超声共振风速风向传感器共振态温度补偿方法 被引量：1

1

作者 曾祥豹 袁宇鹏 +2 位作者 廖崧琳 王露 余华 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第1期11-20,共10页

风能发电、航空航天、气象等重点行业对风速风向的高精度、高可靠检测具有迫切需求。与传统机械式、超声对射式、超声反射式风速风向传感器相比,提出的超声共振式风速风向传感解决方案具有体积小、精度高、无机械磨损的显著优势。针对... 风能发电、航空航天、气象等重点行业对风速风向的高精度、高可靠检测具有迫切需求。与传统机械式、超声对射式、超声反射式风速风向传感器相比,提出的超声共振式风速风向传感解决方案具有体积小、精度高、无机械磨损的显著优势。针对复杂工况环境条件下超声共振式风速风向传感器的精度偏移难题,建立了超声共振式风速风向传感器的误差来源理论模型,开展了不同温度环境传感器测试实验,分析了相应传感器的输出性能,构建了工作环境温度与传感器共振频率点的关联关系,实现了不同环境条件下传感器基于共振点频率的温度补偿。搭建了传感器风洞试验系统,开展了不同温度条件下的传感器风洞试验,试验结果表明,提出的共振态温度补偿后的超声共振式风速风向传感器风速测量精度显著提升,补偿后在<15 m/s的风速范围内风速测量精度时可达±0.3 m/s、在15~50 m/s风速范围内精度可到±2.3%。传感器测量精度随温度漂移显著降低,在环境温度17.1℃时测量误差降低至2.30%,环境温度29.2℃时测量误差降低至2.09%,与传统超声对射/反射式相比精度提升40%以上。综上所述,该研究为风电场风机的发电效率提升、气象领域的要素测量精度提升等重点领域提供更有效的风速风向测量支撑。 展开更多

关键词 风速风向传感器 共振态温度补偿 风速测量

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双控制模式MEMS风速风向传感器设计、仿真及制备

2

作者 田舟洲 谢雨珏 +1 位作者 易真翔 秦明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期750-755,共6页

针对恒温差模式下的MEMS风速风向传感器量程较小等问题,首次提出了一种恒温差和温度平衡双控制模式的MEMS风速风向传感器芯片。通过改变加热、测温电阻在传感器芯片的位置以及加热电阻的工作状态,用于实现传感器在低风速和高风速下处于... 针对恒温差模式下的MEMS风速风向传感器量程较小等问题,首次提出了一种恒温差和温度平衡双控制模式的MEMS风速风向传感器芯片。通过改变加热、测温电阻在传感器芯片的位置以及加热电阻的工作状态,用于实现传感器在低风速和高风速下处于不同的工作模式,从而使得传感器在不同风速下均有较为准确的输出结果。分别通过理论分析、有限元仿真证明了该传感器的量程可达0~75 m/s,采用温度平衡控制模式替代恒温差模式有效解决了恒温差控制模式高风速下传感器输出饱和的问题。此外,设计了该传感器的流片工艺,并利用MEMS工艺对其进行了制备。 展开更多

关键词 微机电系统(MEMS) 热式风速风向传感器 恒温差模式 温度平衡模式

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小型集成化热场式气象风速风向传感器研究 被引量：1

3

作者 沈晓东 宋飞虎 +3 位作者 徐明 庄芹 宁文楷 吴锦程 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第9期55-58,共4页

针对目前气象行业缺乏小型集成化风速计的问题,本文基于流场与温度场的相互影响,设计开发了一种风速风向传感器。首先,采用计算流体动力学软件FLUENT对不同流场下的温度场进行仿真测试,确定传感器表面8个负温度系数(NTC)热敏电阻的布局... 针对目前气象行业缺乏小型集成化风速计的问题,本文基于流场与温度场的相互影响,设计开发了一种风速风向传感器。首先,采用计算流体动力学软件FLUENT对不同流场下的温度场进行仿真测试,确定传感器表面8个负温度系数(NTC)热敏电阻的布局。然后,根据不同风速、风向下,8个NTC的仿真响应值,设计3阶傅里叶级数拟合方法实现风向风速的测量,并采用线性插值法对环境温度引起误差进行修正。通过风洞测试进行了实验验证。实验结果表明:设计的热场式风速风向传感器风速检测范围可达1~30 m/s,精度在±(0.5+0.03v)m/s内,风向检测范围在0°~360°,精度在±5°内。 展开更多

关键词 小型集成化 风速风向传感器 FLUENT 傅里叶级数

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矿用对射式风速风向传感器设计

4

作者 安赛 赵忠辉 +2 位作者 张浪 李伟 彭然 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期50-54,共5页

