專利名稱：測量風速的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及測試和測量領域，尤其涉及一種測量風速的方法和裝置。

背景技術：
智能化的低風速測量儀器在測量管道環(huán)境、采暖、空調制冷、環(huán)境保護、節(jié)能監(jiān)測、氣象、農(nóng)業(yè)、冷藏、干燥、勞動衛(wèi)生調查、潔凈車間、化纖紡織等風速實驗和風能研究方面有廣泛用途。
目前風速的測量方法主要有風杯式、微電子機械系統(tǒng)(MicroElectromechanical System，MEMS)、熱線式和熱球測量方法，風杯式測量主要應用于室外風速的測量，測量精度低，適合于高風速的測量；MEMS方式的風速測量目前還處于實驗階段，沒有成品面市；熱線或熱球式的風速測量具有較高的測量精度，適合于室內或管道內等較為潔凈的環(huán)境下的風速測量。熱線或熱球式風速儀主要采取測量溫度變化的方式測量風速，由于熱電偶溫度傳感器輸出的電壓差與風速值為非線性關系，采用分段線性或最小二乘法擬合的方法來進行非線性風速的擬合，在實際應用中，當風速范圍較大，如風速在0～30m/s之間，對風速的擬合結果會比較差，造成測量誤差大，誤差甚至能達到5％，嚴重降低風速的測量精度。


發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種測量風速的方法和裝置，能夠準確地測量風速。
為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了如下技術方案 一種測量風速的方法，包括 獲取風速的當前AD值； 將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)； 采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速。
進一步的，所述方法還具有如下特點 在取對數(shù)時，將所述標定風速值擴大M倍后再取對數(shù)。
進一步的，所述方法還具有如下特點所述M取值為100或1000。
進一步的，所述方法還具有如下特點所述采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速包括 從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與取對數(shù)后當前AD值之間差值最小的標定AD值； 采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
進一步的，所述方法還具有如下特點采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速具體包括 或者， WS表示風速； exp為反對數(shù)算法，且反對數(shù)算法的底數(shù)與對數(shù)算法的底數(shù)相同； LnAD為所述當前AD取對數(shù)后的結果； LnCalADJ和LnCalADJ+1為所述標定AD值取對數(shù)的結果，且與該LnAD的差值最??； LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分別為LnCalADJ和LnCalADJ+1對應的風速值擴大M倍后取對數(shù)后的結果； 如果所述標定風速值在取對數(shù)前擴大M倍，則P＝M；如果所述標定風速值取對數(shù)前未擴大，P＝1。
進一步的，所述方法還具有如下特點所述采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速包括 獲取在環(huán)境變化時外界因素對所述當前AD值造成的偏差，所述過程包括獲取當前和標定數(shù)據(jù)中0.1m/s風速的AD值分別取對數(shù)后的差值； 根據(jù)所述獲取的偏差，修正取對數(shù)后的當前AD值； 從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與修正后當前AD值之間差值最小的標定AD值； 采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
進一步的，所述方法還具有如下特點所述采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速具體包括 或者， WS表示當前的風速； exp為反對數(shù)算法，且反對數(shù)算法的底數(shù)與對數(shù)算法的底數(shù)相同； LnAD為所述當前AD取對數(shù)后的結果； LnCalADJ和LnCalADJ+1為所述標定AD值擴大M后取對數(shù)的結果，且與該LnAD的差值最?。? DelLnAD為外界因素對LnAD造成的偏差值； LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分別為LnCalADJ和LnCalADJ+1對應的風速值取對數(shù)后的結果； 如果所述標定風速值在取對數(shù)前擴大M倍，則P＝M；如果所述標定風速值在取對數(shù)前未擴大，P＝1。
一種測量風速的裝置，包括 第一獲取模塊，用于獲取風速的當前AD值； 計算模塊，用于將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)； 第二獲取模塊，用于采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值獲取所述風速。
