一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，包括安裝在測(cè)風(fēng)塔不同高度的多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，安裝在測(cè)風(fēng)塔底部的中心控制器，以及用于所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀分別與中心控制器之間連接的公共通信總線(xiàn)；所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，分別通過(guò)公共通信總線(xiàn)，連接至中心控制器。本發(fā)明所述基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、測(cè)量精度低、適用范圍小和安裝復(fù)雜等缺陷，以實(shí)現(xiàn)成本低、測(cè)量精度高、適用范圍大和安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)速測(cè)量裝置，具體地，涉及一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向的方法主要有機(jī)械測(cè)風(fēng)法，傳統(tǒng)的測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向方法一種是采用螺旋槳式的旋轉(zhuǎn)傳感器技術(shù)。風(fēng)經(jīng)過(guò)傳感器的槳葉時(shí)，帶動(dòng)槳葉的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)測(cè)量槳葉的旋轉(zhuǎn)速度計(jì)算出風(fēng)的速度。螺旋槳將自動(dòng)調(diào)整方向，使得槳葉平面垂直于風(fēng)吹來(lái)的方向，從而測(cè)得風(fēng)向。
[0003]另一種傳統(tǒng)方法是采用風(fēng)杯式測(cè)風(fēng)法。利用三杯式回轉(zhuǎn)感應(yīng)元件變化信號(hào)形式，將信號(hào)轉(zhuǎn)化為霍爾開(kāi)關(guān)模式。當(dāng)起風(fēng)時(shí)，風(fēng)杯組旋轉(zhuǎn)，伴隨磁棒盤(pán)旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生若干個(gè)小磁場(chǎng)，此時(shí)霍爾開(kāi)關(guān)電路對(duì)應(yīng)感應(yīng)出相同數(shù)量的脈沖信號(hào)，其頻率與風(fēng)速成正比。風(fēng)向的測(cè)量可利用風(fēng)向標(biāo)組件等感應(yīng)元件，其將測(cè)量的角度轉(zhuǎn)化為光電電路與格雷碼盤(pán)。經(jīng)電路整形反相后輸出，繼而求得風(fēng)速風(fēng)向。
[0004]傳統(tǒng)的風(fēng)速風(fēng)向儀由于存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件，容易磨損，尤其在大風(fēng)等惡劣天氣極易損壞，其測(cè)速精度也受到沙塵和鹽霧銹蝕而 產(chǎn)生的摩擦的影響。由于摩擦的影響，傳統(tǒng)的風(fēng)速風(fēng)向儀還要求有啟動(dòng)風(fēng)速，低于啟動(dòng)風(fēng)速的風(fēng)將不能驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)傳感器的槳葉，因此低于啟動(dòng)風(fēng)速的風(fēng)將無(wú)法測(cè)量。
[0005]另外，測(cè)風(fēng)塔上需要安裝多層風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、氣壓測(cè)量?jī)x，采用傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備時(shí)，設(shè)備數(shù)量多，需要多根供電線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)，精度差、成本高、現(xiàn)場(chǎng)安裝復(fù)雜。
[0006]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在成本高、測(cè)量精度低、適用范圍小和安裝復(fù)雜等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，以實(shí)現(xiàn)成本低、測(cè)量精度高、適用范圍大和安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，包括安裝在測(cè)風(fēng)塔不同高度的多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，安裝在測(cè)風(fēng)塔底部的中心控制器，以及用于所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀分別與中心控制器之間連接的公共通信總線(xiàn)；所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，分別通過(guò)公共通信總線(xiàn)，連接至中心控制器。
[0009]進(jìn)一步地，所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀分別與中心控制器之間采用主從模式通信，即:
所述中心控制器作為主設(shè)備，多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀作為多臺(tái)從設(shè)備，主設(shè)備和多臺(tái)從設(shè)備之間采用輪詢(xún)方式通信，每臺(tái)從設(shè)備具有唯一地址，主設(shè)備按順序依次查詢(xún)各臺(tái)從設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)。[0010]進(jìn)一步地，每臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，包括依次連接至公共通信總線(xiàn)的超聲波驅(qū)動(dòng)電路、超聲波探頭組、超聲接收信號(hào)放大濾波調(diào)理單元、數(shù)字信號(hào)處理器單元和通信接口單元，以及分別與所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路、超聲波探頭組、超聲接收信號(hào)放大濾波調(diào)理單元和數(shù)字信號(hào)處理器單元連接的電源單元；所述數(shù)字信號(hào)處理器單元與超聲波驅(qū)動(dòng)電路連接;
