發(fā)布時間：2020-02-27 09:07

【摘要】：風速是氣象要素的重要組成部分,不僅對社會經濟的發(fā)展起著重要作用,還與人們的生活息息相關。目前風速按測量形式主要分為機械式測量、超聲波式測量和熱式測量。機械式風速計啟動風速通常在0.3～0.5 m/s范圍內,這給低風速測量帶來困難。超聲波式風速傳感器可實現0.01 m/s量級的分辨率,但其體積較大、價格較昂貴。傳統熱式風速傳感器在中低風速范圍內靈敏度較高,但易受環(huán)境溫度的影響,其溫度漂移是最主要的誤差來源之一。為修正傳感器的溫漂誤差,通常采用橋式電路補償和利用單片機進行線性公式補償等方法,但對于溫漂特性呈非線性的傳感器,則采用上述方法難以獲得較好的補償效果。0.3 m/s以下微小風速的精確測量和溫漂修正,是風速測量領域的一個難題。本文提出了一種熱式風速傳感器設計。傳感器系統由恒功率加熱的傳感器探頭、信號采集電路、恒功率控制電路、溫漂修正算法及上位機等部分構成。該系統選用STM32作為微處理器芯片,PT100作為測溫元件,采用24位高精度AD7794進行模數轉換,運用PID算法和脈寬調制對傳感器進行恒功率加熱控制,利用遺傳算法作為傳感器的溫漂修正算法。系統采集的數據可通過串口發(fā)送給C#語言編寫的上位機顯示并存儲數據。利用計算流體動力學方法對傳感器探頭進行了仿真分析,為硬件設計提供理論基礎。實驗結果表明,該傳感器的溫度漂移得到了很好的抑制。在-20～40℃的環(huán)境溫度和0.03～0.3m/s的風速量程范圍內,該風速傳感器的滿量程精度可達5.19%,在低風速測量領域具有一定的應用潛力。
【圖文】：

機械式風速計具有操作簡單、抗干擾能力較強、風速測量范圍廣等優(yōu)點，但其逡逑磨損會造成軸承性能變化，引起測量誤差［７４］。機械式風速計啟動風速通常在逡逑０．３？０．５ｍ／ｓ范圍內，圖１．１所示為長春氣象儀器研究所ＦＣ－１風速計，它由３個逡逑半球形或拋物錐形的空心杯殼組成，杯殼固定在兩兩互成１２０。的三叉型支架逡逑上，啟動風速為0．５ｍ／ｓ，這給低風速測量帶來困難。逡逑Ｉ逡逑圖１．１ＦＣ－１風速計逡逑１．２．２皮托管測量法逡逑皮托管測量法是利用流體流動時引起的氣流總壓與靜壓來確定流速的一種逡逑檢測方法。皮托管主要由測頭、管柱、外管、內管及靜壓、全壓引出管路構成【９］。逡逑在管路設計時，要確保測量的全壓、靜壓及相應壓力的管路之間互不相通。對逡逑于較高風速的測量，皮托管式風速儀測量的精度和分辨率都相對較高，且其結逡逑構簡單，成本較低。但對于低風速的測量適應性較差，且通常要求在全壓測控逡逑處的雷諾數不低于２００＾。其實物圖如圖１．２所示。逡逑２逡逑

風場干擾、無壓力損失、不存在阻塞、機械磨損等并且使用時間長，對低風速逡逑測量也具有較高的靈敏度。超聲波風速計可實現Ｏ．Ｏｌｍ／ｓ量級的分辨率，但其逡逑體積較大、價格較昂貴［｜２］，，圖１．３所示為英國ＧＩＬＬ的專業(yè)級超聲波風速儀逡逑ＷｉｎｄＯｂｓｅｒｖｅｒｌｌ，啟動風速低于Ｏ．ｌｍ／ｓ，但其單價高達數千美元，給此類傳感逡逑器的廣泛應用帶來限制。逡逑３逡逑
【學位授予單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻】

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本文編號：2583243