進一步的，所述裝置還具有如下特點所述第二獲取模塊包括 第一選取單元，用于從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與取對數(shù)后當前AD值之間差值最小的標定AD值； 第一獲取單元，用于采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
進一步的，所述裝置還具有如下特點所述第二獲取模塊包括 第二獲取單元，用于獲取在環(huán)境變化時外界因素對所述當前AD值造成的偏差，所述過程包括獲取當前和標定數(shù)據(jù)中0.1m/s風速的AD值分別取對數(shù)后的差值； 修正單元，用于根據(jù)所述獲取的偏差，修正取對數(shù)后的當前AD值； 第二選取單元，用于從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與修正后當前AD值之間差值最小的標定AD值； 第三獲取單元，用于采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
本發(fā)明提供的技術方案，通過對風速值和AD值分別取對數(shù)，使風速值和AD值為線性關系，實現(xiàn)方法簡單，且保證計算風速的準確性。



圖1為現(xiàn)有技術中風速與AD值的對應關系示意圖； 圖2為本發(fā)明實施例中取對數(shù)后風速與AD值的對應關系示意圖； 圖3為本發(fā)明中不同溫度下取對數(shù)后風速與AD值的對應關系示意圖； 圖4為本發(fā)明提供的測量風速的方法流程圖； 圖5為本發(fā)明提供的測量風速的裝置結構示意圖； 圖6為圖5所示實施例中第二獲取模塊的結構示意圖； 圖7為圖5所示實施例中第二獲取模塊的另一結構示意圖。

具體實施例方式 下面結合附圖對本發(fā)明提供的技術方案作進一步介紹。
由于熱電偶輸出的隨熱球溫度變化的電壓差與當前的風速值為非線性關系，需要建立風速測桿的AD轉換值與風速值的線性關系。
以風速WS值為0～30m/s的范圍為例進行說明，選取如下采樣點，包括30m/s、25m/s、20m/s、17m/s、12m/s、10m/s、9m/s、8m/s、7m/s、6m/s、5m/s、4m/s、3m/s、2m/s、1.5m/s、1m/s、0.75m/s、0.5m/s、0.4m/s、0.3m/s、0.1m/s。上述WS值采樣點對應的AD轉換值如表1所示 表1風速值與AD值 表1中WS值與AD值對應的數(shù)據(jù)曲線如圖1所示，WS值和AD值為非線性關系。
本發(fā)明中將WS值擴大M倍，其中為了提高計算精度，減少浮點運算的誤差損失，M的優(yōu)先取值可以為100或1000，當然也可以取其他值，如200、135等其他值，只是會引起浮點運算的誤差損失，本發(fā)明中M取100，即擴大100倍，將擴大倍數(shù)后的WS值和AD值分別取對數(shù)，且對數(shù)的底數(shù)相同，其中對數(shù)的底數(shù)可以是任何值，本發(fā)明優(yōu)選底數(shù)為e，得到如下數(shù)據(jù)， 如表2所示 表2取對數(shù)后的WS’值與AD’值 表2中擴大M倍并取對數(shù)后的風速與AD的對應曲線如圖2所示。由圖2中曲線可以看出風速值與采樣取對數(shù)后獲得數(shù)據(jù)為線性關系。
進一步的，如圖3所示，當溫度變化時，WS’值與AD’值仍為線性關系，且各溫度下曲線間為平行關系，如溫度為15℃、20℃及25攝氏度環(huán)境條件下WS’值與AD’值分別取相同對數(shù)后的關系曲線。
下面對本發(fā)明提供的方法進行介紹 首先對獲取風速測量儀的標定數(shù)據(jù)的過程進行說明 具體的，風速測量儀在出廠前應通過風洞試驗進行風速值的標定，具體標定方法包括先將風速計測桿的風速測量窗口通過桿上自帶的圓筒形桿帽遮住，使熱球處于封閉狀態(tài)，等待10秒鐘待測桿熱球溫度穩(wěn)定后開始進行標定實驗。從高風速開始進行采樣，采樣范圍為0.3m/s～30m/s，得到每個采樣點對應的AD值，在得到0.3m/s對應的AD值后，將測桿從風洞試驗管道中取出，通過滑動測桿上的測桿帽將風速測量窗口遮住，等待3秒待測桿熱球溫度穩(wěn)定后測量獲得AD值作為0.1m/s對應的AD值，按風速值從大到小的順序記錄得到的每個采樣點及其每個采樣點對應的AD值。
下面對采用上述標定數(shù)據(jù)進行風速測量的過程進行說明，如圖4所示 步驟401、獲取風速的當前AD值； 具體的，將風速測量儀的測桿帽滑動至風速測量儀的測桿窗口上，使其完全遮住該測桿窗口，開啟風速測量儀進行預熱，等待測桿中的熱球溫度穩(wěn)定；在等待預熱過程中啟動該風速測量儀的AD轉換為連續(xù)轉換模式，獲取該AD轉換器輸出的AD轉換結果，直至連續(xù)兩次AD轉換值相差小于10，退出預熱程序。打開測桿窗口進行風速測量，從AD轉換器獲取當前AD值。
步驟402、將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)； 具體的，將當前AD值取對數(shù)后保存到LnAD中，對測桿中保存的標定數(shù)據(jù)的WS值擴大100后和AD值分別取對數(shù)得到風速數(shù)組LnCalWs[n]和AD值數(shù)組LnCalAD[n]，其中n＝0，1，2......21，其中LnCalWs[n]表示風速值擴大100倍取對數(shù)后的數(shù)值和LnCalAD[n]表示標定AD值取對數(shù)后的數(shù)值。
