專利名稱：一種船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量裝置，具體涉及一種船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
風(fēng)速風(fēng)向的測(cè)量應(yīng) 用范圍很廣，目前主要用于靜止環(huán)境，如氣象、民航機(jī)場(chǎng)、橋梁建造以及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。目前主要還是采用機(jī)械式風(fēng)速儀測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向，風(fēng)速儀只能處于靜止?fàn)顟B(tài)，測(cè)量位置固定。機(jī)械式風(fēng)速儀的主要原理是風(fēng)速儀上的風(fēng)杯在風(fēng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過檢測(cè)與風(fēng)杯連接的轉(zhuǎn)軸的角速度推算出相應(yīng)的風(fēng)速大小。機(jī)械傳動(dòng)部件由于長(zhǎng)期暴露于室外，工作環(huán)境惡劣，很容易受到風(fēng)沙、冰凍、雨雪的侵蝕，造成傳動(dòng)部件磨損、卡死，從而無法工作。另夕卜，風(fēng)杯的旋轉(zhuǎn)需要一定的風(fēng)速才能啟動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)后因?yàn)閼T性的作用，即使在無風(fēng)的情況下風(fēng)杯仍然會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間，這樣就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量盲點(diǎn)和精度不準(zhǔn)的問題。機(jī)械式風(fēng)向儀主要裝置是風(fēng)向標(biāo)，在風(fēng)力的作用下，風(fēng)向標(biāo)的指向與風(fēng)力的方向一致，所以根據(jù)風(fēng)向標(biāo)的指向即可推算出風(fēng)力的方向。風(fēng)向標(biāo)同樣是機(jī)械部件，會(huì)產(chǎn)生與機(jī)械風(fēng)速儀相同的問題。因?yàn)轱L(fēng)速風(fēng)向儀僅能測(cè)量出相對(duì)的風(fēng)速，在靜止的環(huán)境下，測(cè)量到的風(fēng)速與風(fēng)向與實(shí)際是相符合的，但是在運(yùn)動(dòng)的環(huán)境中(如車輛、船舶)，測(cè)量到的風(fēng)速和風(fēng)向需要去除環(huán)境移動(dòng)的影響，例如在船舶中使用的風(fēng)速風(fēng)向儀，需要記錄船舶航行的速度、航向，船艏向的數(shù)值，再根據(jù)測(cè)量到的結(jié)果，推算出實(shí)際的風(fēng)速大小和風(fēng)向，這就需要操作人員有豐富的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)間緊急的情況下，因人為計(jì)算失誤使得船舶靠港作業(yè)失誤造成的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故時(shí)有發(fā)生。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型目的是提供一種可適用于運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，操作簡(jiǎn)單且測(cè)量精度高。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明包括傳感器測(cè)量單元和控制顯示單元；控制顯示單元包括與傳感器測(cè)量單元輸出端相連接的第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元、與第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元輸出端相連接的第二中心處理單元、用于接收船舶航行速度與船舶航行方向的外部數(shù)據(jù)接口、與第二中心處理單元輸出端相連接的圖形處理單元和與圖形處理單元輸出端相連接的圖形顯示單元；第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元用于接收傳感器測(cè)量單元輸出的測(cè)量速度和測(cè)量風(fēng)向，外部數(shù)據(jù)接口的輸出端與第二中心處理單元的輸入端相連接，第二中心處理單元根據(jù)船舶航行速度與船舶航行方向、測(cè)量速度與測(cè)量風(fēng)向計(jì)算出實(shí)際風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)向。