KR20160050119A - Appratus and method for measuring velocity and direction of wind using ultrasonic - Google Patents

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KR20160050119A KR1020140147056A KR20140147056A KR20160050119A KR 20160050119 A KR20160050119 A KR 20160050119A KR 1020140147056 A KR1020140147056 A KR 1020140147056A KR 20140147056 A KR20140147056 A KR 20140147056A KR 20160050119 A KR20160050119 A KR 20160050119A
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양주란
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진동진
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Abstract

The present invention relates to a device and a method for measuring the velocity and direction of the wind, wherein square waves with a constant frequency are continuously transmitted to multiple high-speed ultrasonic sensors and accordingly the current velocity and direction of the wind are measured based on a phase difference between a signal received by the ultrasonic sensors and a transmitted signal. The device for measuring the velocity and direction of the wind using ultrasonic waves according to the present invention comprises: an ultrasonic sensor module consisting of multiple transmission and reception sensors for transmitting and receiving ultrasonic waves; and a wind direction and wind velocity measuring means for measuring the velocity and direction of the wind based on transmitted and received signals via the ultrasonic sensor module while controlling the ultrasonic transmission and reception of the ultrasonic sensor module. The ultrasonic sensor module includes two or more pairs of transmission and reception sensors, which have multiple transmission and reception sensors arranged at regular intervals to face each other in a certain axial direction, in different axial directions. The wind direction and wind velocity measuring means configures the ultrasonic sensor module in different operation groups depending on the operation mode of the multiple transmission and reception sensors, transmits a square wave signal to a transmission and reception sensor in a transmission mode to correspond to a preconfigured operation group, calculates a phase difference between a transmitted square wave signal and a received square wave signal by converting an ultrasonic signal, which has been received from a transmission and reception sensor in a reception mode, into a square wave signal, calculates a velocity vector for each operation group via the phase difference, calculates a velocity vector for a corresponding directional axis via differences between velocity vectors for different operation groups in the same directional axis, and calculates the current velocity of the wind and the direction of the wind via the summation of the velocity vectors in different directional axes.

Description

초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치 및 그 방법{Appratus and method for measuring velocity and direction of wind using ultrasonic}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring wind velocity using an ultrasonic wave,

본 발명은 다수의 고속 초음파센서로 일정 주파수의 구형파를 연속적으로 전송하고 이에 대해 초음파센서를 통해 수신되는 신호와 송신 신호간의 위상차를 근거로 현재 풍속 및 풍향을 측정할 수 있도록 된 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for continuously transmitting a square wave of a predetermined frequency to a plurality of high-speed ultrasonic sensors and measuring a current wind velocity and a wind direction based on a phase difference between a signal received through the ultrasonic sensor and a transmission signal, And a measuring method thereof.

풍향풍속계는 풍향과 풍속을 동시에 측정할 수 있는 장치로써, 최근에는 초음파 센서를 사용하여 바람의 속도와 방향을 측정하는 풍향풍속 측정장치가 개발되어 이용되고 있다. 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치는 소형화에 어려움이 있으나 높은 정확도를 가지며 비접촉식이라 내구성이 우수한 특성을 갖는다.The wind direction anemometer is a device capable of simultaneously measuring the wind direction and the wind speed. Recently, a wind speed measuring device for measuring wind speed and direction using an ultrasonic sensor has been developed and used. The wind speed measuring device using ultrasonic waves has difficulty in miniaturization but has high accuracy and non-contact type, and thus has excellent durability.

또한, 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치는 보통 초음파의 이동시간 변화를 이용하는 방법과, 바람의 이동 경로 상에 장애물을 삽입하여 유체의 흐름에 의해 발생하는 와류에 따른 주파수 변화를 이용하는 방법을 이용하도록 구성된다. 그러나, 상기 와류에 따른 주파수 변화를 이용하는 방법은 맥동적인 비정상 상태의 유체인 경우 불규칙한 와류가 발생하여 정확도가 떨어지고, 구조상 풍향 측정에는 부적합하기 때문에, 바람의 속도 및 방향을 동시에 측정하기 위해서는 주로 초음파의 이동시간을 이용한다.In addition, the device for measuring the wind direction velocity using the ultrasonic wave is configured to use a method of using the change of the movement time of the ultrasonic wave in general and a method of using the frequency change due to the vortex generated by the flow of the fluid by inserting the obstacle in the wind path do. However, since the method using the frequency variation according to the vortex generates an irregular vortex due to a pulsating unsteady fluid, the accuracy is lowered and it is not suitable for the measurement of wind direction in structure. Therefore, in order to simultaneously measure the wind speed and direction, Use the travel time.

즉, 상기한 초음파의 이동 시간 변화를 이용하는 풍향풍속 측정장치는, 초음파 송수신기를 유체의 이동 방향과 일정한 각을 갖는 동일선 상에 마주보게 위치시키고, 상기 초음파 송수신기 사이로 이동하는 유체에 의한 초음파 이동시간 변화를 측정하여 속도를 측정하도록 구성된다.That is, the above-described wind speed measuring apparatus using the change in the travel time of the ultrasonic wave is characterized in that the ultrasonic transceiver is placed facing the same line having a certain angle with the moving direction of the fluid, and the ultrasonic wave traveling time change due to the fluid moving between the ultrasonic transceivers So as to measure the speed.

한편, 일반적으로 지상 기상관측이나 해양풍속을 관측하기 위해서는 최대 80m/s의 측정범위를 요구한다. On the other hand, in general, a measurement range of up to 80 m / s is required in order to observe the ground weather observation or the ocean wind speed.

그런데, 종래 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치는 단일의 초음파센서를 사용하여 위상차를 측정하는 바, 이 경우 0~30 m/s 로 측정범위가 협소하여 기상관측이나 해상풍속을 측정하기에는 불가능하다는 문제가 있게 된다.Conventionally, an ultrasonic wave-based wind speed measuring device measures a phase difference using a single ultrasonic sensor. In this case, the measurement range is 0 to 30 m / s, which makes it impossible to measure a weather observation or a sea wind speed .

이에, 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같이 다수의 초음파센서를 통해 위상차를 측정하고 이를 근거로 풍속 및 풍향을 측정하는 구성이 제안되어 있으나, 이는 상측에 송신센서를 설치하고, 하측에 다수의 수신센서를 설치하도록 구성된 것으로, 상하로 배치되는 송신센서와 수신센서간의 거리 유지를 위해 별도의 지지구조물을 구비하여야 함은 물론, 설치시 지지구조물을 위한 일정 공간을 확보하여야 하는 단점이 있게 된다. A configuration in which the phase difference is measured through a plurality of ultrasonic sensors and the wind speed and the wind direction are measured based on the measured phase difference are provided as in Patent Documents 1 and 2, but a transmission sensor is provided on the upper side, It is necessary to provide a separate supporting structure for maintaining the distance between the transmitting sensor and the receiving sensor disposed up and down and to secure a certain space for the supporting structure at the time of installation.