针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感... 针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感器改变了以点带面的测风方式,通过大距离(5~12 m)超声测风技术测量巷道中线风速,以该风速代表整个巷道的平均风速,提高了巷道风速测量的准确性和实时性。依据设计方案研发了测试样机,在环形风洞中的测试结果表明,该传感器测量值与风速标准值在0.1~15 m/s内具有较好的一致性,测量误差小于0.1 m/s,能够满足智能化矿井对巷道风速测量精度的要求。 展开更多

关键词 智能化通风 风速风向传感器 巷道断面风速 超声波测风 对射式测风 巷道中线风速

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MEMS风速风向传感器倾斜效应研究

5

作者 韦杰 王志明 +6 位作者 田兵 张伟勋 卢星宇 李远 罗星恒 易真翔 秦明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期202-208,共7页

主要针对智能电网、海上浮标等容易发生倾斜状态的应用场景,研究了微电子机械系统(MEMS)热式风速风向传感器的输出性能,并对带有空气动力学壳罩的传感器进行了有限元仿真和风场测试。测试结果表明,风向测量误差和仿真误差均较小,但风速... 主要针对智能电网、海上浮标等容易发生倾斜状态的应用场景,研究了微电子机械系统(MEMS)热式风速风向传感器的输出性能,并对带有空气动力学壳罩的传感器进行了有限元仿真和风场测试。测试结果表明,风向测量误差和仿真误差均较小,但风速测量误差却远大于仿真误差。进一步分析可知,其原因是传感器在封装时其外壳容易产生倾斜。为了解决这一问题,采用3D打印技术实现一体化的封装外壳。测试结果表明,在±20°以内的倾斜状态下,优化后传感器的风速、风向测量误差分别满足±(0.3+5%v)m/s、±3°的指标要求。 展开更多

关键词 微电子机械系统 风速风向传感器 热式 倾斜效应

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一种基于C8051F330的二维风速风向传感器微系统 被引量：2

6

作者 吴剑 沈广平 +1 位作者 秦明 黄庆安 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2008年第4期695-697,共3页

设计了一种利用C8051单片机的二维风速风向测试系统,通过PID控制使传感器工作在恒温差模式,可以测试风速和风向。该系统基于请求式测量,具有面积小(2cm×2cm),通用性强(采用5V电压,10位二进制输出),两线制数字接口全标定输出(可直接... 设计了一种利用C8051单片机的二维风速风向测试系统,通过PID控制使传感器工作在恒温差模式,可以测试风速和风向。该系统基于请求式测量,具有面积小(2cm×2cm),通用性强(采用5V电压,10位二进制输出),两线制数字接口全标定输出(可直接送LCD显示或挂接到I2C总线上使用)的特点。该系统还可用于本实验室自制的温度、湿度等其他传感器的信号采集和处理,可以进行大批量生产,并广泛应用于气象测试、环境保护、军事应用等各个方面。 展开更多

关键词 C8051F330 恒温差 PID 风速风向传感器

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CMOS风速风向传感器的设计 被引量：4

7

作者 程海洋 秦明 高冬晖 《传感器技术》 CSCD 北大核心 2005年第5期34-36,共3页

介绍了一种CMOS(互补MOS)集成风速风向传感器,使用恒温差(CTD)控制模式将芯片加热,使其中间加热区域的温度高于周围环境(风)温度一定值。该传感器在有风吹过它的表面时能同时测量风速和风向。采用4个串联的热堆测量芯片中心区域的平均温... 介绍了一种CMOS(互补MOS)集成风速风向传感器,使用恒温差(CTD)控制模式将芯片加热,使其中间加热区域的温度高于周围环境(风)温度一定值。该传感器在有风吹过它的表面时能同时测量风速和风向。采用4个串联的热堆测量芯片中心区域的平均温度,这种测温的方法简单、新颖。在简单阐述CMOS硅热流量传感器的工作原理和结构之后,主要介绍驱动和信号读取电路。经过风洞测试,传感器能够测量风速0～23m/s,具有良好的线性度和灵敏度,同时,传感器360°内方向敏感。 展开更多

关键词 恒温差 风速风向传感器 热损失

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铁路风速风向传感器动态响应特性实验研究 被引量：2

8

作者 王哲 孙博 +2 位作者 鲁寨军 李田 盖增杰 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期494-500,共7页

