[发明专利]一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量装置，其特征在于，包括多个具有超声波收发功能的超声波探头、悬臂杆、内部有电路板的电路板腔体及支撑座，电路板包括电源部分、发射单元、接收信号调理单元、控制及处理单元，所述超声波探头两两相对构成多个测量段，每对探头的发射面相互平行，且其中心连线与发射面垂直，每个超声波探头通过独立的悬臂杆固定在电路板腔体上，电路板腔体底部设置支撑座。

2.一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：控制及处理单元控制超声波探头A的发射单元驱动探头发送连续的超声波信号，相对应的超声波探头B接收到信号后进行增益调整，然后将接收信号送回控制及处理单元，控制及处理单元比对发射信号和接收信号的相位，获得相位测量值，然后发射停止；

步骤2：控制及处理单元控制超声波探头B的发射单元驱动探头发送连续的超声波信号，相对应的超声波探头A接收到信号后进行增益调整，然后将接收信号送回控制及处理单元，控制及处理单元比对发射信号和接收信号的相位，获得相位测量值，然后发射停止；

步骤3：超声波探头C与超声波探头D、超声波探头E与超声波探头F依次按照步骤1与步骤2相同方式获得相位测量值；

步骤4：根据相位测量值计算各探头测量方向的风速；

步骤5：计算各探头测量方向的方向矢量；

步骤6：计算风速矢量；

步骤7：由风速矢量计算得到风速大小及方向。

3.如权利要求2所述的一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量方法，其特征在于，

根据相位测量值计算各探头测量方向的风速：

4.如权利要求2所述的一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量方法，其特征在于，计算各探头测量方向的方向矢量S_i：

方向矢量S_i的天顶角为θ_i，方位角为ψ_i，则

S_i＝[sinθ_icosψ_i，sinθ_isinψ_i，cosθ_i]i＝1，2，3 (2)；

于是三组探头测量方向组成的方向矩阵可表示为：

5.如权利要求2所述的一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量方法，其特征在于，

计算风速矢量

设三组探头测量风速矢量表示为v_测＝[v₁，v₂，v₃]，根据坐标投影关系，并代入公式(1)(3)，求得实际风速

6.如权利要求2所述的一种基于多普勒效应的超声波三维风速测量方法，其特征在于，

计算风速大小：

计算风速方向：