[특허문헌][Patent Literature]

1. 한국등록특허 제1044881호 (발명의 명칭 : 초음파를 이용한 풍향 및 풍속 측정 장치)1. Korean Patent No. 1044881 (entitled "Wind Direction and Velocity Measurement Device Utilizing Ultrasonic Wave)

2. 한국등록특허 제1259634호 (발명의 명칭 : 풍향 및 풍속 측장 장치 그리고 측정 방법)2. Korean Patent No. 1259634 entitled " Wind Direction & Velocity Measurement Equipment and Measurement Method "

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 동일축 방향에 대해 일정 거리 이격 배치되는 초음파 송수신센서쌍을 적어도 둘 이상 구비하고, 각 방향축에 대한 송수신센서쌍의 송수신방향을 변경설정하여 서로 다른 방향축에 대해 다각도에서 발생된 위상차를 근거로 현재 풍속 및 풍향을 산출하되, 구형파를 연속적으로 제공하여 이에 대한 초음파 송수신 위상차를 근거로 풍속 및 풍향을 산출하도록 함으로써, 보다 정확한 풍향풍속의 측정을 가능하도록 해 주는 초음파센서를 이용한 풍향풍속 측정장치 및 그 방법을 제공함에 그 기술적 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic transmission / reception sensor having at least two pairs of ultrasonic transmission / reception sensors spaced apart from each other by a predetermined distance in the same axial direction, The current wind speed and the wind direction are calculated on the basis of the phase difference generated in the multiple angles with respect to the different directional axes. By providing the rectangular waves continuously and calculating the wind speed and the wind direction based on the phase difference between the ultrasonic waves, And an object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring a wind speed using an ultrasonic sensor that enables measurement of wind velocity.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 초음파를 송수신하는 다수의 송수신센서로 구성되는 초음파 센서모듈과, 상기 초음파센서모듈의 초음파 송수신을 제어함과 더불어, 상기 초음파센서모듈을 통한 송수신신호를 근거로 풍속 및 풍향을 측정하는 풍향풍속 측정수단을 포함하여 구성되고, 상기 초음파센서모듈은 다수의 송수신센서가 일정 축 방향에 대해 상호 마주하도록 일정 거리 이격 배치되는 초음파 송수신센서쌍을 서로 다른 축 방향에 대해 적어도 둘 이상 구비하여 구성되며, 상기 풍향풍속 측정수단은 다수의 송수신센서의 동작모드에 따라 상기 초음파센서모듈을 서로 다른 동작그룹으로 설정하고, 기 설정된 동작그룹에 대응되도록 송신 모드의 송수신센서로 구형파신호를 송신하며, 수신 모드의 송수신센서로부터 수신된 초음파신호를 구형파신호로 변환하여 송신 구형파신호와 수신 구형파신호간의 위상차를 산출함과 더불어, 이 위상차를 통해 각 동작그룹별 속도벡터를 산출하고, 동일 방향축의 서로 다른 동작그룹별 속도벡터 차를 통해 해당 방향축에 대한 속도벡터를 산출하며, 서로 다른 방향축의 속도벡터 합을 통해 현재 풍속 및 풍향을 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic sensor module including a plurality of transceiving sensors for transmitting and receiving ultrasonic waves; and a controller for controlling transmission and reception of ultrasonic waves of the ultrasonic sensor module, Wherein the ultrasonic sensor module comprises a pair of ultrasonic transmission / reception sensors arranged to be spaced apart from each other by a predetermined distance so as to face each other with respect to a certain axial direction, Wherein the wind direction velocity measuring means sets the ultrasonic sensor modules to different operation groups according to the operation modes of the plurality of transceiving sensors, A square wave signal is transmitted to the transmitting / receiving sensor. The phase difference between the transmitted square wave signal and the received square wave signal is calculated, and the velocity vector for each motion group is calculated through the phase difference, and the velocity vector difference for each motion group in the same direction axis is calculated And the current wind velocity and the wind direction are calculated through the velocity vector sum of the different direction axes.

또한, 상기 초음파센서모듈은 상기 초음파센서모듈은 제1 내지 제4 송수신센서로 구성되고, 상기 제1 내지 제4 송수신센서는 X축 방향에 대해 제1 및 제2 송수신센서가 마주하게 배치되어 상호 초음파신호를 송수신하도록 구성되고, Y축 방향에 대해 제3 및 제4 송수신센서가 마주하게 배치되어 상호 초음파신호를 송수신하도록 구성되되, 상기 동작그룹은 X축 방향과 Y축 방향에 대해 적어도 하나는 서로 다른 송수신방향으로 초음파가 송수신되는 제1 내지 제4 동작그룹으로 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치가 제공된다.In the ultrasonic sensor module, the ultrasonic sensor module is constituted by first to fourth transmission / reception sensors, and the first to fourth transmission / reception sensors are arranged so that first and second transmission / reception sensors face each other in the X- The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic transducer is configured to transmit and receive ultrasonic signals, wherein the third and fourth transducer sensors are disposed to face each other in the Y axis direction, And the first to fourth operation groups in which ultrasonic waves are transmitted and received in different transmission and reception directions are set.

또한, 상기 풍향풍속 측정수단은 각 동작그룹별 X방향축과 Y방향축에 대한 위상차를 산출하고, 각 동작그룹별 X방향축과 Y방향축 위상차를 근거로 해당 동작그룹에 대한 속도벡터를 산출하며, 동작그룹별 속도벡터 중 적어도 둘 이상의 X방향축 속도벡터 차를 근거로 X축 속도벡터를 산출하고, 적어도 둘 이상의 Y방향축 속도벡터 차를 근거로 Y축 속도벡터를 산출하며, 상기 X축 속도벡터와 Y축 속도벡터 합을 근거로 풍향 및 풍속을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치가 제공된다.The wind direction velocity measuring means calculates the phase difference between the X direction axis and the Y direction axis for each operation group and calculates a velocity vector for the operation group based on the X direction axis and the Y direction axis phase difference for each operation group Calculates an X-axis velocity vector based on at least two X-axis axial velocity vector differences among the velocity vectors for each motion group, calculates a Y-axis velocity vector based on at least two Y-axis axial velocity vector differences, And the wind direction and the wind speed are calculated on the basis of the axial velocity vector and the Y-axis velocity vector sum.

또한, 상기 풍향풍속 측정수단은 송신모드로 설정된 송수신센서를 온/오프 제어함으로써, 송신모드로 설정된 송수신센서를 통해 초음파신호가 송신되도록 초음파센서모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치가 제공된다.Also, the wind direction velocity measuring means controls the ultrasonic sensor module to transmit the ultrasonic signal through the transceiving sensor set in the transmission mode by on / off controlling the transceiving sensor set to the transmission mode. Device is provided.

또한, 상기 풍향풍속 측정수단은 초음파센서모듈을 구성하는 각 송수신센서에 대해 구형파를 제공하는 신호송신부와 수신된 초음파신호를 구형파로 변경하는 신호수신부가 각각 결합되도록 구성됨과 더불어, 상기 신호송신부를 온/오프 제어함으로써, 송신모드로 설정된 송수신센서를 통해 초음파신호가 송신되도록 초음파센서모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치가 제공된다.Further, the wind direction velocity measuring means may be configured such that a signal transmitting unit for providing a square wave to each of the transceiving sensors constituting the ultrasonic sensor module and a signal receiving unit for converting the received ultrasonic signal into a square wave are respectively coupled, And controlling the ultrasonic sensor module so that the ultrasonic signal is transmitted through the transmission / reception sensor set in the transmission mode.

