微風速矢量測量系統(tǒng).pdf

1、風的流速、流量和流向測量與控制與人們的日常生活息息相關(guān)。目前風速主要的測量儀器有機械式風速傳感器、皮托管風速儀、超聲波測速儀、多普勒測速儀、粒子成像測速度場儀、應(yīng)變式風速傳感器、熱線熱膜風速傳感器、熱脈沖風速傳感器等。熱線式風速傳感器由于技術(shù)成熟，分辨率穩(wěn)定性比較好是常用的低風速測量方法。目前國內(nèi)市場微風速傳感器多為國外產(chǎn)品，價格昂貴，且很少帶有風向識別功能，因此本文面向微風的風速和風向的測量設(shè)計了一種熱膜式測量系統(tǒng)。
　　熱損式

2、風速傳感器的測量模型是本設(shè)計的基礎(chǔ)。本文首先從熱力學基礎(chǔ)分析了氣流強迫對流中平板熱傳遞的過程，給出了熱損式風速傳感器的數(shù)學模型，及精確計算方法。使用金屬鉑的電阻值溫度敏感效應(yīng)進行溫度測量和控制，進而測量傳感器在強迫對流中的熱傳遞。通過對比不同絕緣材料的線膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)系數(shù)等物理特性選擇探頭基底材料，并考慮阻塞效應(yīng)、安裝使用方便和其他因素設(shè)計了傳感器的探頭結(jié)構(gòu)。
　　測量系統(tǒng)的硬件和軟件是系統(tǒng)的核心。本文通過測量環(huán)境溫度對測量系統(tǒng)進

3、行溫度補償，使用不平衡電橋和數(shù)字PID控制算法對電橋恒溫差進行控制。電路中為了減少誤差和測量干擾，使用三線連接方法和相互關(guān)聯(lián)的恒流源激勵鉑電阻進行氣流溫度和方向溫度場的測量。使用差分放大器對電橋電壓進行偏置處理。選擇高性能的基于ARM CoretexM3的LPC1343作為處理器。微控制器使用SPI接口與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接獲取探頭信息，并使用I2C接口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器通信控制電橋溫度。LPC1343同時還作為測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心，將測得數(shù)據(jù)發(fā)