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基于超声波风速风向测速算法研究

压电与声光 2015年第3期37卷 468-472页

作者：帅师师王露方鑫陈洋刘泽中国电子科技集团公司第二十六研究所重庆400060 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

超声波在空气中传播时,顺风与逆风时会存在一个速度差。在同等声程下,通常测量风速的方法是相关法和相位差测量方法。该文通过比较两种方法的优缺点,提出了一种新的改进算法来测风速,将相关法和相位差算法结合,并通过仿真来验证算法优... 详细信息

超声波在空气中传播时,顺风与逆风时会存在一个速度差。在同等声程下,通常测量风速的方法是相关法和相位差测量方法。该文通过比较两种方法的优缺点,提出了一种新的改进算法来测风速,将相关法和相位差算法结合,并通过仿真来验证算法优越性。

关键词：超声波风速风向相关法相位法

基于FPGA时差法超声波风速风向传感器系统的研究

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基于FPGA时差法超声波风速风向传感器系统的研究

作者：王葵军电子科技大学

学位级别：硕士

随着经济的发展,流量测量在工业、农业生产中的作用越来越重要。风速风向的测量在风力发电中起着尤为重要的作用。超声波测量仪表作为一种非接触式仪器在测量领域有着广泛的应用。超声波风速风向测量系统与传统的相比较,没有旋转部件,... 详细信息

随着经济的发展,流量测量在工业、农业生产中的作用越来越重要。风速风向的测量在风力发电中起着尤为重要的作用。超声波测量仪表作为一种非接触式仪器在测量领域有着广泛的应用。超声波风速风向测量系统与传统的相比较,没有旋转部件,不存在机械磨损,测量精度高等优点。系统采用了时差法测量风速风向原理设计了基于时差法FPGA超声波风速风向传感器系统。系统分为前端电路与后端电路。前端电路包括了探头低压驱动电路、前置放大电路、滤波电路、电压比较电路、信号隔离电路;使用低压驱动超声波探头,降低了系统调试的难度与复杂度。后端电路包括信号激励电路、信号检测电路、FIFO电路、LCD的驱动电路、UART协议电路。经过验证,系统能够完成对超声波信号的发射和采集,并且能得到超声波信号的飞行时间,该方案基本上能达到设计要求,由于实验条件限制,测量系统的精度指标还无法测出。最后,对系统设计进行了总结,并且给出了系统的改进意见。

关键词：超声波风速风向时差法 FPGA 低压驱动

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上海地区风速风向联合概率密度函数的研究

同济大学学报（自然科学版） 1997年第2期25卷 166-170页

作者：顾明陈礼忠项海帆同济大学桥梁工程系上海200092

根据上海地区历年来详尽的风速风向实测资料，首先利用统计方法计算出本地区离散的风速风向联合概率密度函数值；然后运用曲面拟合方法，得到简洁法实用的风速风向联合概率密度函数由面的表达式．文中同时分析了风速风向在各季节的特点... 详细信息

根据上海地区历年来详尽的风速风向实测资料，首先利用统计方法计算出本地区离散的风速风向联合概率密度函数值；然后运用曲面拟合方法，得到简洁法实用的风速风向联合概率密度函数由面的表达式．文中同时分析了风速风向在各季节的特点．这些结果可以方便地用于上海地区结构的抗风设计及风洞试验研究．对其它地区的民极年特性分析，文中的方法及结论也可被参考使用．

关键词：风速风向概率密度函数抗风设计桥梁

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

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兰州理工大学学报 2022年第3期48卷 115-124页

作者：李万润张广隶李林杜永峰兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050 兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州市气象局甘肃兰州730020

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布... 详细信息

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.