또한, 상기 풍향풍속 측정수단은 위상차가 기 설정된 한계범위를 벗어나는 경우, 해당 동작그룹에 대한 위상차정보를 클리어시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치가 제공된다.Also, the wind direction wind speed measuring means is configured to clear the phase difference information for the operation group when the phase difference is out of a preset limit range.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 초음파를 송수신하는 다수의 송수신센서가 일정 축 방향에 대해 상호 마주하도록 일정 거리 이격배치되어 구성되는 초음파센서모듈과, 상기 초음파센서모듈의 초음파 송수신을 제어함과 더불어, 상기 초음파센서모듈을 통한 송수신신호를 근거로 풍속 및 풍향을 측정하는 풍향풍속 측정수단의 풍향풍속 측정방법에 있어서, 상기 풍향풍속 측정수단에서 다수의 송수신센서의 동작모드에 따라 상기 초음파센서모듈을 서로 다른 동작그룹으로 설정하고, 기 설정된 동작그룹에 대응되도록 송신 모드의 송수신센서로 구형파신호를 송신하는 제1 단계와, 상기 풍향풍속 측정수단에서 수신 모드의 송수신센서로부터 초음파신호를 수신하여 수신 구형파신호를 생성하는 제2 단계, 상기 풍향풍속 측정수단에서 상기 제1 단계에서 송신한 송신 구형파신호와 상기 제2 단계에서 수신처리된 수신 구형파신호를 비교하여 동작그룹내 각 방향축에 대한 위상차를 산출하는 제3 단계, 상기 제3 단계에서 산출된 동작그룹별 서로 다른 방향축에 대한 위상차를 근거로 동작그룹별 속도벡터를 산출하는 제4 단계, 상기 제4 단계에서 산출된 동작그룹 중 동일 방향축에 대응되는 서로 다른 동작그룹의 속도벡터 차를 통해 해당 방향축에 대한 속도벡터를 산출하는 제5 단계, 상기 제5 단계에서 산출된 방향축별 속도벡터를 합산하여 그 크기성분을 근거로 현재 풍속을 산출하는 제6 단계 및, 상기 제5 단계에서 산출된 방향축별 속도벡터를 합산하여 생성된 속도벡터의 사이각 성분을 근거로 현재 풍향을 산출하는 제7 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic sensor module including a plurality of transceiving sensors for transmitting and receiving ultrasonic waves, the ultrasonic sensor modules being spaced apart from each other by a predetermined distance so as to face each other in a predetermined axial direction, And measuring the wind velocity and the wind direction based on the transmission and reception signals through the ultrasonic sensor module, the method comprising the steps of: A first step of setting the ultrasonic sensor modules to different operation groups according to a mode and transmitting a rectangular wave signal to a transmission mode sensor corresponding to a predetermined operation group; A second step of receiving the ultrasonic signal from the ultrasonic wave generator and generating a received square wave signal, A third step of comparing the transmission square wave signal transmitted in the first step and the reception square wave signal received in the second step by the wind speed measuring means to calculate a phase difference with respect to each direction axis in the operation group, Calculating a velocity vector for each motion group on the basis of the calculated phase differences with respect to different direction axes, calculating a velocity vector of each motion group corresponding to the same direction axis among the motion groups calculated in the fourth step, A fifth step of calculating a speed vector for the corresponding direction axis through the difference between the direction axis and the direction axis, a fifth step of calculating the current wind speed based on the sum of the direction axis speed vectors calculated in the fifth step and the magnitude component, And a seventh step of calculating a current wind direction based on each component between velocity vectors generated by summing up velocity vectors for each direction axis calculated in the step A method for measuring the wind direction velocity using ultrasonic waves is provided.

본 발명에 의하면 다수의 고속 초음파 송수신센서를 이용하여 복수의 X축 방향 속도값과 복수의 Y축 방향 속도값을 근거로 각 방향축에 대한 속도벡터를 산출하고, 각 방향축에 대한 속도벡터의 합을 통해 현재 풍속 및 풍향을 산출하도록 함으로써, 보다 정확한 풍속 및 풍향의 측정이 가능하게 된다. According to the present invention, a velocity vector for each direction axis is calculated based on a plurality of X-axis direction velocity values and a plurality of Y-axis direction velocity values using a plurality of high-speed ultrasonic transmission / reception sensors, By calculating the current wind speed and the current direction through the sum, more accurate wind speed and direction can be measured.

또한, 고속 초음파 송수신센서를 통해 정밀도가 높은 계측이 가능함으로써, 고정밀 측정이 가능함으로 인해 기상관측용이나 해상풍속 측정에 다양하게 이용될 수 있다.In addition, high-precision ultrasonic transmission / reception sensors enable high-precision measurement, enabling high-precision measurement, and thus can be used variously for weather observation or sea air velocity measurement.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면.
도2는 도1에 도시된 초음파센서모듈(100)의 송수신센서 모드설정에 따른 제1 내지 제4 동작그룹을 예시한 도면.
도3은 도1에 도시된 상기 제어부(260)의 풍향풍속 측정과정을 설명하기 위한 도면.
도4는 동작그룹별 송수신센서 동작모드에 따른 속도벡터 성분을 예시한 도면.
도5는 속도벡터와 풍속 및 풍향 간의 관계를 도식화한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for measuring an air-direction wind velocity using ultrasonic waves according to a first embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a diagram illustrating first to fourth operation groups according to a transmission / reception sensor mode setting of the ultrasonic sensor module 100 shown in FIG. 1;
3 is a view for explaining the wind direction wind velocity measurement process of the controller 260 shown in FIG.
4 is a diagram illustrating velocity vector components according to a transmission / reception sensor operation mode per operation group;
5 is a diagram showing a relationship between a velocity vector and a wind speed and a wind direction.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an apparatus for measuring an air-directional wind speed using ultrasonic waves according to a first embodiment of the present invention.

도1에 도시된 바와 같이 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치는 초음파 센서모듈(100)과, 풍향풍속 측정수단(200)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, an ultrasonic wave sensor using an ultrasonic wave includes an ultrasonic sensor module 100 and a wind direction velocity measuring unit 200.

상기 초음파센서모듈(100)은 초음파를 송수신하는 다수의 송수신센서가 동일축 방향에 대해 상호 대향되도록 일정 거리 이격 배치되는 초음파 송수신센서쌍을 적어도 둘 이상 구비하여 구성된다. 바람직하게는 초음파센서모듈(100)은 제1 내지 제4 송수신센서(110,120,130,140)로 구성되고, X축 방향에 대해 제1 및 제2 송수신센서(110,120)가 상호 마주하도록 일정 거리 이격 배치되고, Y축 방향에 대해 제3 및 제4 송수신센서(130,140)가 상호 마주하도록 일정 거리 이격 배치된다. 이때, 상기 제1 내지 제4 송수신센서(110,120,130,140)는 90°간격으로 동,서,남,북 4방향으로 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 송수신센서(110)는 동쪽(E)에 배치되고, 제2 송수신센서(120)는 서쪽(W)에 배치됨으로써 X축상에 상호 마주하도록 배치되고, 제3 송수신센서(130)는 남쪽(S)에 배치되고, 제4 송수신센서(140)는 북쪽(N)에 배치됨으로써 Y축상에 상호 마주하도록 배치된다. The ultrasonic sensor module 100 includes at least two pairs of ultrasonic transmission / reception sensors that are spaced apart from each other by a predetermined distance so that a plurality of transmission / reception sensors for transmitting and receiving ultrasonic waves are opposite to each other in the same axial direction. Preferably, the ultrasonic sensor module 100 includes first to fourth transceiving sensors 110, 120, 130, and 140. The first and second transceiving sensors 110 and 120 are spaced apart from each other by a predetermined distance in the X- The third and fourth transceiving sensors 130 and 140 are spaced apart from each other by a predetermined distance in the axial direction. At this time, the first to fourth transceiving sensors 110, 120, 130, and 140 may be arranged in four directions at an interval of 90 degrees. For example, the first transceiving sensor 110 is disposed on the east side (E), the second transceiving sensor 120 is disposed on the west side (W) to face each other on the X axis, and the third transceiving sensor 130 And the fourth transceiver sensor 140 is disposed on the north (N) side so as to face each other on the Y axis.

