風(fēng)向風(fēng)速傳感器的發(fā)明研究
目前的氣象學(xué)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，他們所使用的儀器都是最新研發(fā)的，像風(fēng)向風(fēng)速儀就是我們使用比較廣泛的儀器之一。這個(gè)儀器是具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)性的，尤其是在測(cè)定風(fēng)速的時(shí)候，由于傳感器的不同，會(huì)造成風(fēng)力產(chǎn)生很大的變化，也會(huì)使得在空間上移動(dòng)的不是很有規(guī)律，造成一些檢測(cè)的誤差。另外,傳感器安裝在野外,在遭遇到極端的雨雪天氣時(shí),機(jī)械旋轉(zhuǎn)和風(fēng)杯易結(jié)冰,影響正常的氣象觀測(cè)。隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步,在地面氣象觀測(cè)領(lǐng)域,越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到風(fēng)向風(fēng)速的測(cè)量上,超聲波式風(fēng)向風(fēng)速傳感器具有良好動(dòng)態(tài)特性, 不存在機(jī)械磨損和慣性滯后等問(wèn)題,且長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠,風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng),其測(cè)量精度高、功耗低、測(cè)量范圍廣、可靠性強(qiáng),具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。
超聲波式測(cè)風(fēng)主要有時(shí)差法、多普勒法、渦街法和相關(guān)法等測(cè)量方法。時(shí)差法最為常見,其原理為:在平靜空氣中,聲波的傳播速度會(huì)被在風(fēng)方向的空氣流動(dòng)所改變。如果風(fēng)向和聲波的傳播方向相同,就會(huì)增大聲波的傳播速度,反之則會(huì)減小聲波的速度。超聲波換能器是完成超聲波發(fā)射與接收的部件, 其直接影響到測(cè)量距離的準(zhǔn)確性、精度以及可靠性。換能器一般采用雙壓電陶瓷晶片制成,其非常適合在氣體和液體介質(zhì)中傳輸,且能抵御惡劣的環(huán)境。
選擇換能器的一個(gè)重要參數(shù)是工作頻率,換能器的工作頻率就是壓電陶瓷材料共振頻率,當(dāng)加在超聲波傳感器兩個(gè)電極之間的交變電壓的頻率等于壓電陶瓷的共振頻率時(shí),輸出的能量最大,靈敏度也最高,它直接決定了超聲波傳感器的外形尺寸。超聲波的時(shí)差法測(cè)量大多是使用高速計(jì)數(shù)器來(lái)對(duì)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行測(cè)量,基于計(jì)數(shù)器的測(cè)量方法依賴于計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率以及對(duì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的閾值判斷。要達(dá)到較高的測(cè)量精度,通常要求計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)頻率在100 MHz以上,對(duì)電路設(shè)計(jì)有較高的要求。超聲波接收電路的信號(hào)中,總混有雜波和干擾脈沖等環(huán)境噪聲,而前置放大電路在放大有用信號(hào)的同時(shí),會(huì)將一部分的噪聲信號(hào)同時(shí)放大。中國(guó)糧油儀器網(wǎng) http://www.feta-virtual.com/