关键词：风速风向联合概率分布基本风速最小二乘法

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基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统

仪表技术与传感器 2022年第2期 79-83页

作者：杨阳阳崔永俊侯钰龙中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术国防科技重点实验室山西太原030051

针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统。系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测... 详细信息

针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统。系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测试单元,实现超声波飞行时间的计量,LoRa无线模块为数据传输单元,实现风速风向数据上传至上位机,上位机为显示处理单元,实现数据实时显示。经实际测试,系统风速测量误差在0.1 m/s以内,风向测量偏差不超过0.8°,达到了《数字风速仪检定规程》的标准。

关键词：时差法超声波风速风向滑动窗口滤波算法 LoRa

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基于ARM的超声波法风速风向测量系统

仪表技术与传感器 2012年第12期 67-69,91页

作者：康基伟楚亚博冯海波河南电网建设管理公司河南郑州450000 西宁供电公司青海西宁810003

设计了一套基于改进时差法的收发一体式超声波风速风向测量系统,以ARM芯片LPC2136为核心,采用了模块化的设计思想,根据电路功能详细设计了超声波收发、信号调理、数据量化、人机接口、系统电源与时钟及网络通信六大模块,同时在软件设计... 详细信息

设计了一套基于改进时差法的收发一体式超声波风速风向测量系统,以ARM芯片LPC2136为核心,采用了模块化的设计思想,根据电路功能详细设计了超声波收发、信号调理、数据量化、人机接口、系统电源与时钟及网络通信六大模块,同时在软件设计中采用了接收信号范围门与小波变换相结合的数据处理方法来精确定位超声波传播时间,对程序进行了整体优化。系统可实现风参数的精确测量、实时显示及与上位机PC的灵活通信等功能。

关键词： ARM 超声波时差法风速风向

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超声波二维风速风向测量系统设计

超声波二维风速风向测量系统设计

作者：梁家怡哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

风在当今科技飞速发展进步的时代，已不仅仅作为自然现象而存在，作为清洁的可再生能源，风能越来越受到世界的重视。当前的超声波风速风向传感器趋向于小型化，如风电机组，要求风速测量装置体积小、能耗低、能够准确稳定地测量风能信... 详细信息

风在当今科技飞速发展进步的时代，已不仅仅作为自然现象而存在，作为清洁的可再生能源，风能越来越受到世界的重视。当前的超声波风速风向传感器趋向于小型化，如风电机组，要求风速测量装置体积小、能耗低、能够准确稳定地测量风能信息，因此，一套稳定、可靠的风速检测系统对于风能的高效利用至关重要。本文提出一种超声波二维风速风向测量方法和测量系统的设计方案，该方案以时差风速测量方法为基础，从时差测量方法及超声波传感器配置方法两方面进行了研究，得到了准确、低成本的测量时差信号的方法，即基于超声波传感器的相位差风速风向测量方法。通过对比实验，本文从超声波传感器的交叉、反射、三角配置形式中选出了最优配置方案，在此基础上建立了相位差与风速、风向关系的数学模型。本系统通过数字电路测量同等声程下超声波脉冲顺风和逆风传播相位差，此相位差等同于顺风和逆风传播时间差，并将该相位差通过数字模拟混合电路转换为直流电压信号，再由单片机进行数据处理，经软件分析后获得风速风向信息。风速风向测量系统硬件设计包括：电源电路、传感器信号调理电路、单片机系统、红外接收电路、显示电路、串口通信电路等电路设计。软件设计主要工作有：信号分析与处理、信号输出、红外解码、信息存储等功能。本文对风速风向测量算法进行了详细分析，最终得到风速风向合成可能存在的问题的具体解决方案，配合所采用的时间差测量方法，超声波二维风速风向测量系统能够风速的高稳定高精度测量，同时具有体积小，重量轻等特点。

关键词：风速风向相位差矢量合成红外遥控

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基于超声波的风速风向测量研究

基于超声波的风速风向测量研究

作者：陆健南京信息工程大学

学位级别：硕士

风是由空气流动引起的一种自然现象,是极其重要的气象要素。传统的风速风向测量通常采用风杯式风速仪,由于存在机械磨损、精度低、寿命短等缺点,近年来逐渐被超声波风速仪所取代,超声波风速仪具有反应快、分辨率高、寿命长等特点,其在... 详细信息

