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(jì)一種通過(guò)測(cè)量超聲波傳播時(shí)間來(lái)測(cè)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(shí),利用卡爾曼濾波算法估計(jì)平均風(fēng)速風(fēng)向,并對(duì)該方法的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
　　為了實(shí)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(cè)氣流的速度和方向?qū)Νh(huán)境、能源消耗和安全三個(gè)方面的重要性;接著,分析了幾種目前常用的用于測(cè)量氣流速度的儀表,并得出結(jié)論,即超聲波測(cè)風(fēng)法是最適用于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)的方法;然后描述了三維超

2、聲風(fēng)速儀的設(shè)計(jì)過(guò)程;最后為了評(píng)價(jià)風(fēng)速儀的工作性能,進(jìn)行了一系列的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。
　　本文設(shè)計(jì)三維超聲風(fēng)速儀的過(guò)程包括:(1)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)利用閾值監(jiān)測(cè)方法測(cè)量傳播時(shí)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(kāi)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(guò)程中,利用了一個(gè)以11 m/s為最大測(cè)試速度的風(fēng)洞設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程包括:通過(guò)十六

3、次標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲得固定架對(duì)傳感器測(cè)量的影響,并以此作為補(bǔ)償系數(shù)校準(zhǔn)風(fēng)速儀對(duì)氣流速度和方向的測(cè)量結(jié)果;通過(guò)三次最終實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)已校準(zhǔn)的風(fēng)速儀的性能。標(biāo)定和最終實(shí)驗(yàn)表明,可以利用本文設(shè)計(jì)的風(fēng)速儀結(jié)合卡爾曼濾波算法,通過(guò)測(cè)量超聲波的傳播時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)平均風(fēng)速和風(fēng)向?qū)崟r(shí)估計(jì)的目的。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)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(duì)室內(nèi)環(huán)境的風(fēng)速和風(fēng)向(三維)的測(cè)量。卡爾曼濾波算法的應(yīng)用能夠有效地提高風(fēng)向測(cè)量的精度,并使