微風(fēng)速矢量測(cè)量系統(tǒng).pdf

1、風(fēng)的流速、流量和流向測(cè)量與控制與人們的日常生活息息相關(guān)。目前風(fēng)速主要的測(cè)量?jī)x器有機(jī)械式風(fēng)速傳感器、皮托管風(fēng)速儀、超聲波測(cè)速儀、多普勒測(cè)速儀、粒子成像測(cè)速度場(chǎng)儀、應(yīng)變式風(fēng)速傳感器、熱線熱膜風(fēng)速傳感器、熱脈沖風(fēng)速傳感器等。熱線式風(fēng)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(fēng)速測(cè)量方法。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)微風(fēng)速傳感器多為國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格昂貴，且很少帶有風(fēng)向識(shí)別功能，因此本文面向微風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)向的測(cè)量設(shè)計(jì)了一種熱膜式測(cè)量系統(tǒng)。
　　熱損式

2、風(fēng)速傳感器的測(cè)量模型是本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文首先從熱力學(xué)基礎(chǔ)分析了氣流強(qiáng)迫對(duì)流中平板熱傳遞的過(guò)程，給出了熱損式風(fēng)速傳感器的數(shù)學(xué)模型，及精確計(jì)算方法。使用金屬鉑的電阻值溫度敏感效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量和控制，進(jìn)而測(cè)量傳感器在強(qiáng)迫對(duì)流中的熱傳遞。通過(guò)對(duì)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(jì)了傳感器的探頭結(jié)構(gòu)。
　　測(cè)量系統(tǒng)的硬件和軟件是系統(tǒng)的核心。本文通過(guò)測(cè)量環(huán)境溫度對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)

3、行溫度補(bǔ)償，使用不平衡電橋和數(shù)字PID控制算法對(duì)電橋恒溫差進(jìn)行控制。電路中為了減少誤差和測(cè)量干擾，使用三線連接方法和相互關(guān)聯(lián)的恒流源激勵(lì)鉑電阻進(jìn)行氣流溫度和方向溫度場(chǎng)的測(cè)量。使用差分放大器對(duì)電橋電壓進(jìn)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(shí)還作為測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心，將測(cè)得數(shù)據(jù)發(fā)