风是由空气流动引起的一种自然现象,是极其重要的气象要素。传统的风速风向测量通常采用风杯式风速仪,由于存在机械磨损、精度低、寿命短等缺点,近年来逐渐被超声波风速仪所取代,超声波风速仪具有反应快、分辨率高、寿命长等特点,其在气象观测、风力发电、新能源等领域有着广泛的应用需求。论文分析了超声波测风的工作原理,设计了一种超声波风速风向测量系统,并在硬件基础上,对系统进行了小型化研究和设计。为了保证系统的测量精度等能够满足应用需求,研究并建立时差法测量的数学模型确定了换能器测量阵列结构。在理论基础上,确定采用CPLD EPM240T100来实现高频计时器设计、提高系统响应速度和硬件集成度,同时选用32位ARM LPC1768完成对数据处理及外围通信等功能,系统采用主-从控制结构,实现基于ARM和CPLD的超声波风速风向测量系统。硬件电路设计为了降低干扰及减小体积,将模拟与数字电路分开设计。模拟电路主要包括：ARM主控制系统、CPLD协处理系统、超声波驱动电路、信号接收处理电路、温度采集及加热电路、串口通信接口等模块。数字电路部分由CPLD内部设计集成,极大简化了硬件电路设计且有助于系统升级,其包括超声波驱动信号发生器、高精度计时器、信号接收及通信模块。系统软件设计采用Keil uVision4和Quartus Ⅱ 8.1实现ARM和CPLD控制程序设计,上位机软件采用C++进行MFC设计,通过系统提供的模拟／数字通信接口,可实现风速风向的上位机处理、显示和存储等。同时,为增强系统测量的稳定可靠性,采用软件算法实现补偿,下位机ARM采用标量平均值数字滤波算法对数据进行一次处理,上位机采用改进型53H算法对数据进行二次滤波处理,降低可能来自干扰、传输等引起的随机误差。研究设计及实验测试结果表明：基于ARM和CPLD设计的超声波风速仪在缩小整机尺寸的情况下,系统在数据处理的速度、精度和稳定性上均可达到工程应用要求,且成本低,结构简单,在风速风向测量应用中具有一定的应用前景和参考价值。

关键词：超声波风速风向时差法 ARM 复杂可编程逻辑器件

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基于STM32的风速风向测试系统设计

基于STM32的风速风向测试系统设计

作者：吕敏西南交通大学

学位级别：硕士

乘坐舒适性是影响高速动车组运行质量的重要因素,综合舒适度取代传统的平稳性和舒适度指标对其进行评价与分析,这对我国动车组技术的引进、消化、吸收及创新具有十分重要的意义。综合舒适度测试对象包括车厢风速、风向在内的多种参数,... 详细信息

乘坐舒适性是影响高速动车组运行质量的重要因素,综合舒适度取代传统的平稳性和舒适度指标对其进行评价与分析,这对我国动车组技术的引进、消化、吸收及创新具有十分重要的意义。综合舒适度测试对象包括车厢风速、风向在内的多种参数,用于跟踪动车组的运行状况。动车组试验在我国处于研究探索阶段,测试方案设计及仪器开发均属于全新课题,设计一款符合要求的风速风向测试系统保证了试验数据的可靠性。另外,该系统也可应用于多种恶劣环境下的风速风向观测,为测风技术研究提供了一种可行的方案。分析现有风速风向测试设备优缺点,论文给出了符合设计要求的系统框图,软硬件设计采用模块化设计思想。系统完成传感器检测信号输入、调理、存储和液晶显示,借助文件系统对采集数据进行管理,液晶模块代替上位机软件实现动态波形显示,预留多种接口方便功能扩展。该系统具有良好的人机界面,智能化程度较高且体积灵巧,能够轻松完成多点的数据采集。系统设计首先介绍了常用测风传感器的工作原理,主要包括皮托管式传感器、热式传感器、机械式传感器和超声波式传感器,并分析了各类传感器的特性,综合考虑确定选用机械式传感器;其次,硬件电路设计以高性能的STM32微控制器为核心搭建硬件平台,具有信号采集和处理、SD卡数据存储、TFT液晶显示和RS232通信功能,JTAG接口实现系统跟踪调试,电源电路为系统提供了可靠的电源;最后,软件设计阐述了系统各模块的设计思想和主要流程,重点介绍了SD卡底层驱动和FAT32文件系统解决方案,TFT液晶模块的动态波形显示技术包含归一化、插值描点和更新方式,其中插值算法使用拉格朗日多项式法并取得了满意的波形,在该应用领域是一种新的尝试。根据样机调试和现场测试,该风速风向测试系统达到了设计的预期目标,并且工作稳定,性能良好,满足便携式测试系统的要求。论文最后对系统误差进行了分析,为以后系统改进做好了准备。

关键词：风速风向测试系统 STM32 文件系统动态波形