또한, 상기 초음파센서모듈(100)은 초음파의 송신 및 수신처리가 가능한 송수신 센서로 구성되고, 일정 주기 단위로 서로 다른 방향축의 속도벡터성분이 출력되도록 동작그룹이 설정된다. 이때 초음파센서모듈(100)의 동작그룹은 수평방향의 X축상에 배치된 송수신센서와 수직방향의 Y축상에 배치된 송수신센서의 초음파 송수신 방향에 따라 구분 설정된다. 즉, 제1 내지 제4 송수신센서(110,120,130,140)를 통해 X축과 Y축에 대해 적어도 하나의 서로 다른 송수신 방향을 갖는 경우의 수는 4개 이므로 제1 내지 제4 동작그룹(G1,G2,G3,G4)이 설정될 수 있다. 예컨대, 도2에 도시된 바와 같이, 제1 그룹(G1)은 X방향축의 제2 송수신센서(120)와, Y방향축의 제3 송수신센서(130)가 초음파를 송신하는 송신모드로 설정되고, 제2 그룹(G2)는 X방향축의 제1 송수신센서(110)와, Y방향축의 제3 송수신센서(130)가 초음파를 송신하는 송신모드로 설정되며, 제3 그룹(G3)은 X방향축의 제1 송수신센서(110)와, Y방향축의 제4 송수신센서(140)가 초음파를 송신하는 송신모드로 설정되고, 제4 그룹(G4)은 X방향축의 제2 송수신센서(120)와, Y방향축의 제4 송수신센서(140)가 초음파를 송신하는 송신모드로 설정되어 입력되는 구형파에 대응되는 초음파를 송신한다. 이때, 초음파 송신모드로 설정된 송수신센서와 대향되는 위치에 배치된 송수신센서는 해당 초음파를 수신하는 수신모드로 설정됨은 물론이다. 여기서, X축상에 배치된 송수신센서와 Y축상에 배치된 송수신센서를 통해 초음파 송수신이 이루어지는 경우 송수신센서가 설치된 내측 중앙 부분에서 신호가 교차될 수 있으나, 송수신센서는 고속 초음파센서로서 그 측정의 지향각이 매우 좁기 때문에 상호간 간섭은 고려하지 않아도 된다.In addition, the ultrasonic sensor module 100 is constituted by a transmission / reception sensor capable of transmission and reception processing of ultrasonic waves, and an operation group is set so that velocity vector components of different direction axes are output in a constant period unit. At this time, the operation group of the ultrasonic sensor module 100 is divided and set according to the ultrasonic transmission / reception direction of the transceiving sensor arranged on the X axis in the horizontal direction and the transceiving sensor arranged on the Y axis in the vertical direction. That is, the number of cases of having at least one different transmission / reception direction with respect to the X axis and the Y axis through the first to fourth transmission / reception sensors 110, 120, 130, and 140 is four. Therefore, the first to fourth operation groups G1, G2, G3 , G4) can be set. For example, as shown in FIG. 2, the first group G1 is set to the transmission mode in which the second transmission / reception sensor 120 in the X-axis direction and the third transmission / reception sensor 130 in the Y-axis direction transmit ultrasonic waves, The second group G2 is set to the transmission mode in which the first transmission / reception sensor 110 in the X-axis direction and the third transmission / reception sensor 130 in the Y-axis direction transmit ultrasonic waves, and the third group G3 is set in the transmission mode The first transmission / reception sensor 110 and the fourth transmission / reception sensor 140 in the Y-axis direction are set to the transmission mode in which ultrasonic waves are transmitted, the fourth group G4 is set to the second transmission / reception sensor 120 in the X- The fourth transceiver sensor 140 on the directional axis is set to a transmission mode for transmitting ultrasonic waves and transmits ultrasonic waves corresponding to the input rectangular waves. At this time, it is a matter of course that the transmission / reception sensor disposed at the position opposite to the transmission / reception sensor set in the ultrasonic transmission mode is set to the reception mode for receiving the corresponding ultrasonic wave. Here, when ultrasonic transmission / reception is performed through the transmission / reception sensor disposed on the X-axis and the transmission / reception sensor disposed on the Y-axis, signals may be crossed at an inner central portion provided with the transmission / reception sensor. However, the transmission / reception sensor is a high- Since the angles are very narrow, mutual interference need not be considered.

한편, 도1에서 풍향풍속 측정수단(200)은 신호송신부(210)와, 신호수신부(220), 정보입력부(230), 정보출력부(240), 데이터메모리(250) 및 제어부(260)를 포함하여 구성된다. 1, the wind direction and velocity measuring unit 200 includes a signal transmitting unit 210, a signal receiving unit 220, an information input unit 230, an information output unit 240, a data memory 250, and a control unit 260 .

상기 신호송신부(210)는 일정 주파수의 구형파 신호를 생성하여 상기 초음파센서모듈(100)로 제공한다. 상기 신호송신부(210)는 상기 초음파센서모듈(100)의 제1 내지 제4 송수신센서(110,120,130,140)에 대응되게 구비되어 해당 송수신센서에 각각 결합될 수 있다. 이때, 상기 신호송신부(210)는 상기 제어부(260)로부터 제공되는 온/오프 제어신호를 근거로 해당 송수신센서로 구형파신호를 제공하도록 구성된다. 즉, 상기 제어부(260)에서 송신모드로 설정된 송수신센서와 결합된 신호송신부(260)를 온상태로 설정함으로써, 송신모드로 설정된 송수신센서를 통해 초음파신호가 송신되도록 한다. 여기서, 상기 신호송신부(210)는 해당 신호송신부(210)와 결합된 송수신센서로 지속적으로 구형파를 제공하고, 제어부(260)에서 송수신센서를 온/오프 제어함으로써, 송신모드로 설정된 송수신센서를 통해 초음파신호가 송신되도록 설정하는 것도 가능하다.The signal transmitter 210 generates a square wave signal having a predetermined frequency and provides the square wave signal to the ultrasonic sensor module 100. The signal transmitter 210 may correspond to the first to fourth transceivers 110, 120, 130 and 140 of the ultrasonic sensor module 100 and may be coupled to the corresponding transceiver. At this time, the signal transmitter 210 is configured to provide a square wave signal to the transmission / reception sensor based on the on / off control signal provided from the controller 260. That is, the control unit 260 sets the signal transmission unit 260 coupled to the transmission / reception sensor set to the transmission mode to the ON state, so that the ultrasonic signal is transmitted through the transmission / reception sensor set in the transmission mode. Here, the signal transmitter 210 continuously supplies a square wave to the transmitter / receiver sensor coupled to the signal transmitter 210, and controls the transmitter / receiver sensor on / off by the controller 260 so that the transmitter / It is also possible to set the ultrasonic signal to be transmitted.

