声波探头和第二超声波探头及分布发射面211或者反射面221上，第一超声波探头的发射信号发射后在空间内通过反射面2211与发射面211的多次反射被第二超声波探头接收。
处理电路与超声波探头10连接，用于获取超声波探头10的收发数据并根据收发数据得到风速和风向的测量结果。
由于发射面211与反射面221为相对设置的弧面，如图3所示，位于发射内超声波探头10的发射信号受发射面211弧度的影响，发射信号呈一定的角度被发射后到达反射面221，反射面221接收到发射信号后，改变发射角度，将发射信号反射至发射面211，受发射弧面的影响发射信号被反射至反射面221，从而经过发射面211和反射面221的多次反射，第一超声波探头1的发射信号被第二超声波探头2接收。
以第一超声波探头1为例，第一超声波探头1的发射信号，到达球反射面进行反射，发射波又返回到发射面，这样在发射面和反射面之间进行多次反射，最后到达第二超声波探头2。
根据超声波测风仪的原理，其是根据发射端发射超声波与接收端接收超声波的时间或频率差别来计算风速和风向的，若发射端和接收端的距离较短，发射信号经过的路径较短，则接收端则可能还未避开发射信号的余震信号从而无法正常的接收到发射信号，从而导致超声波测风仪的计算误差。因此，超声波测风仪的发射信号需要经过足够长的路径以拉大发射端发射超声波与接收端接收超声波的时间或频率差别。
而本实用新型的超声波测风仪，由于第一超声波探头的发射信号经过发射面和反射面的多次反射才被第二超声波探头接收，即使发射面和反射面之间的预设距离很小，但由于反射信号经过多次反射才被另一超声波探头接收，因此，反射信号的反射路径较长，从而能够避免发射信号的余震信号的影响。一方面，能够提高超声波测风仪的计算精度，另一方面，发射面和反射面之间的预设距离可以很小，从而可以减小超声波测风仪的体积。
在另一种实施方式中，如图1和图2所示，壳体20包括相互间隔设置的发射壳体21和反射壳体22，发射面211形成于发射壳体21面向反射壳体22的一侧，反射面221形成于反射壳体22面向发射壳体21的一侧，发射壳体21与反射壳体22呈中心对称设置，发射面和反射面分别为球面。
通过将壳体设为相互间隔设置的发射壳体21与反射壳体22，以在壳体上形成相对的发射面211与反射面221，以及供超声波探头的发射信号在发射面211与反射面221反射的空间。发射壳体21与反射壳体22呈中心对称设置，从而使得发射面211和反射面221呈中心对称，在具体的实施方式中，可将第一超声波探头与第二超声波探头对称分布在发射面上，从而使每个超声波探头的发射信号至另一超声波探头的路径相同，便于处理电路对超声波的收发数据进行处理。
在另一种实施方式中，超声波探头还包括第三超声波探头和第四超声波探头，第一超声波探头、第二超声波探头、第三超声波探头和第四超声波探头均可选地发射信号或者接收信号。发射信号的波束开角大于60°，每个超声波探头的发射信号经反射面与发射面多次反射后被与其相邻的两个超声波探头接收。
超声波探头的发射信号的波束开角与发射面的弧度和超声波探头的安装角度有关，通过综合发射面的弧度和超声波探头的安装角度，使得超声波探头的发射信号的波束开角大于60°，一方面，能够确保发射信号在发射壳体与反射壳体的腔体内经过多次反射，反射信号经过的反射路径越长，能够进一步的缩短反射壳体与发射壳体的预设距离，另一方面，使得每一超声波的发射信号到达反射面后，分别向两侧进行反射，由于多个超声波探头均匀的分布在发射面上，从而能使每一个超声波探头的发射信号同时被其相邻的两个超声波探头接收，通过获取更多的超声波收发数据以提高超声波测风仪风速测量的准确性，提高超声波测风仪的测量性能。
如图4所示，第一超声波探头1的发射信号，第二超声波探头2和第四超声波探头4同时接收；第二超声波探头2的发射信号，第一超声波探头1和第三超声波探头3同时接收；第三超声波探头3的发射信号，第二超声波探头2和第四超声波探头4同时接收；第四超声波探头4的发射信号，第一超声波探头1和第三超声波探头3同时接收。以第一超声波探头1为例，第一超声波探头1的发射信号，到达球反射面进行反射，发射波又返回到发射面，这样在发射面和反射面之间进行多次反射，最后到达第二超声波探头2，由于发射信号的波束开角足够大，第一超声波探头1的发射信号在发射面和反射面之间进行多次反射，还可以到达第四超声波探头4。
在另一种实施方式中，发射面211和反射面221的球面半径大于发射壳体21和反射壳体22的预设距离，发射面和反射面的球面半径为发射壳体和反射壳体的预设距离的15～25倍，由于发射面与反射面为球面，且发射壳体和反射壳体的间距较小，一方面能够增加发射信号在发射面和反射面之间的反射次数，另一方面，能够缩小超声波测风仪的体积。
在具体的实施方式中，发射面和反射面的球面半径为发射壳体和反射壳体的预设距离的20倍，例如，发射面和反射面的球面半径为200mm，发射壳体和反射壳体的预设距离为10mm，由于发射面和反射面的球面半径较小，发射面与反射面的弧度较小，超声波探头的发射信号以较小的角度在发射壳体和反射壳体之间的空间内反射，且由于发射壳体和反射壳体的预设距离较小，因此，超声波的发射信号经过多次反射后才能被其相邻的两个超声波探头接收到，从而能够将超声波测风仪的体积做得较小。
