基于互相关的小型化低功耗超声波风速风向仪设计

超声波风速风向仪具有无转动部件,响应快,精度高的优点,但体积大、功耗高、成本高成为限制超声波风速风向仪广泛使用的主要因素。为了便于超声波风速风向仪的推广和使用,本文采用国产FPGA(Field Programmable Gate Array)并结合FIR(Finite Impulse Respond)滤波器以及互相关检测算法设计了一款超声波风速风向仪,探头之间的距离仅为80 mm,感风面积仅为传统超声波风的1/10,使得省级风洞均可计量检定。整机经过风洞实测,每秒钟可完成50次风速风向测量,在0~5 m/s时风速最大测量误差为±0.3 m/s,5~20 m/s时风速最大测量误差为±0.5 m/s,20~30 m/s风速测量最大误差为±5%,稳定风速下风向测量最大误差为±1°以内,总功耗为0.2 W(仅为传统超声波风功耗的1/20)。通过实测数据发现,FPGA结合数字滤波及互相关检测算法相比于传统的DSP(Digital Signal Processor)超声波风速风向仪能明显缩小体积,降低成本功耗。

一种应用于无人机的小型超声波风速风向仪设计

利用无人机搭载风速风向仪能很好地探测近地面风场结构,进行污染物溯源及污染物扩散速度和方向的预测,但受限于无人机尺寸,搭载的风速风向仪尺寸较小且有较高的测量精度。根据声共振原理设计了一款小尺寸的超声波风速风向仪,相比传统的超声波风速风向仪,设计采用非对发对收式结构,并使用国产FPGA进行相位检测,整机尺寸小巧,重量仅120 g,整机功耗低于0.5 W,风速风向测量精度接近于同类型超声波风速风向仪。并与TP-M12D超声波风速风向仪进行风洞实测对比,实测最大风速35 m/s,低风速时风速测量误差±0.5 m/s,较高风速时风速测量误差±5%以内,固定方位角下风速段内风速波动下风向测量误差±4°以内,不同方位角下风速测量最大误差在10%以内,可很好地应用于无人机测风中。

基于ZigBee的风力发电超声波风速风向仪设计

根据风力发电系统的应用要求,设计了一种基于ZigBee通信方式的超声波风速风向仪。介绍了时差法超声波风速风向仪的基本原理,以数字信号处理器TMS320F28335为数据处理单元实现风速风向信号的计算;采用无线通信模块CC2530实现与数据处理单元之间的RS-232方式通信和与风力发电控制系统间的无线通信;介绍了采用超声波风速风向仪进行风力发电系统偏航控制的控制原理。实际应用表明:在风力发电系统中,采用无线超声波风速风向仪具有较高的采样精度和灵敏度,且易于安装及维护。

采用直接时差法的无线超声波风速风向仪设计

采用直接时差法,以TMS320F2812为控制单元控制超声波的发射与接收,实现了超声波风速风向仪的设计。该超声波风速风向仪利用模拟开关设计驱动电路,减少了电磁干扰对电路的影响;利用限幅、放大、正弦脉冲转换的方法设计接收电路,减少了A/D转换波动对信号捕获以及时间点判断的影响。

无人机搭载超声波仪器测量风场的校正算法研究

利用多旋翼无人机搭载超声波仪器测量风速和风向具有成本低、方便灵活、可大区域连续测量的优势,但无人机飞行时产生的倾角会使测风仪的测量结果仅为真实风沿其平面的一个分量,导致误差较大。针对这一问题,设计了一种基于无人机倾角对超声波风速仪测量结果进行校正的测风算法,包括无人机悬停与前进两种状态下的校正。利用四元数和姿态矩阵之间的关系得到无人机的3个欧拉角,进而得到无人机的倾角,通过倾角的大小来对超声波风速风向仪的测量结果进行校正。通过多次试飞实验,将校正后风速和风向在相对高度上的平均值与气象站的对应观测数据进行比较,误差控制在很小的范围内,结果相对准确,表明此算法可以实现低空风场的实时监测。

浅谈风速风向传感器

近年来,由于风力发电的普遍应用,风速风向传感器也得到了广泛的应用。本文从风速风向传感器的应用,超声波风速风向仪及国内外常用的风速风向仪三个方面经行了介绍。

激光测速雷达的性能对比分析

激光测速雷达较传统大气数据系统在测量精度方面有显著的优势。为了能够在稳定流场下实现对比测试,将激光测速雷达和高精度超声波风速风向仪一同放置于风塔200 m高度进行长时间对比。以10 min、1 min、1 s、0.1 s为尺度对两者测量的真空速(风速)和侧滑角(风向)进行分析。数据表明激光测速雷达的测量精度和超声波风速风向仪(速度精度0.18 m/s、风向2°)是同级别的。