상기 신호수신부(220)는 상기 초음파센서모듈(100)로부터 제공되는 초음파신호를 수신한다. 상기 신호수신부(220)는 초음파센서모듈(100)의 제1 내지 제4 송수신센서(100)로 제공되는 신호를 구형파로 변환한다. 이때, 상기 신호수신부(220)는 상기 초음파센서모듈(100)의 제1 내지 제4 송수신센서(110,120,130,140)에 대응되게 구비되어 해당 송수신센서에 각각 결합될 수 있다. 또한, 상기 신호수신부(220)는 구형파 형태의 수신신호를 소정 레벨로 증폭하는 증폭기(미도시)와 수신신호에서 잡음성분을 제거하여 출력하는 필터(미도시)를 구비하여 구성될 수 있다. 즉, 상기 신호수신부(220)는 초음파센서모듈(100)로부터 제공되는 신호를 증폭 및 필터링한 후 구형파로 변환하도록 구성될 수 있다.The signal receiving unit 220 receives ultrasonic signals from the ultrasonic sensor module 100. The signal receiving unit 220 converts signals provided to the first to fourth transceiving sensors 100 of the ultrasonic sensor module 100 into square waves. At this time, the signal receiving unit 220 may correspond to the first to fourth transceiving sensors 110, 120, 130, 140 of the ultrasonic sensor module 100 and may be coupled to the corresponding transceiving sensors. The signal receiving unit 220 may include an amplifier (not shown) for amplifying a square-wave received signal to a predetermined level and a filter (not shown) for removing a noise component from the received signal and outputting the removed signal. That is, the signal receiving unit 220 may be configured to amplify and filter a signal provided from the ultrasonic sensor module 100, and then convert the signal into a square wave.

상기 정보입력부(230)는 풍향풍속관련 각종 정보를 입력하기 위한 것으로, 예컨대, 사용자가 상기 초음파센서모듈(100)의 동작모드 순서를 변경하는 등의 동작을 수행한다.The information input unit 230 is for inputting various kinds of information related to the wind direction velocity, for example, the user performs operations such as changing the operation mode order of the ultrasonic sensor module 100.

상기 정보출력부(240)는 풍향풍속관련 각종 정보를 출력하기 위한 것으로, 예컨대, 표시창으로 구성되어 현재 풍향 및 풍속정보를 표시출력하도록 구성될 수 있다.The information output unit 240 is for outputting various types of information related to the wind direction wind speed, and may be configured, for example, as a display window to display and output current wind direction and wind speed information.

상기 데이터메모리(250)는 풍향풍속 측정 관련 각종 정보가 저장된다. 상기 데이터메모리(250)는 동작그룹별 초음파센서의 동작모드정보와, 구형파 주파수 및 전압레벨을 포함하는 구형파 생성정보, 풍속산출 알고리즘, 풍향측정 알고리즘 및, 풍속 및 풍향 산출에 적용되는 기본설정값, 예컨대 송수신 센서간 이동경로 길이, 음속 등의 정보를 포함하여 저장된다.The data memory 250 stores various information related to the wind direction wind speed measurement. The data memory 250 stores operation mode information of the ultrasonic sensor per operation group, square wave generation information including square wave frequency and voltage level, wind speed calculation algorithm, wind direction measurement algorithm, basic setting values applied to wind speed and direction calculation, For example, the length of a moving path between the transmitting and receiving sensors, sound velocity, and the like.

상기 제어부(260)는 다수의 송수신센서의 동작모드에 따라 상기 초음파센서모듈을 서로 다른 동작그룹으로 설정하고, 기 설정된 동작그룹에 대응되도록 송수신센서의 동작모드를 설정하여 해당 동작그룹에 대응되는 초음파 송수신처리를 수행하도록 제어함과 더불어, 상기 초음파센서모듈(100)을 통해 송수신되는 신호의 위상차를 근거로 현재 풍속 및 풍향을 산출하도록 구성된다. 즉, 상기 제어부(260)는 제1 내지 제4 동작그룹(G1~G4)에 대해 각각 산출된 위상차를 근거로 각 동작그룹에 대응되는 속도값을 산출하고, 동일축 방향의 서로 다른 동작그룹의 속도벡터 차를 통해 해당 방향축의 속도 벡터를 산출하며, 서로 다른 방향축의 속도 벡터합을 통해 현재 풍속 및 풍향을 산출하도록 구성된다. The control unit 260 sets the ultrasonic sensor modules to different operation groups according to the operation modes of the plurality of transceiving sensors, sets the operation mode of the transceiving sensor to correspond to the predetermined operation group, And also calculates the current wind speed and the wind direction based on the phase difference of the signals transmitted and received through the ultrasonic sensor module 100. In addition, That is, the controller 260 calculates the velocity values corresponding to the respective motion groups based on the phase differences calculated for the first to fourth motion groups G1 to G4, The speed vector of the corresponding direction axis is calculated through the speed vector difference, and the current wind speed and the wind direction are calculated through the speed vector sum of the different direction axes.

이어, 도3을 참조하여 상기 제어부(260)의 풍향풍속 측정과정을 보다 상세히 설명한다.Next, the wind direction wind speed measurement process of the controller 260 will be described in more detail with reference to FIG.

먼저, 초음파센서모듈(100)에 대해 기 설정된 동작그룹의 송수신센서 동작모드를 근거로 제어부(260)는 신호송신부(210) 또는 제1 내지 제4 초음파센서(110,120,130,140)를 제어하여 송신모드로 설정된 송수신센서로 일정 주파수의 구형파를 제공하도록 제어한다. 이때, 송신모드로 설정된 송수신센서는 상기 신호송신부(210)로부터 제공되는 구형파를 초음파신호로 변환하여 해당 송수신센서와 대향되게 배치된 송수신센서로 송신한다.First, the control unit 260 controls the signal transmission unit 210 or the first to fourth ultrasonic sensors 110, 120, 130 and 140 based on the transmission / reception sensor operation mode of the operation group set for the ultrasonic sensor module 100, And controls the transmission / reception sensor to provide a square wave of a predetermined frequency. At this time, the transmission / reception sensor set in the transmission mode converts the square wave provided from the signal transmission unit 210 into an ultrasonic signal and transmits it to the transmission / reception sensor arranged opposite to the transmission / reception sensor.

상기한 상태에서, 제어부(260)는 신호수신부(220)를 통해 제공되는 각 동작그룹별 수신모드로 설정된 송수신센서의 수신신호를 구형파 신호로 변환하여 송신신호와 비교함으로써, 위상차(△t)를 산출한다(ST1). 즉, 상기 제어부(260)는 송신신호와 수신신호를 비교함으로서, 지연시간, 다시 말해 위상차(△t)를 산출한다. 이때, 상기 위상차(△t)는 동작 그룹별 서로 다른 방향축에 대해 각각 산출된다. 예컨대, 제1 내지 제4 동작그룹에 대해 X축 위상차와, Y축 위상차가 각각 산출된다. In this state, the control unit 260 converts the reception signal of the transmission / reception sensor set in the reception mode for each operation group provided through the signal reception unit 220 into a square wave signal and compares the received signal with a transmission signal to obtain a phase difference? T (ST1). That is, the control unit 260 calculates the delay time, that is, the phase difference? T, by comparing the transmission signal with the reception signal. At this time, the phase difference? T is calculated for different direction axes for each operation group. For example, the X-axis phase difference and the Y-axis phase difference are calculated for the first to fourth operation groups, respectively.