在另一种实施方式中，超声波探头均匀的分布在发射面211上，由于四个超声波探头均匀的分布在发射面上，因此，每一个超声波探头的发射信号到其它相邻超声波探头的反射路径相同。
在另一种实施方式中，反射面221还设有防水涂层。防水涂层能够对滞留在反射面的雨水等进行快速的疏导，从而避免由于雨水的堆积造成的测量误差。
在另一种实施方式中，发射壳体21的外表面设有防水透气孔，从而保持壳体内外的压差平衡，防止完全密闭环境造成的影响。
在另一种实施方式中，发射壳体21和反射壳体22通过空心钢柱23连接；处理电路包括测量电路和微处理器，测量电路与超声波探头10连接，设置在发射壳体21内，用于获取超声波探头的收发数据；微处理器设置在反射壳体22内，通过连接线与测量电路连接，用于根据收发数据计算得到风速和风向的测量结果，连接线穿过空心钢柱23。空心钢柱23起到连接发射壳体21和反射壳体22的作用，同时，为发射壳体21和反射壳体22之间的电路结构提供连接通道。同时，空心钢柱结构有利于提高超声波测风仪的强度，延长其使用寿命。
在另一种实施方式中，超声波测风仪还包括安装底座30，安装底座30与反射壳体22连接，安装底座30的底部设置螺纹孔，方便将超声波测风仪连接在安装设备上。
在另一种实施方式中，超声波测风仪还包括位于壳体20下方的定北结构31，在具体的实施方式中，定北结构为位于安装底座30上设有定北平面31，将超声波测风仪安装时，将定北平面指向正北方向，用户在使用时，通过激光笔等工具能够快速准确的定北。
本实用新型所超声波测风仪，一方面能够缩短发射壳体和反射壳体之间的预设距离，从而使得超声波测风仪的体积变小，另一方面，通过设计使得每一超声波探头的发射信号能够被相邻的超声波探头接收到，因此，能够提高超声波测风仪的测量精度。
本实用新型的超声波测风仪体积小，功耗低，精度高，可广泛应用于各种野外，室内，手持，车载等测风应用场合。其全向性测量性能好，避免了超声波由于结构影响造成的某些角度上测试性能下降。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种超声波测风仪，其特征在于，包括：多个超声波探头、处理电路以及容纳所述超声波探头和处理电路的壳体；
所述壳体包括发射面和反射面，所述发射面和所述反射面分别为弧面，所述发射面和所述反射面相对设置且间隔预设距离形成空间；
所述超声波探头包括第一超声波探头和第二超声波探头，所述第一超声波探头和所述第二超声波探头及分布所述发射面或者所述反射面上，所述第一超声波探头的发射信号发射后在所述空间内通过所述反射面与所述发射面的多次反射被所述第二超声波探头接收；
所述处理电路与所述超声波探头连接，用于获取所述超声波探头的收发数据并根据所述收发数据得到风速和风向的测量结果。
2.根据权利要求1所述的超声波测风仪，其特征在于，所述壳体包括相互间隔设置的发射壳体和反射壳体，所述发射面形成于所述发射壳体面向所述反射壳体的一侧，所述反射面形成于所述反射壳体面向所述发射壳体的一侧，所述发射壳体与所述反射壳体呈中心对称设置，所述发射面和所述反射面分别为球面。
3.根据权利要求1所述的超声波测风仪，其特征在于，所述超声波探头还包括第三超声波探头和第四超声波探头，所述第一超声波探头、所述第二超声波探头、所述第三超声波探头和所述第四超声波探头均可选地发射信号或者接收信号，所述发射信号的波束开角大于60°，每个所述超声波探头的发射信号经所述反射面与所述发射面多次反射后被与其相邻的两个超声波探头接收。
4.根据权利要求1所述的超声波测风仪，其特征在于，所述发射面和反射面的球面半径为所述发射壳体和反射壳体的预设距离的15～25倍。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的超声波测风仪，其特征在于，所述超声波探头均分布于所述发射面上。
6.根据权利要求1所述的超声波测风仪，其特征在于，所述反射面设有防水涂层。
7.根据权利要求2所述的超声波测风仪，其特征在于，所述发射壳体的外表面设有防水透气孔。
8.根据权利要求2所述的超声波测风仪，其特征在于，所述发射壳体和反射壳体通过空心钢柱连接；所述处理电路包括测量电路和微处理器，所述测量电路与所述超声波探头连接，设置在所述发射壳体内；所述微处理器设置在所述反射壳体内，通过连接线与所述测量电路连接，所述连接线穿过所述空心钢柱。
9.根据权利要求1所述的超声波测风仪，其特征在于，还包括安装底座，所述安装底座与所述壳体连接，所述安装底座的底部设置螺纹孔，用于将所述超声波测风仪连接在安装设备上。
10.根据权利要求1所述的超声波测风仪，其特征在于，还包括位于所述壳体下方的定北结构。
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