步驟403、采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速； 具體的，從LnCalAD[n]中選取兩個與LnAD差值最小的LnCalADn，其中一個大于或等于LnAD，另一個小于或等于LnAD，將選取的兩個值分別稱為LnCalAD[J]和LnCalAD[J+1]，其中LnCalAD[J]小于LnCalAD[J+1]，對應的風速值為LnCalWs[J]和LnCalWs[J+1]，J＝0，1，2......20。
或者， WS表示當前的風速； exp為反對數(shù)算法，且反對數(shù)算法的底數(shù)與對數(shù)算法的底數(shù)相同； LnAD為所述當前AD取對數(shù)后的結果； LnCalADJ和LnCalADJ+1為所述標定AD值取對數(shù)的結果，且與該LnAD的差值最?。? LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分別為與LnCalADJ和LnCalADJ+1對應的風速值擴大100倍后取對數(shù)后的結果； 如果所述標定風速值，則P＝M；如果所述標定風速值、所述標定風速值在取對數(shù)前未擴大，P＝1。
為了進一步提高測量的精度，在風速測量過程中去除外界因素對測量結果的影響，本發(fā)明還采取了如下技術手段 記錄預熱過程中最后一次的AD值，該AD值為實際測量時0.1m/s風速對應的AD值，將實際測量的AD值取對數(shù)后與測桿上標定數(shù)據(jù)LnCalAD
進行比較，其中該LnCalAD
為標定數(shù)據(jù)0.1m/s的AD值取對數(shù)的結果，獲取實測時與標定時外界因素(如溫度)變化引起的偏移量DeltaLnAD。
在AD轉換器輸出當前風速對應的AD值取對數(shù)后保存為LnAD，減去DeltaLnAD，將相減后結果再與數(shù)組LnCalAD[n]中的各值進行比較，獲取兩個與LnAD差值最小的LnCalADn，再采用如下公式進行計算 或者， WS表示當前的風速； exp為反對數(shù)算法，且反對數(shù)算法的底數(shù)與對數(shù)算法的底數(shù)相同； LnAD為所述當前AD取對數(shù)后的結果； LnCalADJ和LnCalADJ+1為所述標定AD值取對數(shù)的結果，且與該LnAD的差值最??； DelLnAD為外界因素對LnAD造成的偏差值； LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分別為LnCalADJ和LnCalADJ+1對應的風速值擴大100倍后取對數(shù)后的結果； 如果所述標定風速值、所述標定AD值以及所述當前AD值在取對數(shù)前均擴大M倍，則P＝M；如果所述標定風速值、所述標定AD值以及所述當前AD值在取對數(shù)前未擴大，P＝1。
在排除外界因素變化造成的影響后，測量得到的風速結果參見下表 表3風速測量結果 由表3可以看出，采用本發(fā)明提供的風速測量方法，誤差均小于0.5％，風速的測量精度明顯提高。
對應的，本發(fā)明還提供一種采用上述方法的測量風速的裝置，如圖5所示，包括 第一獲取模塊501，用于獲取風速的當前AD值； 計算模塊502，用于將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)； 第二獲取模塊503，用于采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值獲取所述風速。
進一步的，如圖6所示，所述第二獲取模塊503可以進一步包括 第一選取單元601，用于從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與取對數(shù)后當前AD值之間差值最小的標定AD值； 第一獲取單元602，用于采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
進一步的，如圖7所示，所述第二獲取模塊503可以進一步包括 第二獲取單元701，用于獲取在環(huán)境變化時外界因素對所述當前AD值造成的偏差，所述過程包括獲取當前和標定數(shù)據(jù)中0.1m/s風速的AD值分別取對數(shù)后的差值； 修正單元702，用于根據(jù)所述獲取的偏差，修正取對數(shù)后的當前AD值； 第二選取單元703，用于從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與修正后當前AD值之間差值最小的標定AD值； 第三獲取單元704，用于采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
本領域普通技術人員可以理解實現(xiàn)上述實施例的全部或部分步驟是可以通過程序指令相關的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。
另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。
上述提到的存儲介質可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所述的保護范圍為準。
權利要求
1.一種測量風速的方法，其特征在于，包括
獲取風速的當前AD值；
