测量风速的方法和装置

摘要

本发明提供一种测量风速的方法和装置，涉及测试和测量领域；为解决现有技术中风速测量误差较大的问题而发明。所述方法包括：获取风速的当前AD值；将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数；采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及当前AD值获取所述风速。

权利要求

1.一种测量风速的方法，其特征在于，包括：获取风速的当前AD值；

将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数；

采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及当前AD值获取所述风速；

其中所述采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及当前AD值获取所述风速包括：获取当前测量时0.1m/s风速的AD值与标定数据中0.1m/s风速的AD值之间的差值，将所述差值作为温度对所述当前AD值造成的偏差；

根据所述获取的差值，修正取对数后的当前AD值；

从取对数后的标定AD值中，选取两个与修正后当前AD值之间差值最小的标定AD值；

采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速；

其中，所述采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速具体包括：，

或者，

，

WS表示当前的风速；

exp为反对数算法，且反对数算法的底数与对数算法的底数相同；

LnAD为所述当前AD取对数后的结果；

LnCalADJ和LnCalADJ+1为所述标定AD值取对数后的结果，且与该LnAD的差值最小； DelLnAD为外界因素对LnAD造成的偏差值；

LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分别为LnCalADJ和LnCalADJ+1对应的风速值取对数后的结果；

如果所述标定风速值在取对数前扩大M倍，则P＝M；如果所述标定风速值在取对数前未扩大，P＝1。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在取对数时，将所述标定风速值扩大M倍后再取对数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述M取值为100或1000。

4.一种测量风速的装置，其特征在于，包括：第一获取模块，用于获取风速的当前AD值；

计算模块，用于将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数；

第二获取模块，用于采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值获取所述风速；

其中所述第二获取模块包括：

第二获取单元，用于获取当前测量时0.1m/s风速的AD值与标定数据中0.1m/s风速的AD值之间的差值，将所述差值作为温度对所述当前AD值造成的偏差；

修正单元，用于根据所述获取的差值，修正取对数后的当前AD值；

第二选取单元，用于从取对数后的标定AD值中，选取两个与修正后当前AD值之间差值最小的标定AD值；

第三获取单元，用于采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速。

说明书

测量风速的方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及测试和测量领域，尤其涉及一种测量风速的方法和装置。

[0002] 背景技术

[0003] 智能化的低风速测量仪器在测量管道环境、采暖、空调制冷、环境保护、节能监测、气象、农业、冷藏、干燥、劳动卫生调查、洁净车间、化纤纺织等风速实验和风能研究方面有广泛用途。

[0004] 目前风速的测量方法主要有风杯式、微电子机械系统(Micro Electromechanical System，MEMS)、热线式和热球测量方法，风杯式测量主要应用于室外风速的测量，测量精度低，适合于高风速的测量；MEMS方式的风速测量目前还处于实验阶段，没有成品面市；热线或热球式的风速测量具有较高的测量精度，适合于室内或管道内等较为洁净的环境下的风速测量。热线或热球式风速仪主要采取测量温度变化的方式测量风速，由于热电偶温度传感器输出的电压差与风速值为非线性关系，采用分段线性或最小二乘法拟合的方法来进行非线性风速的拟合，在实际应用中，当风速范围较大，如风速在0～30m/s之间，对风速的拟合结果会比较差，造成测量误差大，误差甚至能达到5％，严重降低风速的测量精度。 [0005] 发明内容

[0006] 本发明提供一种测量风速的方法和装置，能够准确地测量风速。

[0007] 为达到上述发明目的，本发明提供了如下技术方案：

[0008] 一种测量风速的方法，包括：

[0009] 获取风速的当前AD值；

[0010] 将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数；

[0011] 采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及当前AD值获取所述风速；

[0012] 其中所述采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及当前AD值获取所述风速包括：

[0013] 获取当前测量时0.1m/s风速的AD值与标定数据中0.1m/s风速的AD值之间的差值，将所述差值作为温度对所述当前AD值造成的偏差；

[0014] 根据所述获取的差值，修正取对数后的当前AD值；

[0015] 从取对数后的标定AD值中，选取两个与修正后当前AD值之间差值最小的标定AD值；

[0016] 采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速。进一步的，所述方法还具有如下特点：

[0017] 在取对数时，将所述标定风速值扩大M倍后再取对数。

[0018] 进一步的，所述方法还具有如下特点：所述M取值为100或1000。

[0019] 进一步的，所述方法还具有如下特点：所述采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速具体包括：