또한, 상기 제어부(260)는 현재 동작그룹에 대해 산출된 위상차가 기 설정된 한계범위를 벗어나는 경우, 해당 동작그룹에 대한 위상차정보를 클리어시킴으로써, 이후 풍속/풍향 산출을 위한 처리를 수행하지 않는다. 예컨대, 상기 위상차 한계범위는 "이전 산출된 위상차 ± 20%" 로 설정될 수 있다. 이는 온도나 기압 등의 주변환경 변화에 의해 발생되는 위상차 지연으로 인한 풍속 및 풍향의 측정오차를 최소화함으로써, 주변환경 변화에 적응적으로 대처하기 위함이다. In addition, when the phase difference calculated for the current operation group is out of a preset limit range, the controller 260 clears the phase difference information for the operation group, and does not perform processing for calculating the wind speed / direction thereafter. For example, the phase difference limit range may be set to "previously calculated phase difference +/- 20% ". This is to adaptively cope with changes in the surrounding environment by minimizing the measurement error of the wind velocity and the wind direction due to the phase difference delay caused by the change of the surrounding environment such as the temperature or the atmospheric pressure.

한편, 일반적으로 초음파를 이용한 풍속측정은, 공기의 흐름에 따라 달라지는 초음파 이동시간을 기본으로 하는 것으로, 초음파신호에 대한 송수신 위상차(△t)는 풍향 및 풍속정보를 포함한다. 수학식 1은 위상차(△t)가 나타내는 풍향과 풍속과 관계를 나타낸 수식이다.On the other hand, in general, the measurement of the wind speed using ultrasonic waves is based on the ultrasonic wave movement time which varies according to the air flow, and the transmission / reception phase difference? T with respect to the ultrasonic signal includes the wind direction and the wind speed information. Equation (1) is a mathematical expression representing the relationship between the wind direction represented by the phase difference (? T) and the wind speed.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, L은 초음파의 이동 경로 길이이고, C는 음속, V 는 풍속, Φ는 초음파의 이동경로와 바람이 이루는 각이다. 이때, 상기 초음파의 이동경로 길이는 동일축상에 상호 대양되게 배치된 센서간의 거리이다. Where L is the travel path length of the ultrasonic wave, C is the sound velocity, V is the wind velocity, and Φ is the angle between the movement path of the ultrasonic waves and the wind. At this time, the travel path lengths of the ultrasonic waves are the distances between the sensors arranged on the same axis on opposite sides.

한편, 상기 제어부(260)는 상기 ST1 단계에서 산출된 위상차(△t)를 근거로 각 동작그룹별 속도값을 산출한다(ST2). 즉, 상기 제어부(260)는 각 동작그룹별 서로 다른 방향축에 대한 위상차(△t)를 근거로 해당 동작그룹내 각 방향축에 대한 속도값을 산출하고 그 속도벡터합을 통해 해당 동작그룹에서의 속도벡터를 산출한다. 이때, 상기 동작그룹의 속도벡터는 그 특성에 따라 X축 또는 Y축에 대한 속도벡터로 산출된다. 예컨대, 제1 내지 제4 동작그룹이 도4에 도시된 바와 같은 형태의 송수신센서 동작모드로 설정되는 경우, 제1 및 제2 동작그룹(G1,G2)에서는 X방향축 속도값(Vx1,Vx2)이 산출되고, 제3 및 제4 동작그룹(G3,G4)에서는 Y방향축 속도값(Vy1, Vy2)이 각각 산출된다.Meanwhile, the controller 260 calculates a velocity value for each motion group based on the phase difference? T calculated in step ST1 (ST2). That is, the controller 260 calculates a velocity value for each direction axis in the corresponding motion group on the basis of the phase difference? T with respect to different direction axes for each motion group, Is calculated. At this time, the velocity vector of the motion group is calculated as a velocity vector for the X-axis or Y-axis according to the characteristics. For example, when the first to fourth operation groups are set to the transmission / reception sensor operation mode as shown in FIG. 4, the X and Y axis velocity values Vx1 and Vx2 in the first and second operation groups G1 and G2 And the Y-axis velocity values Vy1 and Vy2 are calculated in the third and fourth operation groups G3 and G4, respectively.

수학식2는 측정한 시간차(△t)를 근거로 풍속을 산출하는 수학식이다.Equation (2) is a mathematical expression for calculating the wind speed based on the measured time difference? T.

Figure pat00002
Figure pat00002

즉, 상기 제어부(260)는 먼저, 상기 수학식2를 이용하여 임의 동작그룹내에서의 X축 방향 속도벡터와 Y축 방향 속도벡터를 산출하고, 이 X축 방향 속도벡터와 Y축 방향 속도벡터 합을 통해 해당 동작그룹의 속도벡터를 산출한다. 다시말해, 제1 내지 제4 동작그룹에 대응되도록 제1 내지 제4 속도벡터(도6의 Vx1,Vx2,Vy1,Vy2)가 산출된다.That is, the controller 260 first calculates the X-axis direction velocity vector and the Y-axis direction velocity vector in the arbitrary motion group using Equation (2), and outputs the X-axis direction velocity vector and the Y- And calculates the velocity vector of the corresponding motion group through summing. In other words, the first to fourth velocity vectors (Vx1, Vx2, Vy1, and Vy2 in Fig. 6) are calculated to correspond to the first to fourth motion groups.

이후, 상기 제어부(260)는 수학식 3과 같이 X방향축 속도값(Vx1,Vx2)과 Y축 방향에 대한 Y방향축 속도값(Vy1, Vy2)에 대한 차를 연산처리함으로써, X방향축 속도벡터와, Y방향축 속도벡터를 산출한다(ST3). 즉, 제어부(260)는 동일축 방향에 대해 서로 다른 동작그룹의 속도벡터 차를 통해 서로 다른 방향축에 대한 속도벡터를 산출하게 된다.The controller 260 then computes the difference between the X-axis velocity values Vx1 and Vx2 and the Y-axis velocity values Vy1 and Vy2 with respect to the Y-axis direction as shown in Equation (3) Speed vector and a Y-axis axial velocity vector are calculated (ST3). That is, the controller 260 calculates the velocity vectors for the different direction axes through the velocity vector differences of the different motion groups in the same axis direction.

수학식3은 상기 ST3 단계에서 산출된 동작그룹별 속도 벡터값을 근거로 서로 다른 방향축에 대한 속도벡터를 산출하는 수학식이다. Equation (3) is a mathematical expression for calculating velocity vectors for different directional axes based on the velocity vector values for each motion group calculated in ST3.

