【摘要】：風(fēng)速是氣象要素的重要組成部分,不僅對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用,還與人們的生活息息相關(guān)。目前風(fēng)速按測量形式主要分為機(jī)械式測量、超聲波式測量和熱式測量。機(jī)械式風(fēng)速計啟動風(fēng)速通常在0.3～0.5 m/s范圍內(nèi),這給低風(fēng)速測量帶來困難。超聲波式風(fēng)速傳感器可實現(xiàn)0.01 m/s量級的分辨率,但其體積較大、價格較昂貴。傳統(tǒng)熱式風(fēng)速傳感器在中低風(fēng)速范圍內(nèi)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(bǔ)償和利用單片機(jī)進(jìn)行線性公式補(bǔ)償?shù)确椒?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(bǔ)償效果。0.3 m/s以下微小風(fēng)速的精確測量和溫漂修正,是風(fēng)速測量領(lǐng)域的一個難題。本文提出了一種熱式風(fēng)速傳感器設(shè)計。傳感器系統(tǒng)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(jī)等部分構(gòu)成。該系統(tǒng)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(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,運(yùn)用PID算法和脈寬調(diào)制對傳感器進(jìn)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(tǒng)采集的數(shù)據(jù)可通過串口發(fā)送給C#語言編寫的上位機(jī)顯示并存儲數(shù)據(jù)。利用計算流體動力學(xué)方法對傳感器探頭進(jìn)行了仿真分析,為硬件設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。實驗結(jié)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(fēng)速量程范圍內(nèi),該風(fēng)速傳感器的滿量程精度可達(dá)5.19%,在低風(fēng)速測量領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。
【圖文】：

機(jī)械式風(fēng)速計具有操作簡單、抗干擾能力較強(qiáng)、風(fēng)速測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其逡逑磨損會造成軸承性能變化，引起測量誤差［７４］。機(jī)械式風(fēng)速計啟動風(fēng)速通常在逡逑０．３？０．５ｍ／ｓ范圍內(nèi)，圖１．１所示為長春氣象儀器研究所ＦＣ－１風(fēng)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(fēng)速為0．５ｍ／ｓ，這給低風(fēng)速測量帶來困難。逡逑Ｉ逡逑圖１．１ＦＣ－１風(fēng)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(nèi)管及靜壓、全壓引出管路構(gòu)成【９］。逡逑在管路設(shè)計時，要確保測量的全壓、靜壓及相應(yīng)壓力的管路之間互不相通。對逡逑于較高風(fēng)速的測量，皮托管式風(fēng)速儀測量的精度和分辨率都相對較高，且其結(jié)逡逑構(gòu)簡單，成本較低。但對于低風(fēng)速的測量適應(yīng)性較差，且通常要求在全壓測控逡逑處的雷諾數(shù)不低于２００＾。其實物圖如圖１．２所示。逡逑２逡逑

風(fēng)場干擾、無壓力損失、不存在阻塞、機(jī)械磨損等并且使用時間長，對低風(fēng)速逡逑測量也具有較高的靈敏度。超聲波風(fēng)速計可實現(xiàn)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(fēng)速儀逡逑ＷｉｎｄＯｂｓｅｒｖｅｒｌｌ，啟動風(fēng)速低于Ｏ．ｌｍ／ｓ，但其單價高達(dá)數(shù)千美元，給此類傳感逡逑器的廣泛應(yīng)用帶來限制。逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2583243