[0020]

[0021] 或者，

[0022]

[0023] WS表示当前的风速；

[0024] exp为反对数算法，且反对数算法的底数与对数算法的底数相同；

[0025] LnAD为所述当前AD取对数后的结果；

[0026] LnCalADJ和LnCalADJ+1为所述标定AD值扩大M后取对数的结果，且与该LnAD的差值最小；

[0027] DelLnAD为外界因素对LnAD造成的偏差值；

[0028] LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分别为LnCalADJ和LnCalADJ+1对应的风速值取对数后的结果；

[0029] 如果所述标定风速值在取对数前扩大M倍，则P＝M；如果所述标定风速值在取对数前未扩大，P＝1。

[0030] 一种测量风速的装置，包括：

[0031] 第一获取模块，用于获取风速的当前AD值；

[0032] 计算模块，用于将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数； [0033] 第二获取模块，用于采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值获取所述风速；

[0034] 其中所述第二获取模块包括：

[0035] 第二获取单元，用于获取当前测量时0.1m/s风速的AD值与标定数据中 0.1m/s风速的AD值之间的差值，将所述差值作为温度对所述当前AD值造成的偏差；

[0036] 修正单元，用于根据所述获取的差值，修正取对数后的当前AD值；

[0037] 第二选取单元，用于从取对数后的标定AD值中，选取两个与修正后当前AD值之间差值最小的标定AD值；

[0038] 第三获取单元，用于采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速。 [0039] 本发明提供的技术方案，通过对风速值和AD值分别取对数，使风速值和AD值为线性关系，实现方法简单，且保证计算风速的准确性。

[0040] 图1为现有技术中风速与AD值的对应关系示意图；

[0041] 图2为本发明实施例中取对数后风速与AD值的对应关系示意图；

[0042] 图3为本发明中不同温度下取对数后风速与AD值的对应关系示意图；

[0043] 图4为本发明提供的测量风速的方法流程图；

[0044] 图5为本发明提供的测量风速的装置结构示意图；

[0045] 图6为图5所示实施例中第二获取模块的结构示意图；

[0046] 图7为图5所示实施例中第二获取模块的另一结构示意图。

[0047] 下面结合附图对本发明提供的技术方案作进一步介绍。

[0048] 由于热电偶输出的随热球温度变化的电压差与当前的风速值为非线性关系，需要建立风速测杆的AD转换值与风速值的线性关系。

[0049] 以风速WS值为0～30m/s的范围为例进行说明，选取如下采样点，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值采样点对应的AD转换值如表1所示：

[0050]WS 30 25 20 17 15 12 10
AD 3117 3338 3592 3786 3934 4252 4535
9 8 7 6 5 4 3 2
4702 4897 5133 5422 5634 6068 6691 7620
1.5 1 0.75 0.5 0.4 0.3 0.1
8215 9277 10269 11700 12214 13478 19678

[0051] 表1风速值与AD值

[0052] 表1中WS值与AD值对应的数据曲线如图1所示，WS值和AD值为非线性关系。 [0053] 本发明中将WS值扩大M倍，其中为了提高计算精度，减少浮点运算的误差损失，M的优先取值可以为100或1000，当然也可以取其他值，如200、135等其他值，只是会引起浮点运算的误差损失，本发明中M取100，即扩大100倍，将扩大倍数后的WS值和AD值分别取对数，且对数的底数相同，其中对数的底数可以是任何值，本发明优选底数为e，得到如下数据，