上述傳感器測(cè)量單元包括第一中心處理單元、與第一中心處理單元輸出端相連接的第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元、與第一中心處理單元輸出端相連接的電子開關(guān)、與電子開關(guān)輸出端相連接的第一組超聲波收發(fā)單元和至少一組第二組超聲波收發(fā)單元；第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元的輸出端與第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元的輸入端相連接；第一組超聲波收發(fā)單元和第二組超聲波收發(fā)單元的輸出端還與第一中心處理單元的輸入端相連接；第一組超聲波收發(fā)單元包括第A —組超聲波收發(fā)單元和第A 二組超聲波收發(fā)單元，第二組超聲波收發(fā)單元包括第B —組超聲波收發(fā)單元和第B 二組超聲波收發(fā)單元；第A —組超聲波收發(fā)單元和第A 二組超聲波收發(fā)單元的輸入輸出端分別連接有收發(fā)一體功能的第A —組探頭和設(shè)置在第A —組探頭正前方的第A 二組探頭；第B —組超聲波收發(fā)單元和第B 二組超聲波收發(fā)單元的輸入輸出端分別連接有收發(fā)一體功能的第B —組探頭和設(shè)置在第B —組探頭正前方的第B 二組探頭，第B一組探頭和第B 二組探頭分別與第A —組探頭或第A 二組探頭正交。上述第二組超聲波收發(fā)單元的數(shù)目為一組。 上述第二中心處理單元的輸入端還連接有按鍵控制單元。與傳統(tǒng)的機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置相比，本實(shí)用新型更加可靠、精度更高、使用壽命更長(zhǎng)；增加了外部數(shù)據(jù)接口，用于接收船舶航行速度與船舶航行方向數(shù)據(jù)，通過第二中心處理單元的計(jì)算，可以快速去除船舶航行造成對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

圖I為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的傳感器測(cè)量單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4為本實(shí)用新型的控制顯示單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型的傳感器測(cè)量單元工作原理圖；圖6為本實(shí)用新型的控制顯示單元工作原理圖；圖7為本實(shí)用新型的傳感器測(cè)量單元工作流程圖；圖8為本實(shí)用新型的控制顯示單元工作流程圖。圖中各標(biāo)號(hào)傳感器測(cè)量單元1，第一中心處理單元11，第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12，電子開關(guān)13，第A —組超聲波收發(fā)單元Al，第A 二組超聲波收發(fā)單元A2，第B —組超聲波收發(fā)單元BI，第B 二組超聲波收發(fā)單元B2，第A —組探頭TAl，第A 二組探頭TA2，第B —組探頭TB1，第B 二組探頭TB2，控制顯示單元2，第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元21，第二中心處理單元22，外部數(shù)據(jù)接口 23，圖形處理單元24，圖形顯示單元25，按鍵控制單元26。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。參見圖I、圖2、圖3和圖4，本實(shí)用新型包括傳感器測(cè)量單元I和與傳感器測(cè)量單元I輸出端相連接的控制顯示單元2。參見圖5，傳感器測(cè)量單元I包括第一中心處理單元11、與第一中心處理單元11輸出端相連接的第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12、與第一中心處理單元11輸出端相連接的電子開關(guān)13、與電子開關(guān)13輸出端相連接的第一組超聲波收發(fā)單元和第二組超聲波收發(fā)單元。第一組超聲波收發(fā)單元和第二組超聲波收發(fā)單元的輸出端還與第一中心處理單元11相連接。[0026]第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12的輸出端與控制顯示單元2的輸入端相連接。第一組超聲波收發(fā)單元包括第A —組超聲波收發(fā)單元Al和第A 二組超聲波收發(fā)單元A2。第二組超聲波收發(fā)單元包括第B —組超聲波收發(fā)單元BI和第B 二組超聲波收發(fā)單元B2。