[00816491]基于变幅信号渡越时间测量的超声波风速风向仪

风速风向测量在气象、航海、军事、风力发电等领域中都非常重要。国内风速测量主要是采用传统机械式风速测量设备。机械式风速仪有技术简单，价格低廉等优点，但测量精度不高、测量范围存在盲区、不易维护等缺点同样明显。而超声波测风技术在国内还不成熟，超声波风速风向仪在风速风向测量方面有极大的优势，具有广泛的应用前景。但是在一些测量精度要求较高的场合，由于国外产品技术上的独特优势，在市场应用中处于主导地位，造成超声波风速风向仪价格昂贵，这一定程度上限制了其推广应用，因此，自主研制一种精度高、成本相对低廉的精密超声波风速风向仪显得十分迫切，不但具有极大的经济价值意义，还能促进中国超声波测风技术的发展，并打破国外对该行业的垄断地位。 该项目研究了一款基于变幅信号渡越时间测量的高精度、无盲区、环境适应性强的超声波风速风向仪。为实现高精度风速风向测量，根据超声波时差法原理，超声波回波信号渡越时间精确测量是其核心技术和重点突破的关键技术。同时，为克服模具精度影响、模具传导干扰等难题，该项目也对这两方面相关技术展开研究。 （1）超声波渡越时间的精密测量技术；超声波渡越时间的精确捕获是提高时差法风速风向测量精度的关键技术。 （2）高精度模具的设计和误差分析修正技术；基于超声波时差法的风速风向测量对于模具的依赖比较大，国内外对超声波风速风向仪的研究的相关论文对涉及到模具的相对较少，由于超声波风速风向仪测试的本质是超声波短距离测距（模具的距离小），模具的精度对测试结果的影响比较大，而国内模具机械加工工艺水平较国外相对落后，这也是国内超声波风速风向仪普遍性能指标不高的原因。 （3）机械模具引起的超声波传导干扰抑制技术；超声波在固体中传播时速度快，衰减也比在空气中传播时候弱，波形会在发射和接收探头之间来回反射，因此，会发射和接收探头之间形成一串干扰波形。 该项目研制的基于变幅信号渡越时间测量的超声波风速风向仪，实现风速测量精度为0-10m/s风速范围内为△V=±0.2m/s，10-60m/s风速范围为△V=±2%RMS，风向测量精度为：0-360°为△θ=±2°。能实现风速风向数据的数字（RS485信号）和模拟（4-20mA电流环）信号输出，并在低温冰冻工作环境下具有加热功能。性能指标优于处于国际领先水平的德国Lufft-Ventus。 该项目得到了华创电科的资助，已通过全面测试，并实现小批量生产，正在推广应用。申请国家发明专利3项，已授权1项。