风速风向传感器能够实时准确可靠地提供风速风向数据,是确保风区铁路运输安全的关键要素之一。兰新铁路大风具有风速变化范围大、风向变化快的特性,对传感器的动态响应特性提出更高的要求。通过风洞模拟真实环境下风速风向改变的条件,... 风速风向传感器能够实时准确可靠地提供风速风向数据,是确保风区铁路运输安全的关键要素之一。兰新铁路大风具有风速变化范围大、风向变化快的特性,对传感器的动态响应特性提出更高的要求。通过风洞模拟真实环境下风速风向改变的条件,对超声式和热场式风速风向传感器及强风仪分别进行动态特性实验,研究结果表明:各传感器均存在风速跟随性误差,但均满足使用要求;热场式传感器的风向跟随误差较小,超声波传感器风向跟随误差相对稍大,且风向输出不稳定;风向改变角速度降低时,传感器风向输出波动明显减小。 展开更多

关键词 风速风向传感器 动态性能 风洞实验 校核参数

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基于MEMS的固态风速风向传感器及其最优结构参数 被引量：1

9

作者 杨帆 赵湛 杜利东 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2011年第3期342-345,共4页

基于圆柱绕流的理论分析给出圆柱体周边压强分布方程,并据此提出了一种新型的基于MEMS的固态风速风向传感器结构。建立了其内部流体流动的理论模型,并利用该模型进行数值计算得到了这种传感器的最优结构参数。分析表明,利用相互正交的M... 基于圆柱绕流的理论分析给出圆柱体周边压强分布方程,并据此提出了一种新型的基于MEMS的固态风速风向传感器结构。建立了其内部流体流动的理论模型,并利用该模型进行数值计算得到了这种传感器的最优结构参数。分析表明,利用相互正交的MEMS风速传感器测量风向是可行的,并且具有多个通风孔结构的传感器可以有更高的精度。 展开更多

关键词 物理量传感器 结构参数 圆柱绕流 风速风向传感器 MEMS

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二维超声波风速风向传感器风向信号修正方法 被引量：3

10

作者 李静海 曾明 张小内 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第11期12-14,22,共4页

针对二维超声波风速风向传感器输出的风向信号普遍存在风向角瞬变的问题,研究了产生风向角瞬变现象的原因,并提出了一种基于幅值—符号分解的风向修正算法。理论分析和实验结果表明:风向信号中的风向角瞬变是由传感器的量程限制造成的;... 针对二维超声波风速风向传感器输出的风向信号普遍存在风向角瞬变的问题,研究了产生风向角瞬变现象的原因,并提出了一种基于幅值—符号分解的风向修正算法。理论分析和实验结果表明:风向信号中的风向角瞬变是由传感器的量程限制造成的;基于幅值—符号分解的风向修正算法能在不改变风向角所表征的方位特征的前提下消除风向角瞬变。 展开更多

关键词 风向信号 二维超声波风速风向传感器 幅值—符号分解 风向修正

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卡尔曼滤波算法在MEMS热式风速风向传感器中的应用 被引量：8

11

作者 赵天 田润 +1 位作者 易真翔 秦明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期183-188,共6页

针对MEMS热式风速风向传感器在实际使用过程中因噪声问题导致输出不稳定的现象,本文首次采用了卡尔曼(Kalman)滤波算法对本征白噪声进行滤波处理,从而优化传感器的输出性能。本文分别通过理论分析和仿真模拟证明了Kalman滤波算法的可行... 针对MEMS热式风速风向传感器在实际使用过程中因噪声问题导致输出不稳定的现象,本文首次采用了卡尔曼(Kalman)滤波算法对本征白噪声进行滤波处理,从而优化传感器的输出性能。本文分别通过理论分析和仿真模拟证明了Kalman滤波算法的可行性。实验结果表明,通过调节相关参数,Kalman滤波算法在滤波效果、响应速度及误差上均优于传统的加权滑动均值滤波算法。除此之外,在消耗较少资源的前提下,Kalman滤波算法可以有效减少本征白噪声的干扰,且调节空间较大,可以适应不同的应用需求。 展开更多

关键词 微机械系统(MEMS) 热式风速风向传感器 单片机控制 卡尔曼滤波算法

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基于FPGA时差法超声波风速风向仪前端电路的设计 被引量：7

12

作者 王葵军 谢扩军 《电测与仪表》 北大核心 2010年第7期74-76,80,共4页

在风能发电中,风速风向仪对系统有着极其重要的作用。本文介绍了时差法测量风速风向的原理。与传统设计不同的是,系统设计了基于低压驱动探头的驱动电路,降低了成本,减少系统因高压带来的干扰。在信号调理模块中,采用了集成低噪声放大... 在风能发电中,风速风向仪对系统有着极其重要的作用。本文介绍了时差法测量风速风向的原理。与传统设计不同的是,系统设计了基于低压驱动探头的驱动电路,降低了成本,减少系统因高压带来的干扰。在信号调理模块中,采用了集成低噪声放大器和滤波器。实验结果验证,各个模块的设计均符合系统的要求。 展开更多

