李研达，薛 琦

(1.安阳师范学院物理与电气工程学院，河南安阳 455000；2.郑州大学信息工程学院，河南郑州 450001)

0 引言

在风力发电机的风速风向检测方面以机械式为主，传送带和压力传感器相结合的方式，皮带长时间使用后会磨损[1]，压力传感器在低风速下薄膜振动很小,精度非常差，检测量程受限；精密风速检测系统以多普勒为原理，但原理复杂、造价昂贵且环境适应性差[2]；超声波技术原理简单,技术可靠，无需机械配合部件，与现在信号处理方法结合后同样也可以达到较高精度。本文采用超声波检测原理和时差计算程序设计了高精密风速检测系统。

1 超声波风速检测原理

超声波风速检测原理如图1所示。在两维空间中，按照360°空间均匀分布8个超声波传感器，超声波的传播途径受风速影响，8个传感器采集的风速转换成向量[3]，最后合成一个风速矢量v，风速受温度、气压等影响因素不在考虑范围。

图1 风速检测原理

将东西两个相对方向的速度、时间、距离建立风速检测模型：

(1)

同理，以相同的原理建立南北方向的模型：

(2)

式中：v为风速；θ为风速与不同方向的传感器之间的角度；t1和t2分别为能量发射后东西方向接收顺逆风信号的时间；t3和t4分别为能量发射后南北方向接收顺逆风信号的时间。

本系统8个角度中，以东南西北4个方向的计算结果作为基准，其余4个方向计算出的结果用于校准风速。联立式(1)和式(2)求解出风速和角度。

2 高精密风速检测的硬件系统

按照功能需要设计硬件模块，DSP主控模块用于检测采集数据和计算，驱动电路为超声波传感器提供能量[4]，ADC数据采集电路用来保证系统采集数据的有效性。……