一种基于声参量阵的风速测量方法技术

该发明专利技术公开了一种基于声参量阵的风速测量方法,属于采用声波测量风速领域。利用声参量阵可以产生高指向性可听声束的特点，克服了其易受多途干扰的缺点；同时，本发明专利技术利用声参量阵中的非线性声学参数——声压级，来测量风速变化情况，克服了传统声波风速测量方法仅利用声波传播速度随风速变化的线性规律以获取风速值的单一测量手段缺陷。本发明专利技术不仅具有传统声波风速测量方法的优点，同时对于大范围空间风速测量，以及在获得精度更高的风速方面具有特有优势。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种风速测量方法，特别是。
技术介绍
近年来，风速测量技术发展迅速，测量手段多样化，主要采用的方法包括皮托管测 风速法、热式传感器测风速法、机械式测风速法及超声波测风速法等，与其它方法相比，超 声波测风速方法W其测量范围较大、实时性好、精度好等优点，得到了广泛的应用。 超声波测风速方法基本原理是基于超声波的高指向性特征，利用超声波与风速之 间的线性关系，测量超声波在顺逆风作用下传播时间差间接获取风速大小，从而实现风速 的测量。由于声波在空气中的衰减系数与声波频率的平方成正比，超声波在空气中会很快 衰减掉，该导致超声波测风速方法不能解决大空间范围内的风速测量问题；若采用可听声 测量风速，则由于可听声指向性差，会在多个反射面产生反射，该种多途干扰会严重影响风 速的测量精度，该在测试环境复杂的地方影响特别严重。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，利用声参量阵声场中的 声压随风速变化的规律来进行风速测量，W解决超声波风速测量方法不能测量大空间范围 内风速的问题，同时利用声参量阵可W产生高指向性低频声束的特点解决采用可听声波进 行风速测量的多途干扰问题。 本专利技术的另一个目的是利用声参量阵中的声压随风速变化的规律进行风速测试， W解决传统声波风速测量方法中仅利用声波传播时间来测量风速的方法单一问题。 本专利技术的目的是通过W下技术方案加W实现的：一种基于声参量阵的风速测量方 法，该方法包括： 步骤1 ;利用声参量阵获得定向声波源，在声波的传播方向上与声波源距离固定 的位置处，测量声波在传播轴线的垂直方向上不同偏移距离的声压值，获得该截面的声压 分布曲线；[000引步骤2;使风垂直通过声波的传播轴线，此时再次测得步骤1相同位置处声波在传 播轴线的垂直方向上不同偏移距离的声压值，获得此时该截面的声压分布曲线； 步骤3 ;根据步骤1与步骤2的测量结果，获得当风垂直通过声波的传播轴线时， 声波在到达测量位置的偏移距离； 步骤4;根据步骤3的偏移距离求得风速。 其中所述步骤4根据公式计算风速，其中X。表示步骤3获得偏移距离， 风L C表示风速，L表示声波测量位置到声波源的距离。 其中所述声参量阵采用的低频声波信号频率范围为1~10曲Z，采用的高频超声 波信号频率范围为35~55曲Z。 其中所述的量测声压的位置距离声波源为4m~7m。 本专利技术利用声参量阵声场截面不同位置声压不同，且有固定的分布曲线，同时分 布曲线会随垂直风速变化产生不同程度的偏移，利用该偏移与风速的关系来测量风速大 小。 本专利技术的优点在于；与超声波风速测量方法相比，本专利技术可W测量大空间范围内 的风速；与采用可听声测量风速的方法相比，本专利技术利用声参量阵可W产生高指向性可听 声束的特点，克服了其易受多途干扰的缺点；同时，本专利技术利用声参量阵中的非线性声学参 数一一声压级，来测量风速变化情况，克服了传统声波风速测量方法仅利用声波传播速度 随风速变化的线性规律W获取风速值的单一测量手段缺陷。本专利技术不仅具有传统声波风速 测量方法的优点，同时对于大范围空间风速测量，W及在获得精度更高的风速方面具有特 有优势。【附图说明】 图1示出了本专利技术的实现流程图； 图2不出了声参量阵风速测量系统框架； 图3示出了声参量阵声场截面声压分布实例图。【具体实施方式】 W下结合附图对本专利技术进行进一步的详细描述。 图1示出了本专利技术的实现流程。