所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路，連接到超聲波探頭組，發(fā)射超聲信號(hào)；超聲接收信號(hào)調(diào)理單元連接到超聲波探頭組，接收超聲信號(hào)，進(jìn)行濾波和放大，并輸出到數(shù)學(xué)信號(hào)處理器單元，先進(jìn)行模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，計(jì)算得到超聲風(fēng)速和風(fēng)向；數(shù)學(xué)信號(hào)處理器單元測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向信號(hào)，通過(guò)通信接口單元和數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)送。
[0011 ] 進(jìn)一步地，所述超聲波探頭組，具體為多個(gè)超聲波探頭組成的超聲收發(fā)陣列。
[0012]進(jìn)一步地，二維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，所述超聲波探頭組為四個(gè)正交水平放置的超聲波探頭；三維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，所述超聲波探頭組為六個(gè)超聲波探頭組成的超聲收發(fā)陣列；
測(cè)量各方向上的風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)，需要采用多對(duì)超聲波探頭組成超聲波探頭組，二維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，采用兩對(duì)探頭在水平面上的相互垂直的方式同時(shí)測(cè)得水平面上相互垂直的兩個(gè)方向上的風(fēng)速，然后進(jìn)行正交合成，計(jì)算得到水平面上的風(fēng)速和風(fēng)向；三維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，需要三對(duì)超聲波探頭實(shí)現(xiàn)三維的風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量。
[0013]進(jìn)一步地，二維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，四個(gè)正交水平放置的超聲波探頭，為相互垂直放置的四個(gè)超聲波探頭，兩對(duì)超聲波探頭之間的距離相等，并安裝在同一水平面上，分別表示東、南、西、北；
相對(duì)的兩超聲波探頭信號(hào)的傳播，通過(guò)機(jī)械外殼頂蓋上的相應(yīng)反射面實(shí)現(xiàn)，以相同頻率發(fā)射超聲波信號(hào)并測(cè)量其順、逆向的傳播時(shí)間；通過(guò)相應(yīng)計(jì)算，得到水平風(fēng)速風(fēng)向數(shù)值。
[0014]進(jìn)一步地，所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路，具體為功率放大器。
[0015]進(jìn)一步地，所述公共通信總線(xiàn)，采用RS-485接口作為物理接口，并采用一條雙絞線(xiàn)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)通信。
[0016]本發(fā)明各實(shí)施例的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，由于包括安裝在測(cè)風(fēng)塔不同高度的多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，安裝在測(cè)風(fēng)塔底部的中心控制器，以及用于多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀分別與中心控制器之間連接的公共通信總線(xiàn)；多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，分別通過(guò)公共通信總線(xiàn)，連接至中心控制器；可以采用超聲波測(cè)風(fēng)技術(shù)，同時(shí)測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向，且利于數(shù)字總線(xiàn)方式傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中成本高、測(cè)量精度低、適用范圍小和安裝復(fù)雜的缺陷，以實(shí)現(xiàn)成本低、測(cè)量精度高、適用范圍大和安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。
[0018]下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為本發(fā)明基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置中超聲風(fēng)速儀的二維正交超聲波探頭布置圖；
圖2為本發(fā)明基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置中超聲風(fēng)速儀的工作原理框圖； 圖3為本發(fā)明基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置的總線(xiàn)式連接示意圖。
[0020]結(jié)合附圖，本發(fā)明實(shí)施例中附圖標(biāo)記如下:
