[发明专利]超声波测风装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及超声传感技术领域，更具体的，涉及一种超声波测风装置与方法。

背景技术

随着技术的发展，传统的机械式(三角风杯、风向标)测风仪存在着测量不够准确，易产生机械磨损、风沙附着等问题而造成测量误差。因此利用超声波等传感技术进行测量风速、风向的装置相继而生。但目前超声测量风速风向设备一般利用四只超声换能器进行测量，存在设备体积大，易产生干扰等问题。

因此，现有技术中存在测量设备体积大、测量准确度低及外界环境适应能力差的问题。

发明内容

本发明公开一种超声波测风装置与方法，用于解决现有技术中存在的测量设备体积大、测量准确度低及外界环境适应能力差的问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种超声波测风装置，并采用如下技术方案：

超声波测风装置包括：

超声波换能器组，包括：第一超声波换能器、第二超声波波换能器以及第三超声波换能器，用于在容纳所述超声波换能器组的测风腔体中形成超声波共振；发射模块，用于驱动所述超声波换能器组中的任一超声波换能器发射超声波形；收发转换模块，用于根据预设控制指令对所述超声波换能器组进行链路切换，使得处于发射状态的超声波换能器与所述发射模块连通，使得处于接收状态的超声波换能器与接收模块连通；所述接收模块，用于接收所述超声波形；采集模块，用于获取所述超声波形的发射与接收的原始数据；FPGA处理芯片，用于产生第一次驱动信号，所述第一次驱动信号用于驱动所述发射模块产生所述超声波形，并对所述原始数据进行处理，得到时间数据；处理器控制模块，用于获取初始化参数，并根据所述时间数据进行计算以获取当前的风速和风向。

进一步地，所述预设控制指令包括：在链路切换计时达到预设切换计时参数值时，关闭所述发射模块与所述第一超声波换能器的链接，开启所述发射模块与所述第二超声波换能器的链接，关闭所述接收模块与所述第二超声换能器的链接，开启所述接收模块与所述第一超声换能器的链接；在完成所述第一超声换能器到所述第二超声换能器的波形传输，以及所述第二超声换能器到所述第一超声换能器的波形传输后，控制执行所述第一超声换能器与第三超声换能器进行波形传输，并控制所述第一超声换能器与第三超声换能器在所述接收模块与所述发射模块之间进行链路切换；在完成所述第一超声换能器到所述第三超声换能器的波形传输，以及所述第三超声换能器到所述第一超声换能器的波形传输后，控制执行所述第二超声换能器与第三超声换能器进行波形传输，并控制所述第二超声换能器与第三超声换能器在所述接收模块与所述发射模块之间进行链路切换。

进一步地，所述的超声波测风装置还包括：自适应加热模块，用于根据测量当前环境的温度与预设温度参数进行对比，得一对比结果，并根据所述对比结果调整对应加热装置的加热功率。

进一步地，所述的超声波测风装置还包括：加密模块，用于对所述超声波测风装置进行初始化认证，并在通过所述初始化认证时，控制所述处理器控制模块进行初始化参数的读取。

进一步地，所述处理器控制模块还用于：根据预设环境补偿参数与所述测风腔体中两平面之间的距离计算出共振频率；比较所述共振频率与当前所述超声波形频率，并得一判断结果；在所述判断结果为所述共振频率与所述超声波形频率的差值大于预设阈值时，判断所述共振频率是否在所述超声波换能器组的最大工作频率范围内，并在所述共振频率在所述超声波换能器组的最大工作频率范围内时，调整所述超声波换能器组的发射频率，使得所述超声波形在所述测风腔体内形成共振。

根据本发明的另外一个方面，提供一种超声波测风方法，并公开了如下技术方案：

超声波测风方法，涉及超声波换能器组，所述超声波换能器组包括第一超声波换能器、第二超声波换能器以及第三超声波换能器，所述超声波测风方法包括：通过触发使得所述超声波换能器组中的任一超声波换能器发射预设超声波形；控制所述预设超声波形在容纳所述超声波换能器组的测风腔体中形成共振，使得在所述超声波换能器组中的任意两只超声波换能器在同一时间段内分别处以发射状态与接收状态；获取所述任意两只超声波换能器之间波形的第一方向传输时间与第二方向传输时间；根据所述第一方向传输时间与所述第二方向传输时间计算当前的风速与风向。

进一步地，所述通过触发使得所述超声波换能器组中的任一超声波换能器发射预设超声波形包括：根据预设参数控制FPGA处理芯片生成一预设频率；根据所述预设频率及所述预设参数中的波形个数控制发射模块发射所述预设超声波形。