本专利技术的具体实施方法如下： 步骤1，建立无风状态下，声参量阵截面上不同偏移位置与声压之间的非线性关 系： (1)将频率范围一般在1~10曲Z的低频声波信号调制在高频超声波信号上，高 频超声波信号频率范围一般取35~55曲Z，将已调信号经过宽带声参量阵发射到无风空气 中，调制有低频信号的超声波信号将经过非线性交互作用，自解调再现低频声波信号，将其 作为探测声源；[002引 似在传播主轴方向上，距离宽带声参量阵的Lm，如取声参量阵远场距离4m至7m 之间任意位置，声参量阵在远场时非线性过程才完全完成，接收的可听声效果最优，取声参 量阵横截面中屯、位置，将中屯、位置设为（0,L)点，在此接收探测声源，测量其声压值，记为 Pl(0)； (3)固定轴向距离以测量传播轴向截面上不同偏移位置X处的声压值，记为 Pl(x);[002引 （4)W声压值P店）作为纵坐标，测量位置X为横坐标，利用非线性拟合和插值算 法，绘制声参量阵截面不同偏移位置X与声压化(X)之间的非线性关系曲线。 步骤2,测量恒定垂直风速场，固定距离L处的声参量阵的声压值： (1)将步骤1(1)中提到的已调信号通过宽带声参量阵发射到垂直的恒定风速场 中；[002引似取步骤1似中提到的距离声参量阵L处的横截面中屯、位置（0，L)处，接收探 测声源信号，测量其声压值，记为P'L(0)。 步骤3,计算上步所测声压值对应的偏移位置X。。 基于无风状态下建立的声参量阵截面上不同偏移位置与声压之间的非线性关系 曲线，利用插值算法，求得垂直风速作用下的所测声压值P'L(0)对应的偏移位置X。，取X。 的绝对值|xu|，记为声参量阵在风速作用下的偏移距离。 步骤4,计算风速大小V风。[003引利用公式其中，C为声速，一般取340m/s，L为轴向距离，|xj为声参 量阵偏移距离，将上步所求|xj带入公式，可得风速大小。 图2示出了声参量阵风速测量系统框架。包括已调信号1，宽带声参量阵2,传声 器3,在固定轴向距离L处，利用传声器3接收经过非线性自解调过程后的再现低频信号，测 得声压，再沿着截面位置处移动传声器，测试不同偏移距离处的声压值。 图3不出了声参量阵声场截面声压分布实例图。横坐标为声参量阵传播轴向固定 距离处，选取阵面的截面不同位置处对应的横坐标，W阵面中屯、处作为中屯、点，W截面一端 作为正向，纵坐标为所测信号声压级。曲线1为无风时参量阵截面声压分布状况，曲线2为 由于与声波传播主轴垂直的风所导致的参量阵截面声压分布变化曲线。通过曲线1与曲线 2的最大声压级偏移距离IxJ，借助公式可W求出被测风速。【主权项】1. ，该方法包括： 步骤1:利用声参量阵获得定向声波源，在声波的传播方向上与声波源距离固定的位 置处，测量声波在传播轴线的垂直方向上不同偏移距离的声压值，获得该截面的声压分布 曲线； 步骤2 :使风垂直通过声波的传播轴线，此时再次测得步骤1相同位置处声波在传播轴 线的垂直方向上不同偏移距离的声压值，获得此时该截面的声压分布曲线； 步骤3 :根据步骤1与步骤2的测量结果，获得当风垂直通过声波的传播轴线时，声波 在到达测量位置的偏移距离； 步骤4 :根据步骤3的偏移距离求得风速。2. 如权利要求1所述的，其特征在于所述步骤4根量位置到声波源的距离。3. 如权利要求1所述的，其特征在于所述声参量 阵采用的低频声波信号频率范围为1~10kHz，采用的高频超声波信号频率范围为35~ 55kHz〇4. 如权利要求1所述的，其特征在于所述的量测声 压的位置距离声波源为4m~7m。【专利摘要】该专利技术公开了,属于采用声波测量风速领域。利用声参量阵可以产生高指向性可听声束的特点，克服了其易受多途干扰的缺点；同时，本专利技术利用声参量阵中的非线性声学参数——声压级，来测量风速变化情况，克服本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于声参量阵的风速测量方法，该方法包括：步骤1：利用声参量阵获得定向声波源，在声波的传播方向上与声波源距离固定的位置处，测量声波在传播轴线的垂直方向上不同偏移距离的声压值，获得该截面的声压分布曲线；步骤2：使风垂直通过声波的传播轴线，此时再次测得步骤1相同位置处声波在传播轴线的垂直方向上不同偏移距离的声压值，获得此时该截面的声压分布曲线；步骤3：根据步骤1与步骤2的测量结果，获得当风垂直通过声波的传播轴线时，声波在到达测量位置的偏移距离；步骤4：根据步骤3的偏移距离求得风速。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敏，徐利梅，李心明，李兴勇，何龙富，赵祖立，宋业强，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51