一种带有激光校准功能的超声波测风仪的制作方法

本实用新型涉及风速风向的测量仪器，具体涉及一种带激光校准功能的超声波测风仪，可应用于风力发电机组的风速风向测量。

背景技术：

风速仪在气象、民航、公路、农业和新能源领域都发挥着重要的作用。目前超声波式风速仪已经成为风速仪应用和发展的主流。超声波测风仪同时测量了风速、风向，一秒可以测量上百次，测量精度高，响应速度快，使用寿命长，取代了传统的机械式风速计、风向标，在风电机组上得到了广泛使用。作为风电机组的“顺风耳”和“千里眼”，风速、风向数据对风力发电机组高效运转至关重要。

目前的超声波式风速风向仪主要是基于时差法和相位差法的测量原理，超声波测风仪的风向零度方向往往需要明显标示在测风仪的显著位置。用户在使用时，则需要人眼按照标示的风向零度方向和风电机组机头方向对准安装，这种安装方式常常使得安装方向发生误差，进而导致测量结果发生偏差。

此外，不同风电机组对风速、风向数据要求不同，例如有的机组要求风速、风向数据为模拟信号0～10V输入，0V代表0风速和风向零度，10V代表50m/s风速和风向359.9度，以此类推；有些风电机组要求风速、风向数据为电流环信号4～20mA；有些风电机组要求风速信号为频率信号，频率越大风速值越大，风向为格雷码信号；有些风电机组要求风速、风向为数字RS485信号，协议为VDT协议或NMEA协议等。由于风电机组对风速、风向数据要求不同，目前，没有一种测风仪能兼容多种风速、风向数据输出类型，同时兼容多种风电机组的使用。

由此可见，上述现有的超声波测风仪在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种带有激光校准功能的超声波测风仪，使其安装精度高，从而使得风向和风速测量结果准确度高、偏差小，克服现有的测风仪在安装时采用人眼判断校准常发生误差的不足。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带有激光校准功能的超声波测风仪，包括壳体，所述壳体上安装有多个超声波探头以及用于反射超声波的反射体，所述壳体上还安装有激光器，所述激光器沿所述测风仪的风向零度方向向下倾斜设置。

作为进一步地改进，所述激光器沿所述测风仪的风向零度方向向下倾斜25～45度。

所述壳体包括间隔一定距离设置的底壳和上盖，所述底壳侧壁上安装所述激光器，所述底壳顶部设有安装台，所述安装台上安装所述超声波探头；所述上盖底部设置所述反射体，所述反射体具有与所述安装台相对的超声波反射面。

所述底壳侧壁上设有倾斜安装孔，所述激光器通过螺纹连接固定在所述倾斜安装孔中。

所述超声波探头为4个，4个超声波探头沿同心圆周均匀布置，且均以45度指向所述反射面的中心线。

所述超声波探头外部套有胶套，所述胶套内部设有用于卡紧所述超声波探头的卡台。

所述底壳底部设有风向零度指示缺口，所述上盖顶部设置有风向零度指示标记。

所述底壳内部顶端和/或所述上盖内部还设有用于防止冰冻的加热电路。

所述底壳内部设有：通过风速风向测量电路与所述超声波探头连接、用于计算风速和风向的CPU单元；以及与所述CPU单元连接、用于输出风速和风向数据的输出接口单元。

所述输出接口单元包括分别与所述CPU单元连接的多个转换电路，用于支持多种通讯协议下的输出形式。

由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

(1)由于设置了激光器，使得测风仪在安装使用时可以方便的通过激光器发射激光进行位置校准，在风电机组机舱上安装时，可以方便地实现测风仪零度风向和风电机组的机头位置对准，安装精度高。

(2)测风仪底壳内部顶端和/或所述上盖内部设有用于防止冰冻的自动加热电路，可以使测风仪在低温下不结冰，超声波探头保持在正常工作温度范围内。

(3)底壳内部的输出接口单元包括多个转换电路，用于支持多种通讯协议下的输出形式，可满足在联合动力、金风、歌美飒、华锐、GE、VESTAS、远景等多种风电机组上直接使用，而无需额外配置协议转换设备。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的超声波测风仪的结构示意图。

图2是底壳结构中激光器安装示意图。

图3是本实用新型的超声波测风仪激光器发射光线角度示意图。

图4是本实用新型的超声波测风仪在机舱上实施激光校准示意图。

图5是图4中超声波测风仪安装位置放大示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种带有激光校准功能的超声波测风仪，在安装使用时可以方便的通过激光器发射激光进行位置校准，具有安装精度高、测量结果精准的优点。应用于风电机组时，可以方便地在机舱上实施安装校准，将测风仪零度风向和机头对准。

本实用新型所述的带有激光校准功能的超声波测风仪，包括壳体，所述壳体上安装有多个超声波探头以及用于反射超声波的反射体，作为本实用新型最主要的改进，所述壳体上还安装有激光器，所述激光器沿所述测风仪的风向零度方向向下倾斜设置。