关键词 风能发电 超声波风速风向传感器 时差法 低压驱动 FPGA

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基于微控制器的风速计在线控制和测量系统设计 被引量：11

13

作者 孙凯 秦明 +1 位作者 张中平 黄庆安 《传感技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期682-685,689,共5页

针对两种基于对称热电偶结构和基于晶体管的圆形加热条结构的二维集成风速风向微传感器及其风向测量的问题,设计了采用微控制器进行在线控制和利用软件算法实现风速风向测量的传感器系统。系统集微传感器结构、控制与测量电路于一体,显... 针对两种基于对称热电偶结构和基于晶体管的圆形加热条结构的二维集成风速风向微传感器及其风向测量的问题,设计了采用微控制器进行在线控制和利用软件算法实现风速风向测量的传感器系统。系统集微传感器结构、控制与测量电路于一体,显著提高了二维风速风向传感器的在线控制和测量能力及其系统兼容性,并且便于系统扩展功能。测试结果表明,风速计设计满足实际风速和风向的测量要求。 展开更多

关键词 MEMS 微控制器 CMOS 风速风向传感器 控制和测量

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智能化有害有毒气体污染源监测仪的研究 被引量：8

14

作者 侯昭武 曾彦 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第8期120-123,共4页

为了快速寻找有害有毒气体污染源,利用8个红外激光气体传感器,分别安装步进电机驱动旋转的圆盘圆周上在不同的方向上对污染气体进行数据采集。同时与二维热差式风速风向传感器采集到的风速风向数据,一并送入MSC1210单片机进行数据处理... 为了快速寻找有害有毒气体污染源,利用8个红外激光气体传感器,分别安装步进电机驱动旋转的圆盘圆周上在不同的方向上对污染气体进行数据采集。同时与二维热差式风速风向传感器采集到的风速风向数据,一并送入MSC1210单片机进行数据处理和运用智能人工神经网络进行模式训练与模式识别,从而识别出污染源的位置、浓度和种类。通过GPS全球卫星定位系统和GPRS无线传输网络,把监测到的信息发送给相关部门早做处理,并报警,避免污染进一步扩散。实验表明,该智能化追索气体污染源监测仪具有良好的可靠性、安全性和实用性。 展开更多

关键词 有害有毒气体 气体传感器 风速风向传感器 单片机 人工智能神经网络

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基于MSP430单片机的便携式气象仪设计 被引量：5

15

作者 冒晓莉 杨博 张加宏 《现代电子技术》 2013年第10期142-146,共5页

设计了一种低功耗便携式气象仪,该气象检测系统以低功耗MSP430单片机为主控,利用温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速和风向测量模块,进行温度、湿度、气压、风速、风向的测量;通过时钟芯片和12864液晶实现数据的实时显示;通过E2P... 设计了一种低功耗便携式气象仪,该气象检测系统以低功耗MSP430单片机为主控,利用温度传感器、湿度传感器、气压传感器、风速和风向测量模块,进行温度、湿度、气压、风速、风向的测量;通过时钟芯片和12864液晶实现数据的实时显示;通过E2PROM进行数据的实时存储和查询。该气象仪具有小型化、实时化、低功耗和便携式等特点,测试结果表明该气象仪的测量精度可达普通气象测量要求,稳定性好,特别适用于小区域的气候监测。 展开更多

关键词 MSP430单片机 温度传感器 湿度传感器 气压传感器 风速风向传感器

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一种救生设备瞄准系统的研究 被引量：1

16

作者 石红梅 赵柯 胡定军 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第6期262-265,共4页

详细介绍了一种救生设备瞄准系统总体结构及其工作原理。该瞄准系统由激光测距模块、风向风速传感器、电子罗盘、倾角传感器、控制运算模块、LCD液晶显示屏及电源模块组成,通过运算控制模块将各个仪器测量的数据进行运算处理,得出合适... 详细介绍了一种救生设备瞄准系统总体结构及其工作原理。该瞄准系统由激光测距模块、风向风速传感器、电子罗盘、倾角传感器、控制运算模块、LCD液晶显示屏及电源模块组成,通过运算控制模块将各个仪器测量的数据进行运算处理,得出合适的角度进行投射,保证了救生设备的精确度。 展开更多

关键词 救生设备 激光 电子罗盘 风向风速传感器 单片机

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