將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)；
采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在取對數(shù)時，將所述標定風速值擴大M倍后再取對數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述M取值為100或1000。
4.根據(jù)權利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速包括
從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與取對數(shù)后當前AD值之間差值最小的標定AD值；
采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
5.根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速具體包括
或者，
WS表示風速；
exp為反對數(shù)算法，且反對數(shù)算法的底數(shù)與對數(shù)算法的底數(shù)相同；
LnAD為所述當前AD取對數(shù)后的結果；
LnCalADJ和LnCalADJ+1為所述標定AD值取對數(shù)的結果，且與該LnAD的差值最小；
LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分別為LnCalADJ和LnCalADJ+1對應的風速值取對數(shù)后的結果；
如果所述標定風速值在取對數(shù)前擴大M倍，則P＝M；如果所述標定風速值在取對數(shù)前未擴大，P＝1。
6.根據(jù)權利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速包括
獲取在環(huán)境變化時外界因素對所述當前AD值造成的偏差，所述過程包括獲取當前和標定數(shù)據(jù)中0.1m/s風速的AD值分別擴大M倍后的差值；
根據(jù)所述獲取的偏差，修正取對數(shù)后的當前AD值；
從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與修正后當前AD值之間差值最小的標定AD值；
采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速具體包括
或者，
WS表示當前的風速；
exp為反對數(shù)算法，且反對數(shù)算法的底數(shù)與對數(shù)算法的底數(shù)相同；
LnAD為所述當前AD取對數(shù)后的結果；
LnCalADJ和LnCalADJ+1為所述標定AD值取對數(shù)后的結果，且與該LnAD的差值最??；
DelLnAD為外界因素對LnAD造成的偏差值；
LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分別為LnCalADJ和LnCalADJ+1對應的風速值取對數(shù)后的結果；
如果所述標定風速值在取對數(shù)前擴大M倍，則P＝M；如果所述標定風速值在取對數(shù)前未擴大，P＝1。
8.一種測量風速的裝置，其特征在于，包括
第一獲取模塊，用于獲取風速的當前AD值；
計算模塊，用于將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)；
第二獲取模塊，用于采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值獲取所述風速。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取模塊包括
第一選取單元，用于從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與取對數(shù)后當前AD值之間差值最小的標定AD值；
第一獲取單元，用于采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
10.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二獲取模塊包括
第二獲取單元，用于獲取在環(huán)境變化時外界因素對所述當前AD值造成的偏差，所述過程包括獲取當前和標定數(shù)據(jù)中0.1m/s風速的AD值分別擴大M倍后的差值；
修正單元，用于根據(jù)所述獲取的偏差，修正取對數(shù)后的當前AD值；
第二選取單元，用于從取對數(shù)后的標定AD值中，選取兩個與修正后當前AD值之間差值最小的標定AD值；
第三獲取單元，用于采用所述選取的兩個取對數(shù)后標定AD值獲取所述風速。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測量風速的方法和裝置，涉及測試和測量領域；為解決現(xiàn)有技術中風速測量誤差較大的問題而發(fā)明。所述方法包括獲取風速的當前AD值；將標定AD值、標定風速值以及所述當前AD值分別取對數(shù)；采用取對數(shù)后的標定AD值、標定風速值以及當前AD值獲取所述風速。
文檔編號G01P5/10GK101762718SQ20101010355
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者谷玉海, 徐小力, 劉秋爽, 吳國新, 左云波 申請人:北京信息科技大學