[0054] 如表2所示：

[0055]WS’ 8.0064 7.824 7.6009 7.4384 7.3132 7.0901 6.9078
AD’ 8.0446 8.1131 8.1865 8.2391 8.2774 8.3551 8.4196
6.8024 6.6846 6.5511 6.3969 6.8024 6.6846 6.5511 6.3969
8.4557 8.4964 8.5434 8.5982 8.4557 8.4964 8.5434 8.5982
5.0106 4.6052 4.3175 3.912 3.6889 3.4012 2.30258
9.0137 9.1353 9.2369 9.3673 9.4103 9.5088 9.88725

[0056] 表2取对数后的WS’值与AD’值

[0057] 表2中扩大M倍并取对数后的风速与AD的对应曲线如图2所示。由图2中曲线可以看出风速值与采样取对数后获得数据为线性关系。

[0058] 进一步的，如图3所示，当温度变化时，WS’值与AD’值仍为线性关系，且各温度下曲线间为平行关系，如温度为15℃、20℃及25摄氏度环境条件下WS’值与AD’值分别取相同对数后的关系曲线。

[0059] 下面对本发明提供的方法进行介绍：

[0060] 首先对获取风速测量仪的标定数据的过程进行说明：

[0061] 具体的，风速测量仪在出厂前应通过风洞试验进行风速值的标定，具体标定方法包括：先将风速计测杆的风速测量窗口通过杆上自带的圆筒形杆帽遮住，使热球处于封闭状态，等待10秒钟待测杆热球温度稳定后开始进行标定实验。从高风速开始进行采样，采样范围为0.3m/s～30m/s，得到每个采样点对应的AD值，在得到0.3m/s对应的AD值后，将测杆从风洞试验管道中取出，通过滑动测杆上的测杆帽将风速测量窗口遮住，等待3秒待测杆热球温度稳定后测量获得AD值作为0.1m/s对应的AD值，按风速值从大到小的顺序记录得到的每个采样点及其每个采样点对应的AD值。

[0062] 下面对采用上述标定数据进行风速测量的过程进行说明，如图4所示：

[0063] 步骤401、获取风速的当前AD值；

[0064] 具体的，将风速测量仪的测杆帽滑动至风速测量仪的测杆窗口上，使其 完全遮住该测杆窗口，开启风速测量仪进行预热，等待测杆中的热球温度稳定；在等待预热过程中启动该风速测量仪的AD转换为连续转换模式，获取该AD转换器输出的AD转换结果，直至连续两次AD转换值相差小于10，退出预热程序。打开测杆窗口进行风速测量，从AD转换器获取当前AD值。

[0065] 步骤402、将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数；

[0066] 具体的，将当前AD值取对数后保存到LnAD中，对测杆中保存的标定数据的WS值扩大100后和AD值分别取对数得到风速数组LnCalWs[n]和AD值数组LnCalAD[n]，其中n＝0，1，2......21，其中LnCalWs[n]表示风速值扩大100倍取对数后的数值和LnCalAD[n]表示标定AD值取对数后的数值。

[0067] 步骤403、采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及当前AD值获取所述风速； [0068] 具体的，从LnCalAD[n]中选取两个与LnAD差值最小的LnCalADn，其中一个大于或等于LnAD，另一个小于或等于LnAD，将选取的两个值分别称为LnCalAD[J]和LnCalAD[J+1]，其中LnCalAD[J]小于LnCalAD[J+1]，对应的风速值为LnCalWs[J]和LnCalWs[J+1]，J＝0，1，2......20。

[0069]

[0070] 或 者 ，

[0071] WS表示当前的风速；

[0072] exp为反对数算法，且反对数算法的底数与对数算法的底数相同；

[0073] LnAD为所述当前AD取对数后的结果；

[0074] LnCalADJ和LnCalADJ+1为所述标定AD值取对数的结果，且与该LnAD的差值最小； [0075] LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分别为与LnCalADJ和LnCalADJ+1对应的风 速值扩大100倍后取对数后的结果；