[0029]第A—組超聲波收發(fā)單元Al和第A 二組超聲波收發(fā)單元A2的輸入輸出端分別連接有收發(fā)一體功能的第A —組探頭TAl和設(shè)置在第A —組探頭TAl正前方一定距離的有收發(fā)一體功能的第A 二組探頭TA2。第B —組超聲波收發(fā)單元BI和第B 二組超聲波收發(fā)單元B2的輸入輸出端分別連接有收發(fā)一體功能的第B —組探頭TBl和設(shè)置在第B —組探頭TBl正前方有收發(fā)一體功能的第B 二組探頭TB2。第B —組探頭TBl和第B 二組探頭TB2分別與第A —組探頭TAl或第A 二組探頭TA2正交。傳感器測(cè)量單元I工作原理如下第一中心處理單元11控制電子開關(guān)13，各個(gè)探頭在不同的時(shí)間完成發(fā)射和接收的功能，雙向發(fā)射和接收后，第一中心處理單元11計(jì)算第一組探頭(第A —組探頭TAl和第A 二組探頭TA2)測(cè)量到第一組方向上的風(fēng)速?？紤]到風(fēng)力的方向，需要增加一組與第一組探頭正交的第二組探頭，原理同第一組探頭。根據(jù)測(cè)量出的第一組和第二組兩個(gè)方向上的風(fēng)速，可以計(jì)算出合成的測(cè)量風(fēng)速和測(cè)量風(fēng)向。參見圖7，傳感器測(cè)量單元I工作過程如下步驟(11):第一中心處理單元11發(fā)出啟動(dòng)第A—通道指令，第A—組超聲波收發(fā)單元Al驅(qū)動(dòng)第A —組探頭TAl發(fā)射超聲波，第A 二組探頭TA2接收第A —組探頭TAl發(fā)射的信號(hào)，第A 二組探頭TA2將接收的信號(hào)通過第A 二組超聲波收發(fā)單元A2接收、放大、整形處理后送入第一中心處理單元11，第一中心處理單元11根據(jù)發(fā)射與接收信號(hào)的時(shí)間延遲，計(jì)算出第A—組探頭TAl方向的風(fēng)速VA1，第一中心處理單元11暫存VAl (數(shù)據(jù)存儲(chǔ)由第一中心處理單元11自帶也可以外置)，轉(zhuǎn)向步驟(12)。步驟(12):第一中心處理單元11發(fā)出啟動(dòng)第A 二通道指令，第A 二組超聲波收發(fā)單元A2驅(qū)動(dòng)第A 二組探頭TA2發(fā)射超聲波，第A —組探頭TAl接收第A 二組探頭TA2發(fā)射的信號(hào)，第A —組探頭TAl將接收的信號(hào)通過第A —組超聲波收發(fā)單元Al接收、放大、整形處理后送入第一中心處理單元11。第一中心處理單元11根據(jù)發(fā)射與接收信號(hào)的時(shí)間延遲，計(jì)算出第A 二組探頭TA2方向的風(fēng)速VA2,轉(zhuǎn)向步驟(13),第一中心處理單元11計(jì)算第A組方向的風(fēng)速，風(fēng)速VA= 1/2(VA1+VA2)，然后第一中心處理單元11暫存VA，轉(zhuǎn)向步驟(15)。步驟(13):第一中心處理單元11發(fā)出啟動(dòng)第B—通道指令，第B—組超聲波收發(fā)單元BI驅(qū)動(dòng)第B —組探頭TBl發(fā)射超聲波，第B 二組探頭TB2接收第B —組探頭TBl發(fā)射的信號(hào)，第B 二組探頭TB2將接收的信號(hào)通過第B 二組超聲波收發(fā)單元B2接收、放大、整形處理后送入第一中心處理單元11。第一中心處理單元11根據(jù)發(fā)射與接收信號(hào)的時(shí)間延遲，計(jì)算出第B—組探頭TBl方向的風(fēng)速VBl，第一中心處理單元11暫存VBl，轉(zhuǎn)向步驟(14)。[0040]步驟(14):第一中心處理單元11發(fā)出啟動(dòng)第B 二通道指令，第B 二組超聲波收發(fā)單元B2驅(qū)動(dòng)第B 二組探頭TB2發(fā)射超聲波，第B —組探頭TBl接收第B 二組探頭TB2發(fā)射的信號(hào)，第B —組探頭TBl將接收的信號(hào)通過第B —組超聲波收發(fā)單元BI接收、放大、整形處理后送入第一中心處理單元11。第一中心處理單元11根據(jù)發(fā)射與接收信號(hào)的時(shí)間延遲，計(jì)算出第B 二組探頭TB2方向的風(fēng)速VB2，第一中心處理單元11計(jì)算第B組方向的風(fēng)速，風(fēng)速 VB = 1/2(VB1+VB2)， 轉(zhuǎn)向步驟(15)。步驟(15):第一中心處理單元11根據(jù)第A組方向的風(fēng)速VA和第B組方向的風(fēng)速VB可得到測(cè)量風(fēng)速和測(cè)量風(fēng)向。然后轉(zhuǎn)向步驟(11)，一直循環(huán)工作。通過第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12將上述測(cè)量風(fēng)速和測(cè)量風(fēng)向發(fā)送到控制顯示單元2。