Figure pat00003
Figure pat00003

이후, 상기 제어부(260)는 상기 ST3단계에서 산출된 서로 다른 방향축에 대한 속도벡터값을 근거로 현재 풍속의 크기를 산출한다(ST4). 즉, 도5는 속도벡터와 풍향 및 풍속의 관계를 도식화한 것으로, X방향축 속도벡터(Vx)와 Y방향축 속도벡터(Vy)의 합을 통해 속도, 즉 현재 풍속값(V)이 산출된다. Thereafter, the controller 260 calculates the current wind speed based on the velocity vector values of the different direction axes calculated in step ST3 (ST4). That is, FIG. 5 schematically shows the relationship between the velocity vector and the wind direction and the wind speed. The velocity, that is, the current wind velocity value V is calculated through the sum of the X axis velocity vector Vx and the Y axis velocity vector Vy do.

수학식 4는 방향축에 대한 속도 벡터값의 크기를 근거로 실제 풍속의 크기를 산출하기 위한 수학식이다.Equation (4) is a mathematical expression for calculating the magnitude of the actual wind speed based on the magnitude of the velocity vector value with respect to the directional axis.

Figure pat00004
Figure pat00004

즉, 상기 제어부(260)는 수학식 4를 통해 상기 ST4 단계에서 생성된 풍속벡터(V)의 크기를 산출함으로써, 현재 풍속값을 산출한다.That is, the controller 260 calculates the current wind speed value by calculating the magnitude of the wind speed vector V generated in step ST4 through Equation (4).

또한, 상기 제어부(260)는 상기 ST4단계에서 산출된 속도 벡터의 사이각을 근거로 현재 풍향을 산출한다(ST5). 현재 풍향은 도5에 도시된 바와 같이 현재 풍속벡터(V)에 대한 X축과의 각(α)으로 표현될 수 있다.Also, the controller 260 calculates the current wind direction based on the angle between the velocity vectors calculated in step ST4 (ST5). The current wind direction can be expressed by an angle? With the X axis with respect to the current wind speed vector V as shown in FIG.

즉, 풍향은 풍속과 마찬가지로 수학식 5과 같이 X축과 Y축의 벡터 성분의 합으로 산출된다. That is, the wind direction is calculated as the sum of the vector components of the X-axis and the Y-axis, as shown in Equation (5).

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서,

Figure pat00006
는 각각 X축과 Y축 방향의 단위 벡터이고,
Figure pat00007
는 각각 X축과 Y축 방향의 속도성분의 크기를 나타낸다. 만일
Figure pat00008
가 단위원을 시계반대방향으로 움직인다고 가정할 경우, 상기
Figure pat00009
는 수학식6과 같이 표현된다.here,
Figure pat00006
Are unit vectors in the X-axis and Y-axis directions, respectively,
Figure pat00007
Represents the magnitude of the velocity components in the X-axis and Y-axis directions, respectively. if
Figure pat00008
Assuming that the unit circle moves in the counterclockwise direction,
Figure pat00009
Is expressed by Equation (6).

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서, α는 풍향을 나타내고, 상기 수학식6을 이용하여 풍향을 정의하면 수학식 7과 같다.Here, a represents a wind direction, and the wind direction is defined using Equation (6).

Figure pat00011
Figure pat00011

따라서, 제어부(260)는 상기 ST3단계에서 서로 다른 방향축에 대한 속도벡터값(Vx,Vy)을 수학식 7에 적용함으로써, 현재 풍향(α)을 산출하게 된다. Accordingly, the control unit 260 calculates the current direction of the wind by applying the velocity vector values (Vx, Vy) for the different directional axes to Equation (7) in step ST3.

즉, 본 발명에 의하면 다수의 고속 초음파 송수신센서를 이용하여 복수의 X축 방향 속도값과 복수의 Y축 방향 속도값을 근거로 각 방향축에 대한 속도벡터를 산출함으로써, 보다 정확한 현재 풍속 및 풍향을 측정하는 것이 가능하게 된다.That is, according to the present invention, a velocity vector for each direction axis is calculated based on a plurality of X-axis direction velocity values and a plurality of Y-axis direction velocity values using a plurality of high-speed ultrasonic transmission / reception sensors, Can be measured.

비록, 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the scope of the appended claims should include all such modifications and changes as fall within the scope of the present invention.

100 : 초음파센서모듈, 110,120,130,140 : 송수신센서,
200 : 풍향풍속 측정수단, 210 : 신호송신부,
220 : 신호수신부, 230 : 정보 입력부,
240 : 정보 출력부, 250 : 데이터메모리,
260 : 제어부,
G : 동작그룹.
100: ultrasonic sensor module, 110,120,130,140: transceiver sensor,
200: wind direction wind speed measuring means, 210: signal transmitting section,
220: signal reception unit, 230: information input unit,
240: information output unit, 250: data memory,
260:
G: Action group.

Claims (7)