[0076] 如果所述标定风速值，则P＝M；如果所述标定风速值、所述标定风速值在取对数前未扩大，P＝1。

[0077] 为了进一步提高测量的精度，在风速测量过程中去除外界因素对测量结果的影响，本发明还采取了如下技术手段：

[0078] 记录预热过程中最后一次的AD值，该AD值为实际测量时0.1m/s风速对应的AD值，将实际测量的AD值取对数后与测杆上标定数据LnCalAD[0]进行比较，其中该LnCalAD[0]为标定数据0.1m/s的AD值取对数的结果，获取实测时与标定时外界因素(如温度)变化引起的偏移量DeltaLnAD。

[0079] 在AD转换器输出当前风速对应的AD值取对数后保存为LnAD，减去DeltaLnAD，将相减后结果再与数组LnCalAD[n]中的各值进行比较，获取两个与LnAD差值最小的LnCalADn，再采用如下公式进行计算：

[0080]

[0081] 或者，

[0082]

[0083] WS表示当前的风速；

[0084] exp为反对数算法，且反对数算法的底数与对数算法的底数相同；

[0085] LnAD为所述当前AD取对数后的结果；

[0086] LnCalADJ和LnCalADJ+1为所述标定AD值取对数的结果，且与该LnAD的差值最小； [0087] DelLnAD为外界因素对LnAD造成的偏差值；

[0088] LnCalWSJ和LnCalWSJ+1分别为LnCalADJ和LnCalADJ+1对应的风速值扩大100倍后取对数后的结果；

[0089] 如果所述标定风速值、所述标定AD值以及所述当前AD值在取对数前均扩大M倍，则P＝M；如果所述标定风速值、所述标定AD值以及所述 当前AD值在取对数前未扩大，P＝1。

[0090] 在排除外界因素变化造成的影响后，测量得到的风速结果参见下表：

[0091]理论 实测 误差 理论 实测 误差
30 29.8566 0.48％ 5 5.0081 0.16％
25 24.8681 0.53％ 4 3.9951 0.12％
20 20.0476 0.24％ 3 2.9967 0.11％
17 17.0801 0.47％ 2 1.9976 0.12％
15 15.0403 0.27％ 1.5 1.5012 0.08％
12 11.9701 0.25％ 1 1.0014 0.14％
10 10.0108 0.11％ 0.75 0.7507 0.09％
9 9.0106 0.12％ 0.5 0.4997 0.06％
8 7.9611 0.49％ 0.4 0.3999 0.03％
7 6.9732 0.38％ 0.3 0.3001 0.03％
6 5.9907 0.15％ 0.1 0.1 0.00％

[0092] 表3风速测量结果

[0093] 由表3可以看出，采用本发明提供的风速测量方法，误差均小于0.5％，风速的测量精度明显提高。

[0094] 对应的，本发明还提供一种采用上述方法的测量风速的装置，如图5所示，包括： [0095] 第一获取模块501，用于获取风速的当前AD值；

[0096] 计算模块502，用于将标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值分别取对数； [0097] 第二获取模块503，用于采用取对数后的标定AD值、标定风速值以及所述当前AD值获取所述风速。

[0098] 进一步的，如图6所示，所述第二获取模块503可以进一步包括：

[0099] 第一选取单元601，用于从取对数后的标定AD值中，选取两个与取对数后当前AD值之间差值最小的标定AD值；

[0100] 第一获取单元602，用于采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速。 [0101] 进一步的，如图7所示，所述第二获取模块503可以进一步包括：

[0102] 第二获取单元701，用于获取在环境变化时外界因素对所述当前AD值造成的偏差，所述过程包括获取当前和标定数据中0.1m/s风速的AD值分别取对数后的差值； [0103] 修正单元702，用于根据所述获取的偏差，修正取对数后的当前AD值；

[0104] 第二选取单元703，用于从取对数后的标定AD值中，选取两个与修正后当前AD值之间差值最小的标定AD值；

[0105] 第三获取单元704，用于采用所述选取的两个取对数后标定AD值获取所述风速。 [0106] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤是可以通过程序指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

[0107] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

[0108] 上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

[0109] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。