參見圖6，控制顯示單元2包括與第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12輸出端相連接的第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元21、與第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元21輸出端相連接的第二中心處理單元22、用于接收船舶航行速度與船舶航行方向的外部數(shù)據(jù)接口 23、與第二中心處理單元22輸入端相連接的按鍵控制單元26、與第二中心處理單元22輸出端相連接的圖形處理單元24和與圖形處理單元24輸出端相連接的圖形顯示單元25。外部數(shù)據(jù)接口 23的輸出端與第二中心處理單元22的輸入端相連接，第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元21用于接收第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12輸出的測(cè)量速度和測(cè)量風(fēng)向，第二中心處理單元22用于計(jì)算去除航速與航向后的實(shí)際風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)向(即第二中心處理單元22根據(jù)船舶航行速度與船舶航行方向、測(cè)量速度及測(cè)量風(fēng)向計(jì)算出實(shí)際風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)向)。第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元21用于與傳感器測(cè)量單元I的第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；按鍵控制單元26用于完成用戶的操作命令和系統(tǒng)設(shè)置等功能；圖形顯示單元25將測(cè)量結(jié)果和用戶界面顯示在屏幕上。船舶航行方向和船舶航行速度會(huì)影響到測(cè)量的結(jié)果，為去除這一影響，本實(shí)用新型采用以下的技術(shù)方案在船用風(fēng)向風(fēng)速測(cè)量裝置中加有多路的外部數(shù)據(jù)接口 23，可以接收滿足 IEC61162(Maritime navigation and radiocommunication equipment andsystem-Digital interfaces)和NMEA (The National Marine Electronics Association)標(biāo)準(zhǔn)要求的與速度，方向相關(guān)的數(shù)字信號(hào)。測(cè)量風(fēng)速與船舶航行速度進(jìn)行矢量合成即為實(shí)際風(fēng)速，測(cè)量風(fēng)向與船舶航行方向矢量合成即為相對(duì)于船艏的風(fēng)向，相對(duì)于船艏的風(fēng)向再與船艏的方向相加即為實(shí)際風(fēng)向。參見圖8，控制顯示單元2的工作過程如下步驟(21):按鍵控制單元26開啟控制顯示單元2后，外部數(shù)據(jù)接口 23開始工作，外部數(shù)據(jù)接口 23接收船舶航行速度和船舶航行方向數(shù)據(jù)；第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元21從第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元12中提取上述測(cè)量風(fēng)速和測(cè)量風(fēng)向，轉(zhuǎn)向步驟(22)。步驟(22):第二中心處理單元22將測(cè)量風(fēng)速與船舶航行速度進(jìn)行矢量合成可得到實(shí)際風(fēng)速；第二中心處理單元22將測(cè)量風(fēng)向與船舶航行方向矢量合成即為相對(duì)于船艏的風(fēng)向，相對(duì)于船艏的風(fēng)向再與船艏的方向相加即為實(shí)際風(fēng)向，轉(zhuǎn)向步驟(23)。步驟(23):圖形處理單元24根據(jù)實(shí)際風(fēng)速和實(shí)際風(fēng)向這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行圖形處理，然后通過圖形顯示單元25進(jìn)行顯示。以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.