應(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境的三維超聲波風(fēng)速儀.pdf

1、本研究的主要目的是設(shè)計一種通過測量超聲波傳播時間來測量風(fēng)速的三維風(fēng)速儀,即三維超聲風(fēng)速儀,并分析它的特性。同時,利用卡爾曼濾波算法估計平均風(fēng)速風(fēng)向,并對該方法的性能進(jìn)行評價。
　　為了實現(xiàn)上述目的,本文首先闡述了以煤礦道和服務(wù)器機(jī)房為應(yīng)用環(huán)境的條件下,監(jiān)測氣流的速度和方向?qū)Νh(huán)境、能源消耗和安全三個方面的重要性;接著,分析了幾種目前常用的用于測量氣流速度的儀表,并得出結(jié)論,即超聲波測風(fēng)法是最適用于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的方法;然后描述了三維超

2、聲風(fēng)速儀的設(shè)計過程;最后為了評價風(fēng)速儀的工作性能,進(jìn)行了一系列的標(biāo)定實驗。
　　本文設(shè)計三維超聲風(fēng)速儀的過程包括:(1)設(shè)計并實現(xiàn)一個利用閾值監(jiān)測方法測量傳播時間的電子模塊;(2)在現(xiàn)有的商業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，制造并裝配一支風(fēng)速儀專用的固定架;(3)開發(fā)控制傳感器的單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)和用于數(shù)據(jù)采集與信息處理的圖形用戶界面軟件。
　　在標(biāo)定過程中,利用了一個以11 m/s為最大測試速度的風(fēng)洞設(shè)備進(jìn)行實驗。實驗的過程包括:通過十六

3、次標(biāo)定實驗獲得固定架對傳感器測量的影響,并以此作為補(bǔ)償系數(shù)校準(zhǔn)風(fēng)速儀對氣流速度和方向的測量結(jié)果;通過三次最終實驗,評價已校準(zhǔn)的風(fēng)速儀的性能。標(biāo)定和最終實驗表明,可以利用本文設(shè)計的風(fēng)速儀結(jié)合卡爾曼濾波算法,通過測量超聲波的傳播時間實現(xiàn)對室內(nèi)平均風(fēng)速和風(fēng)向?qū)崟r估計的目的。
　　實驗結(jié)果表明,所設(shè)計的風(fēng)速儀的響應(yīng)與相關(guān)文獻(xiàn)給出的結(jié)果相符,能夠用于對室內(nèi)環(huán)境的風(fēng)速和風(fēng)向(三維)的測量。卡爾曼濾波算法的應(yīng)用能夠有效地提高風(fēng)向測量的精度,并使