초음파를 송수신하는 다수의 송수신센서로 구성되는 초음파 센서모듈과, 상기 초음파센서모듈의 초음파 송수신을 제어함과 더불어, 상기 초음파센서모듈을 통한 송수신신호를 근거로 풍속 및 풍향을 측정하는 풍향풍속 측정수단을 포함하여 구성되고,
상기 초음파센서모듈은 다수의 송수신센서가 일정 축 방향에 대해 상호 마주하도록 일정 거리 이격 배치되는 초음파 송수신센서쌍을 서로 다른 축 방향에 대해 적어도 둘 이상 구비하여 구성되며,
상기 풍향풍속 측정수단은 다수의 송수신센서의 동작모드에 따라 상기 초음파센서모듈을 서로 다른 동작그룹으로 설정하고, 기 설정된 동작그룹에 대응되도록 송신 모드의 송수신센서로 구형파신호를 송신하며, 수신 모드의 송수신센서로부터 수신된 초음파신호를 구형파신호로 변환하여 송신 구형파신호와 수신 구형파신호간의 위상차를 산출함과 더불어, 이 위상차를 통해 각 동작그룹별 속도벡터를 산출하고, 동일 방향축의 서로 다른 동작그룹별 속도벡터 차를 통해 해당 방향축에 대한 속도벡터를 산출하며, 서로 다른 방향축의 속도벡터 합을 통해 현재 풍속 및 풍향을 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치.
An ultrasonic sensor module including a plurality of transceiving sensors for transmitting and receiving ultrasonic waves; an airflow velocity measuring unit for controlling ultrasonic transmission and reception of the ultrasonic sensor module and for measuring a wind speed and a wind direction based on a transmission / reception signal through the ultrasonic sensor module; And,
Wherein the ultrasonic sensor module comprises at least two pairs of ultrasonic transmission / reception sensors arranged at a predetermined distance so as to face each other in a predetermined axial direction,
The wind direction velocity measuring means sets the ultrasonic sensor modules to different operation groups according to the operation modes of the plurality of transceiving sensors and transmits the square wave signals to the transmitting and receiving sensors corresponding to the predetermined operation group, The phase difference between the transmission square wave signal and the reception square wave signal is calculated by converting the ultrasonic wave signal received from the transmission / reception sensor into a square wave signal, and the velocity vector for each operation group is calculated through this phase difference. Wherein the velocity vector for the corresponding direction axis is calculated through the velocity vector difference and the current wind velocity and the wind direction are calculated through the velocity vector sum of the different direction axes.
제1항에 있어서,
상기 초음파센서모듈은 제1 내지 제4 송수신센서로 구성되고, 상기 제1 내지 제4 송수신센서는 X축 방향에 대해 제1 및 제2 송수신센서가 마주하게 배치되어 상호 초음파신호를 송수신하도록 구성되고, Y축 방향에 대해 제3 및 제4 송수신센서가 마주하게 배치되어 상호 초음파신호를 송수신하도록 구성되되,
상기 동작그룹은 X축 방향과 Y축 방향에 대해 적어도 하나는 서로 다른 송수신방향으로 초음파가 송수신되는 제1 내지 제4 동작그룹으로 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치.
The method according to claim 1,
The ultrasonic sensor module is composed of first to fourth transceiving sensors, and the first to fourth transceiving sensors are arranged so that first and second transceiving sensors face each other in the X-axis direction to transmit and receive ultrasound signals to each other And the third and fourth transmission / reception sensors are disposed to face each other in the Y-axis direction to transmit and receive mutual ultrasonic signals,
Wherein the operation groups are set to first to fourth operation groups in which ultrasonic waves are transmitted and received in at least one of different X-axis direction and Y-axis direction in different transmitting and receiving directions.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 풍향풍속 측정수단은 각 동작그룹별 X방향축과 Y방향축에 대한 위상차를 산출하고, 각 동작그룹별 X방향축과 Y방향축 위상차를 근거로 해당 동작그룹에 대한 속도벡터를 산출하며, 동작그룹별 속도벡터 중 적어도 둘 이상의 X방향축 속도벡터 차를 근거로 X축 속도벡터를 산출하고, 적어도 둘 이상의 Y방향축 속도벡터 차를 근거로 Y축 속도벡터를 산출하며, 상기 X축 속도벡터와 Y축 속도벡터 합을 근거로 풍향 및 풍속을 산출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The wind direction velocity measuring means calculates a phase difference with respect to an X axis and a Y axis for each operation group, calculates a velocity vector for the operation group on the basis of the X axis and Y axis phase difference for each operation group, Calculating an X-axis velocity vector based on at least two X-axis axial velocity vector differences among the velocity vectors for each of the motion groups, calculating a Y-axis velocity vector based on at least two Y-axis axial velocity vector differences, Axis velocity vector sum and a Y-axis velocity vector sum of the Y-axis velocity vector sum.
제1항에 있어서,
상기 풍향풍속 측정수단은 송신모드로 설정된 송수신센서를 온/오프 제어함으로써, 송신모드로 설정된 송수신센서를 통해 초음파신호가 송신되도록 초음파센서모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the wind direction velocity measuring means controls the ultrasonic sensor module so that the ultrasonic signal is transmitted through the transmission / reception sensor set to the transmission mode by on / off controlling the transmission / reception sensor set to the transmission mode.
제1항에 있어서,
상기 풍향풍속 측정수단은 초음파센서모듈을 구성하는 각 송수신센서에 대해 구형파를 제공하는 신호송신부와 수신된 초음파신호를 구형파로 변경하는 신호수신부가 각각 결합되도록 구성됨과 더불어, 상기 신호송신부를 온/오프 제어함으로써, 송신모드로 설정된 송수신센서를 통해 초음파신호가 송신되도록 초음파센서모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the wind direction velocity measuring means comprises a signal transmitting unit for providing a square wave to each of the transceiving sensors constituting the ultrasonic sensor module and a signal receiving unit for converting the received ultrasonic signal into a square wave, And controls the ultrasonic sensor module so that the ultrasonic signal is transmitted through the transmission / reception sensor set in the transmission mode by controlling the ultrasonic sensor module.
제1항에 있어서,
상기 풍향풍속 측정수단은 위상차가 기 설정된 한계범위를 벗어나는 경우, 해당 동작그룹에 대한 위상차정보를 클리어시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the wind direction velocity measuring means is configured to clear the phase difference information for the operation group when the phase difference deviates from a predetermined limit range.
초음파를 송수신하는 다수의 송수신센서가 일정 축 방향에 대해 상호 마주하도록 일정 거리 이격배치되어 구성되는 초음파센서모듈과, 상기 초음파센서모듈의 초음파 송수신을 제어함과 더불어, 상기 초음파센서모듈을 통한 송수신신호를 근거로 풍속 및 풍향을 측정하는 풍향풍속 측정수단의 풍향풍속 측정방법에 있어서,
상기 풍향풍속 측정수단에서 다수의 송수신센서의 동작모드에 따라 상기 초음파센서모듈을 서로 다른 동작그룹으로 설정하고, 기 설정된 동작그룹에 대응되도록 송신 모드의 송수신센서로 구형파신호를 송신하는 제1 단계와,
상기 풍향풍속 측정수단에서 수신 모드의 송수신센서로부터 초음파신호를 수신하여 수신 구형파신호를 생성하는 제2 단계,
상기 풍향풍속 측정수단에서 상기 제1 단계에서 송신한 송신 구형파신호와 상기 제2 단계에서 수신처리된 수신 구형파신호를 비교하여 동작그룹내 각 방향축에 대한 위상차를 산출하는 제3 단계,
상기 제3 단계에서 산출된 동작그룹별 서로 다른 방향축에 대한 위상차를 근거로 동작 그룹별 속도벡터를 산출하는 제4 단계,
상기 제4 단계에서 산출된 동작그룹 중 동일 방향축에 대응되는 서로 다른 동작그룹의 속도벡터 차를 통해 해당 방향축에 대한 속도벡터를 산출하는 제5 단계,
상기 제5 단계에서 산출된 방향축별 속도벡터를 합산하여 그 크기성분을 근거로 현재 풍속을 산출하는 제6 단계 및,
상기 제5 단계에서 산출된 방향축별 속도벡터를 합산하여 생성된 속도벡터의 사이각 성분을 근거로 현재 풍향을 산출하는 제7 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 풍향풍속 측정방법.
The ultrasonic sensor module includes a plurality of transceiving sensors that transmit and receive ultrasonic waves and are spaced apart from each other by a predetermined distance so as to face each other with respect to a predetermined axial direction. The ultrasonic sensor module controls ultrasonic transmission / reception of the ultrasonic sensor module, A method for measuring a wind direction velocity of a wind direction wind velocity measuring means for measuring a wind velocity and a wind direction,
A first step of setting the ultrasonic sensor modules in different operation groups according to the operation modes of the plurality of transceiving sensors in the wind direction and velocity measuring means and transmitting the square wave signals to the transmitting and receiving sensors corresponding to the predetermined operation groups, ,
A second step of receiving the ultrasonic signal from the transmission / reception sensor of the reception mode by the wind direction velocity measuring means and generating a reception square wave signal,
A third step of comparing the transmission square wave signal transmitted in the first step and the reception square wave signal received in the second step by the wind direction velocity measuring means to calculate a phase difference with respect to each direction axis in the operation group,
A fourth step of calculating a velocity vector for each motion group based on the phase difference with respect to different direction axes for each motion group calculated in the third step,
A fifth step of calculating a velocity vector for a corresponding direction axis through velocity vector differences of different motion groups corresponding to the same direction axis among the motion groups calculated in the fourth step,
A sixth step of summing the directional velocity vectors calculated in the fifth step and calculating the current wind speed based on the magnitude components;
And a seventh step of calculating a current wind direction based on each component between the velocity vectors generated by summing the direction axis velocity vectors calculated in the fifth step.
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