11、12、13、14_超聲波探頭；21_超聲波探頭組；22_超聲驅(qū)動(dòng)單元(即超聲波驅(qū)動(dòng)電路);23_電源單元；24_超聲接收信號(hào)調(diào)理單元；25_數(shù)字信號(hào)處理單元；26_通信接口單元；27-數(shù)據(jù)總線(xiàn)；31_數(shù)據(jù)總線(xiàn)；32、33、34_超聲風(fēng)速儀；35_中心控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]為了克服傳統(tǒng)機(jī)械風(fēng)速風(fēng)向儀功能和安裝連接的不足，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，如圖1-圖3所示，提供了一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，采用超聲波測(cè)風(fēng)技術(shù)，同時(shí)測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向，且利于數(shù)字總線(xiàn)方式傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)，是用于風(fēng)電場(chǎng)測(cè)風(fēng)塔上的具有總線(xiàn)通信功能的超聲測(cè)風(fēng)裝置。該基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，利用超聲波在不同風(fēng)速中傳播的速度不同的原理，測(cè)量風(fēng)速；利用多對(duì)超聲波探頭組成的超聲波探頭組實(shí)現(xiàn)不同方向的風(fēng)速和風(fēng)向測(cè)量；利用總線(xiàn)通信方式實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸(例如，利用RS-485總線(xiàn)接口，采用主從輪詢(xún)式通信方式實(shí)現(xiàn)超聲風(fēng)速儀測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸)。
[0023]在圖1中，超聲波探頭11、12、13、14為相互垂直放置的四個(gè)超聲波探頭，每對(duì)超聲波探頭間距離相等，并安裝在同一水平面上，分別表示東、南、西、北。相對(duì)的兩超聲波探頭信號(hào)的傳播是通過(guò)機(jī)械外殼頂蓋上的相應(yīng)反射面來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以相同頻率發(fā)射超聲波信號(hào)并測(cè)量其順、逆向的傳播時(shí)間。通過(guò)相應(yīng)計(jì)算，可以得到水平風(fēng)速風(fēng)向數(shù)值。
[0024]在圖2中，超聲風(fēng)速儀包括超聲波探頭組21，超聲驅(qū)動(dòng)單元22，電源單元23，超聲接收信號(hào)放大濾波調(diào)理單元24，數(shù)字信號(hào)處理器單元25、通信接口單元26。超聲波探頭組21為多個(gè)超聲波探頭組成的超聲收發(fā)陣列，二維超聲測(cè)風(fēng)為四個(gè)正交水平放置的超聲波探頭，三維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，為六個(gè)超聲波探頭組成的超聲收發(fā)陣列。超聲驅(qū)動(dòng)單元22為功率放大器，連接到超聲波探頭組21，發(fā)射超聲信號(hào)。超聲接收信號(hào)調(diào)理單元24連接到超聲波探頭組21，接收超聲信號(hào)，進(jìn)行濾波和放大，并輸出到數(shù)學(xué)信號(hào)處理器單元25，先進(jìn)行模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，計(jì)算得到超聲風(fēng)速和風(fēng)向。數(shù)學(xué)信號(hào)處理器單元25測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向信號(hào)通過(guò)通信接口單元26和數(shù)據(jù)總線(xiàn)27發(fā)送。
[0025]在圖3中，多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀32、33、34(即圖2中的超聲風(fēng)速儀)安裝在測(cè)風(fēng)塔的不同高度，通過(guò)公共的通信總線(xiàn)，連接到位于測(cè)風(fēng)塔底部的中心控制器35上。通信總線(xiàn)采用RS-485接口作為物理接口，一條雙絞線(xiàn)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)通信。設(shè)備間采用主從模式通信，中心控制器35作為主設(shè)備，超聲風(fēng)速儀32、33、34作為從設(shè)備，主從采用輪詢(xún)方式通信，每臺(tái)設(shè)備具有唯一地址，主設(shè)備按順序依次查詢(xún)各個(gè)從設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)。
[0026]在上述實(shí)施例的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置中，通信數(shù)據(jù)幀格式見(jiàn)下表。