[发明专利]一种基于电子陀螺仪和加速度传感器的单摆测速仪装置

摘要

本发明属于风速测量技术领域的一种基于电子陀螺仪和加速度传感器的单摆测速仪装置，即单摆测速器该发明涉及单摆测速仪的物理装置和其测速原理的数学模型，物理装置包括轻质空心球、单摆线、含有电子陀螺仪和加速度传感器的电子模块；该数学模型的测速原理完全不同于传统的测速原理，创新性的利用单摆的摆角反应局部风速的大小，该发明简化的测速的实验步骤，提高了测量精度和效率，同时可获得更高频的测量数据。

主权项

1.一种基于电子陀螺仪和加速度传感器单摆测速仪，包括单摆测速器，其中单摆测速器包括摆球、摆线、电子模块；所述单摆测速器，其特征在于：所述摆球为轻质空心球，其直径应小于所测环境的最大允许尺度；摆线为轻质细线，其应保证小球的摆动强度，长度不小于10倍小球直径；电子模块中应集成电子陀螺仪和加速度传感器芯片、蓝牙芯片、5V纽扣电池以及其他必须元器件，且电子模块置于空心球内部，并且使小球的整个小球的质心位于小球的形心。所述测速方法，包括以下步骤：S1：通过含有电子陀螺仪和加速度传感器的集成模块，实时采集测量数据加速度ax、ay、偏转角A。S2：根据加速度ax、ay、A计算得切向加速度aq、法向加速度af：aq＝axcos A+aysin A  (1)af＝‑axsin A+aycos A  (2)S3：在局部范围内，将小球视为圆周运动，则根据af算出小球的切向速度V(t)：V2(t)＝af×L  (3)其中L为摆线长度；S4：在局部范围内，对小球列牛顿第二定律方程，获得切向加速度表达式：±Fv(t)+f(t)cos A‑mg sin A＝maq  (4)其中f(t)＝CU(t)，Fv(t)＝CV2(t)，其中C为常数，U(t)为水平风速，V(t)为小球切向速度；小球在上升过程时，Fv(t)系数为正；在下降过程时，Fv(t)系数为负。则S5：将式(3)带入式(5)得风速U(t)的表达式