一種船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，其特征在于，包括傳感器測(cè)量單元(I)和控制顯示單元⑵； 所述控制顯示單元(2)包括與傳感器測(cè)量單元(I)輸出端相連接的第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元(21)、與第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元(21)輸出端相連接的第二中心處理單元(22)、用于接收船舶航行速度與船舶航行方向的外部數(shù)據(jù)接口(23)、與第二中心處理單元(22)輸出端相連接的圖形處理單元(24)和與圖形處理單元(24)輸出端相連接的圖形顯示單元(25)； 所述第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元(21)用于接收傳感器測(cè)量單元(I)輸出的測(cè)量速度和測(cè)量風(fēng)向，所述外部數(shù)據(jù)接口(23)的輸出端與第二中心處理單元(22)的輸入端相連接，所述第二中心處理單元(22)根據(jù)船舶航行速度與船舶航行方向、測(cè)量速度及測(cè)量風(fēng)向計(jì)算出實(shí)際風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)向。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，其特征在于， 所述傳感器測(cè)量單元(I)包括第一中心處理單元(11)、與第一中心處理單元(11)輸出端相連接的第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元(12)、與第一中心處理單元(11)輸出端相連接的電子開關(guān)(13)、與電子開關(guān)(13)輸出端相連接的第一組超聲波收發(fā)單元和至少一組第二組超聲波收發(fā)單元；所述第一數(shù)據(jù)收發(fā)單元(12)的輸出端與第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元(21)的輸入端相連接； 所述第一組超聲波收發(fā)單元和第二組超聲波收發(fā)單元的輸出端還與第一中心處理單元(11)的輸入端相連接； 所述第一組超聲波收發(fā)單元包括第A—組超聲波收發(fā)單元(Al)和第A 二組超聲波收發(fā)單元(A2)，所述第二組超聲波收發(fā)單元包括第B—組超聲波收發(fā)單元(BI)和第B 二組超聲波收發(fā)單元(B2)； 所述第A—組超聲波收發(fā)單元(Al)和第A 二組超聲波收發(fā)單元(A2)的輸入輸出端分別連接有收發(fā)一體功能的第A—組探頭(TAl)和設(shè)置在第A—組探頭(TAl)正前方的第A二組探頭(TA2);所述第B —組超聲波收發(fā)單元(BI)和第B 二組超聲波收發(fā)單元(B2)的輸入輸出端分別連接有收發(fā)一體功能的第B—組探頭(TBl)和設(shè)置在第B—組探頭(TBl)正前方的第B 二組探頭(TB2)，所述第B—組探頭(TBl)和第B 二組探頭(TB2)分別與第A一組探頭(TAl)或第A 二組探頭(TA2)正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二組超聲波收發(fā)單元的數(shù)目為一組。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二中心處理單元(22)的輸入端還連接有按鍵控制單元(26)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種船用風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量裝置包括傳感器測(cè)量單元和控制顯示單元；控制顯示單元包括與傳感器測(cè)量單元輸出端相連接的第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元、與第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元輸出端相連接的第二中心處理單元、用于接收船舶航行速度與船舶航行方向的外部數(shù)據(jù)接口、與第二中心處理單元輸出端相連接的圖形處理單元和與圖形處理單元輸出端相連接的圖形顯示單元；第二數(shù)據(jù)收發(fā)單元用于接收傳感器測(cè)量單元輸出的測(cè)量速度和測(cè)量風(fēng)向，外部數(shù)據(jù)接口的輸出端與第二中心處理單元的輸入端相連接，第二中心處理單元根據(jù)船舶航行速度與船舶航行方向、測(cè)量速度與測(cè)量風(fēng)向計(jì)算出實(shí)際風(fēng)速與實(shí)際風(fēng)向。本實(shí)用新型操作簡(jiǎn)單，適用于運(yùn)動(dòng)環(huán)境中，測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01P5/24GK202372525SQ201120479299
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者朱瑞華 申請(qǐng)人:南京俊祿科技有限公司