请参阅图1、2所示，所述的超声波测风仪的壳体包括间隔一定距离设置的底壳6和上盖1，其中，所述底壳6顶部设有安装台41，所述安装台41上安装多个超声波探头42，所述上盖1底部设置反射体2，所述反射体2具有与安装台41相对的超声波反射面。所述底壳6底部还设有风向零度指示缺口，所述上盖1顶部设有风向零度指示标记。所述激光器5倾斜安装在底壳6的侧壁上，从而使其发射的激光与测风仪的风向零度方向成一锐角夹角α。

请配合参阅图3所示，风向零度指向与激光器5发出的光线在垂直方向的投影重合，在机舱上使用本实用新型的测风仪，设测风仪安装在高度为h的立杆上，激光器5发出的光线在机舱上投影的水平距离为l，此时测风仪的安装高度h与激光束在机舱上的投影距离l之间的关系为：l/h＝cotα。因此，根据测风仪通常的安装高度(一般h为1.5米)和机舱长度设计合理的安装角度，上述夹角α优选为25～45度，即激光器5与所述测风仪的纵向轴线之间的夹角为45～65度。示例性地，在机舱上1.5米的立杆上安装本实用新型的测风仪，按三角函数可以计算出激光器5发射的激光会打到机舱上距离测风仪水平大约1.5至2.5米左右的位置，便于操作员在对应位置测量激光束落点并调整测风仪的零度方向。具体应用时，请配合参阅图4、5所示，超声波测风仪安装在机舱上的支架位置A或者位置B处，调节超声波测风仪使得激光器5发出的激光在机舱上形成的光点与机舱中线距离D和测风仪与机舱中线距离C相等，即说明测风仪风向零度对准了风机的机头方向。

进一步地，所述底壳6的内部顶端和/或所述上盖1的内部还设置用于防止冰冻的加热电路。较佳地，所述加热电路自动加热控温，底壳6内部设置温度传感器，用于采集工作环境温度，根据所述温度传感器采集的环境温度所述加热电路自动控温加热，以使本实用新型的超声波测风仪在低温下不结冰，所述超声波探头42能够保持在正常工作温度范围内。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的带有激光校准功能的超声波测风仪进行详细说明。

作为具体的实施例，如图1所示，本实用新型的带有激光校准功能的超声波测风仪包括上盖1、底壳6，上盖1底端设置反射体2，底壳6顶端设置安装台41，所述上盖1和反射体2通过螺钉连接，两者接触面设置有密封圈。安装台41和反射体2通过4个空心螺栓3连接，接触面为螺纹连接并设置有密封圈。安装台41和底壳6通过螺钉连接，接触面设置有密封圈。安装台41上设置4个超声波探头42，4个超声波探头42沿同心圆周均匀布置(其中1个探头42设置在风向零度上)，且均以45度指向所述反射体2的超声波反射面的中心轴线。为更有效的反射聚集发射来的超声波信号并反射给发射探头对向的探头，所述反射面的中心设置成球面。所述超声波探头42从底壳6内部安装，探头42外部套装有胶套，所述胶套内部设有用于卡紧所述超声波探头42的卡台，可防止探头沿轴向移动，胶套和安装台41接触面设置有密封胶，可实现防水减震。此外，底壳6内部填充合适的材料，并在底部预留气压平衡孔。

如图2所示，底壳6的侧壁上设置倾斜安装孔，激光器5通过螺纹连接固定在该倾斜安装孔内，且连接处设置有密封圈。安装后，激光器5发射的激光束与测风仪的风向零度方向成一锐角夹角α。本例中设置夹角α为30度，则请配合图3所示，即激光器5与测风仪轴线成60度夹角。因此，如图4、5中所示，在风电机组上安装上述超声波测风仪时，超声波测风仪安装在机舱上的位置A或者位置B处，由于支架高度h已知，距离l可通过计算获知，因此，在机舱上的距离l处寻找激光器5发出的激光落点，并测量其与机舱中线距离D，再与测风仪离机舱中线的距离C相比较，若相等，即说明测风仪风向零度对准了风机的机头方向。

为保障本实用新型的超声波测风仪在冰冻天气能够正常工作，在所述上盖1和反射体2的内部设置有半导体加热电路，所述安装台41内部也设置有半导体加热电路，以保持超声波探头42在正常温度范围内工作。加热电路支持自动工作模式，即上电自动工作直至温度达到硬件设定温度，以保障上盖1和安装台41不会被冰雪覆盖结冰。

底壳6内部还设置CPU单元及输出接口单元，CPU单元通过风速风向测量电路与超声波探头42连接，所述风速风向测量电路用于控制超声波探头42发射、接收时序、获取反射回波信号，CPU单元负责计算风速和风向大小，输出接口单元包括分别与所述CPU单元连接的多个转换电路，可实现支持多种通讯协议下的输出形式，支持的通讯协议形式包括：频率、电流环、电压、RS485(NEMA、VDT)等。CPU单元根据风电机组的主控系统的请求，根据风电机组通讯协议的不同，切换转换电路和通讯协议，从而将数据成功传送至不同风电机组的主控系统。

由于采用了以上技术方案，本实用新型的超声波测风仪，通过在壳体上自带安装校准用激光器，安装精度高，测量结果精准；此外，通过设置具有多个转换电路的输出接口，能够与不同的风电机组匹配，支持多种风速、风向输出类型。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。