专利名称：一种基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法
技术领域：
本发明属于风向风速测量技术领域，尤其涉及一种基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法。
背景技术：
对于自由空间空气流动的风向风速测量，目前国内有基于MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)工艺二维风向风速计、基于CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)工艺二维风向风速计与基于超声波原理的二维风向风速计。
图1是基于MEMS、CMOS工艺二维风向风速计的基本原理图，中间是多晶硅加热电阻31，外围两组热电堆32互相垂直且分别对称排列。其中，基于MEMS工艺的二维风向风速计测量风速范围较�。捎贛EMS器件的封装技术难度大，大量的MEMS器件仍然停留在实验室阶段，难于广泛应用。而基于CMOS工艺的二维风向风速计，电路的结构和形式与传感器的具体工作方式有关，传感器有效输出信号一般在毫伏量级，因此必须设计低失调、低噪声等特性的处理电路，处理电路设计难度大。另一种就是基于超声波原理的二维风向风速计，控制电路较为复杂，目前市场已经出现的超声波流体检测仪器，结构较为简单，体积大，高性能产品仍处于研究开发阶段。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，从流体力学、热损失原理出发对风向风速进行实时测量，测量结果为数字信号，处理电路结构简单，产品体积�。缢俨饬糠段Т�。
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本发明的目的是通过以下技术方案实现的:—种基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，包括:第一步、在金属测量片11的内表面固定电加热体2，在金属测量片11上以电加热体2为圆心的圆周处周向阵列均布固定多个温度传感器3 ；第二步、通过电加热体2加热金属测量片11，使金属测量片11外表面的温度高于环境温度20°C 40°C。第三步、计算风向与风速:其中，计算风向包括:将金属测量片11水平放置，多个温度传感器3的方位角e i的角度分别对应:0， (2-1)360/i, (3-1)360/i,， (i_l_l)360/i 与(i_l)360/i ；获取对应的测量温度值T1 Ti, i为温度传感器3的个数；取测量温度值T1 Ti中的最小值Tj为最小温度值Tmin，其中，I ^ j ^ i ；在平面直角坐标系中以各温度传感器3所在圆周的对应方位角0i 0 i角度为横坐标，以对应该温度传感器3的测量温度值T1 Ti为纵坐标；对测量温度值T1 Ti进行二次曲线拟合，曲线的最低点所对应的方位角为确定风向的风向角9 ^ ;其中，计算风速包括:Fs= (fsl+fs2+fs3+fs4)/3 ;单位:米 / 秒;上式中:
权利要求
1.一种基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，其特征在于，包括: 第一步、在金属测量片(11)的内表面固定电加热体(2)，在金属测量片(11)上以电加热体(2)为圆心的圆周处周向阵列均布固定多个温度传感器(3)； 第二步、通过电加热体(2)加热金属测量片(11)，使金属测量片(11)外表面的温度高于环境温度AT°C ; 第三步、计算风向与风速: 其中，计算风向包括: 将金属测量片(Ii)水平放置，多个温度传感器(3)的方位角e,的角度分别对应:O， (2-1)360/i, (3-1)360/i,， (i_l_l)360/i 与(i_l)360/i ； 获取对应的测量温度值T1 Ti, i为温度传感器(3)的个数； 取测量温度值T1 Ti中的最小值Tj为最小温度值Tmin，其中，I ^ j ^ i ； 在平面直角坐标系中以各温度传感器(3)所在圆周的对应方位角Q1-Qi角度为横坐标，以对应该温度传感器(3)的测量温度值T1 Ti为纵坐标；对测量温度值T1 Ti进行二次曲线拟合，曲线的最低点所对应的方位角为确定风向的风向角9 ^ ; 其中，计算风速包括: Fs = (fsl+fs2+fs3+fs4) /3 ;单位:米 / 秒； 上式中:
2.根据权利要求1所述的基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，其特征在于，加热后和金属测量片(11)外表面的温度高于环境温度20°C 40°C。
3.根据权利要求1所述的基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，其特征在于，所述的电加热体(2)采用加热电阻PTC，由控制电路产生脉冲宽度调制PWM序列控制加热电阻PTC的温度，确定最大温度值Tmax的方法还包括:Tmax = 0.863Th+41.1q ； 式中， q、为脉冲宽度调制PWM的占空比。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，其特征在于，所述的金属测量片(11)包括圆盖形的金属测量件(I)的圆形底板；电加热体(2)固定于圆形底板的中心；圆盖形的金属测量件(I)的圆柱侧壁(12)上周向阵列均布固定多个温度传感器(3)。
5.根据权利要求1、2或3所述的基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，其特征在于，所述的温度传感器(3)包括最少4个，最多可以排满金属测量件(I)的圆柱侧壁(12)。
6.根据权利要求1、2或3所述的基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，其特征在于，所述的温度传感 器(3)可采用SOT23-6表贴微小封装。
全文摘要
本发明公开了一种基于温度传感器阵列的二维风向风速测量方法，包括检测在金属测量片(11)上以电加热体(2)为圆心的圆周处周向阵列均布固定多个温度传感器(3)在温度高于环境温度ΔT℃(20℃～40℃)情况下的有风状态下的对应的测量温度值T1～Ti，获取最小温度值Tmin；确定风向角θ0；根据风向角θ0可确定风向；并通过最小温度值Tmin与最大温度值Tmax，确定风速，从流体力学、热损失原理出发对风向风速进行实时测量，测量结果为数字信号，处理电路结构简单，产品体积�。缢俨饬糠段Т�。
文档编号G01P5/12GK103163323SQ201110419290
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者阴泽杰, 蒋小菲, 张万生, 王闻迪, 丁宝钢, 邢涛 申请人:中国科学技术大学
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