基于C8051F120的高精度全天候超声测风仪的设计.pdf

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1、第25卷第11期传感技术学报Vo1．25No．11CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSNOV．20122012年11月TheDesignofHigh-·PrecisionAll--WeatherUltrasonicWindMeasurementInstrumentBasedonC8051F120YU，SHIJia，CHENLiang，LIU咖(SchoolofInformationScienceandEngineering，ShenyangLigongUniversi

2、ty，Shenyang110159，China)Abstract：Thispaperisonthebasicprinciplesofconventionalultrasonicwindmeasurementbymeasuringthetern—peratureandhumidityinthemediaandforeffectiveregulation，andthuscompensatesforrainandfogandotheren—vironmentalfactorsaffect，thispaper

3、designsatemperatureandhumiditysensorweatherultrasonicwindinstrument．Thepaperelaboratedonthemethodofultrasonicwindmeasurementinstrumentandsystemarchitecture，theexperimentsshowthatthedevicecanachieveall—weatherprecisionmeasurementofwindspeedanddirection．t

4、hemeasurementinaccuracyof2％．andopenupthewayforultrasonicwindmeasurementapplicationsinharshenvi—ronments．Keywords：automaticcontrol；ultrasonicwindmeasurementinstrument；parametercompensation；temperatureandhumiditysensorEEACC：7230doi：10．3969／j．issn．1004-169

5、9．2012．011．028基于C8051F120的高精度全天候超声测风仪的设计冰于洋，石佳，陈亮，刘砚菊(沈阳理工大学信息科学与工程学院，沈阳110159)摘要：本文在传统超声波测风仪的基本原理上，通过测量介质中温湿度数据并且进行有效的调节，进而补偿雨雾等环境因素影响，设计了一种具有温湿度传感器的全天候超声测风仪。文中详细阐述了超声测风仪的方法研究和系统结构，通过实验证明该装置可以实现全天候精确测量风速与风向，测量误差2％，为在恶劣环境下超声测风的应用提供了有效的设计方法。关键词：自动控制；超声测风

6、仪；参数补偿；温湿度传感器中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)11—1623—04目前超声测风仪因为具有有安装简单、维护方本文选用两对收发一体超声波换能器，超声波便、测量精度较高等特点，所以在工业生产和科学实传感器通过正、逆压电效应实现高频声能和电能之验中都有广泛的应用，但其在实际应用过程中，温度间的相互转换，从而实现超声波的发射和接收1。和水汽的变化会影响超声的传播速度，进而影响风设风速在空间直角坐标系的3个坐标上的投影分量速测量的精度¨。本文提出一种基于温湿

7、度补偿分别为，，，超声波在静止空气中传播的速度为的，能在全天候测量的、具有高精度、强抗干扰能力C，超声波从坐标原点发射到达某一等位面(，Y，z)的超声测风仪设计方案。所需的时间为t，则有(X-Vt)+(y-vt)+(z-vt)=c2t(1)1时差法风速测量的基本原理如图1设在坐标原点A点(0，0，0)和轴上距原超声波在空气中传播的过程中，顺风与逆风方点为d的B点(d，0，0)各置一个收发一体式超声波向传播时存在速度差，当传播距离固定时，此速度差传感器，A点发射的声波被B点接收，之后，B点发射反映成一个

8、时间差，这个时间与待测风速具有线性的声波被A点接收，同时，设从A点到B点为顺风风关系。。则超声波从A点发射到达B点的时间为项目来源：国家自然科学基金项目(60974070)收稿日期：2012—07—20修改日期：2012—10—241624第25卷进行保存，便于以后的数据分析u。系统整体设计二：(2)1一：22如图3所示。同理从B点到达A点的时间为d[c2-v,2一")+]t，=——————————————(3)由t。和t：表达式可以得到詈)==㈩由式(