在下表中，通信數(shù)據(jù)幀格式，開(kāi)始字符表示通信數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始，目的地址和源地址標(biāo)識(shí)不同的設(shè)備，以及數(shù)據(jù)流向；命令號(hào)表示不同的功能，用不同的命令號(hào)讀取不同的數(shù)據(jù)；校驗(yàn)字節(jié)用來(lái)檢測(cè)通信數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，結(jié)束字符表示通信幀的結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，包括安裝在測(cè)風(fēng)塔不同高度的多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，安裝在測(cè)風(fēng)塔底部的中心控制器，以及用于所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀分別與中心控制器之間連接的公共通信總線(xiàn)；所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，分別通過(guò)公共通信總線(xiàn)，連接至中心控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，所述多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀分別與中心控制器之間采用主從模式通信，即: 所述中心控制器作為主設(shè)備，多臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀作為多臺(tái)從設(shè)備，主設(shè)備和多臺(tái)從設(shè)備之間采用輪詢(xún)方式通信，每臺(tái)從設(shè)備具有唯一地址，主設(shè)備按順序依次查詢(xún)各臺(tái)從設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，每臺(tái)總線(xiàn)通信式超聲風(fēng)速儀，包括依次連接至公共通信總線(xiàn)的超聲波驅(qū)動(dòng)電路、超聲波探頭組、超聲接收信號(hào)放大濾波調(diào)理單元、數(shù)字信號(hào)處理器單元和通信接口單元，以及分別與所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路、超聲波探頭組、超聲接收信號(hào)放大濾波調(diào)理單元和數(shù)字信號(hào)處理器單元連接的電源單元；所述數(shù)字信號(hào)處理器單元與超聲波驅(qū)動(dòng)電路連接； 所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路，連接到超聲波探頭組，發(fā)射超聲信號(hào)；超聲接收信號(hào)調(diào)理單元連接到超聲波探頭組，接收超聲信號(hào)，進(jìn)行濾波和放大，并輸出到數(shù)學(xué)信號(hào)處理器單元，先進(jìn)行模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換，再進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，進(jìn)行時(shí)延估計(jì)，計(jì)算得到超聲風(fēng)速和風(fēng)向；數(shù)學(xué)信號(hào)處理器單元測(cè)得的風(fēng)速風(fēng)向信號(hào)，通過(guò)通信接口單元和數(shù)據(jù)總線(xiàn)發(fā)送。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，所述超聲波探頭組，具體為多個(gè)超聲波探頭組成的超聲收發(fā)陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，二維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，所述超聲波探頭組為四個(gè)正交水平放置的超聲波探頭；三維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，所述超聲波探頭組為六個(gè)超聲波探頭組成的超聲收發(fā)陣列； 測(cè)量各方向上的風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)，需要采用多對(duì)超聲波探頭組成超聲波探頭組，二維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，采用兩對(duì)探頭在水平面上的相互垂直的方式同時(shí)測(cè)得水平面上相互垂直的兩個(gè)方向上的風(fēng)速，然后進(jìn)行正交合成，計(jì)算得到水平面上的風(fēng)速和風(fēng)向；三維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，需要三對(duì)超聲波探頭實(shí)現(xiàn)三維的風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，二維超聲測(cè)風(fēng)時(shí)，四個(gè)正交水平放置的超聲波探頭，為相互垂直放置的四個(gè)超聲波探頭，兩對(duì)超聲波探頭之間的距離相等，并安裝在同一水平面上，分別表示東、南、西、北； 相對(duì)的兩超聲波探頭信號(hào)的傳播，通過(guò)機(jī)械外殼頂蓋上的相應(yīng)反射面實(shí)現(xiàn)，以相同頻率發(fā)射超聲波信號(hào)并測(cè)量其順、逆向的傳播時(shí)間；通過(guò)相應(yīng)計(jì)算，得到水平風(fēng)速風(fēng)向數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，所述超聲波驅(qū)動(dòng)電路，具體為功率放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于總線(xiàn)通信方式的超聲風(fēng)速測(cè)量裝置，其特征在于，所述公共通信總線(xiàn)，采用RS-485接口作為物理接口，并采用一條雙絞線(xiàn)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)通信。
【文檔編號(hào)】G01P13/02GK103472252SQ201310422682
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】汪寧渤, 夏慧, 劉光途, 劉國(guó)強(qiáng), 路亮, 王定美, 黃欣, 趙龍, 李士強(qiáng), 呂清泉, 李艷紅, 鄧棋文 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 甘肅省電力公司, 中國(guó)科學(xué)院電工研究所, 甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心