一种用于工程测试的风速仪及其工作方法

1.一种用于工程测试的风速仪的工作方法，所述风速仪包括数据采集器、PC机、电源，其中数据采集器由三路风传感器组成，分别是风传感器风速模块、风传感器风向模块、风传感器攻角模块，在所述数据采集器和所述PC机之间还设置有采集处理系统与通信系统，所述采集处理系统包括三路A/D转换器、第一微处理器、存储电路以及第一供电电路，其中所述三路风传感器分别与三路A/D转换器的输入端连接，三路A/D转换器的输出端与第一微处理器连接，第一微处理与存储电路连接，第一供电电路向采集处理系统提供电源；所述通信系统包括有线传输装置和无线传输装置，其中所述有线传输装置由有线传输接口、导线依次连接组成；所述无线传输装置包括起始无线发射模块、多跳路由节点、终端无线接收模块；其特征在于：该风速仪采集风特性数据包括以下步骤：
第一步：将风传感器风速模块、风传感器风向模块、风传感器攻角模块分别采集的风特性数据分别通过A/D转换器转换后传送至第一微处理器；
第二步：第一微处理器按照设定程序对第一步传送来的风特性数据进行预处理，将预处理后的数据存储于存储电路；
第三步：第一微处理器根据设定程序的时间段，从存储电路提取该时间段所有风特性数据，进行程序运算得到平均风速、风向、攻角数据；
第四步：第一微处理器将上步所述从存储电路提取的所有风特性数据、以及程序运算得到的平均风速、风向、攻角数据打包，通过通信系统进行数据传送；
第五步：当用户设定为有线传输方式时，将第四步所述数据通过有线传输模块以导线连接有线传输接口至PC机；当用户设定为无线传输方式时，设置接收站，采用若干个多跳路由节点进行数据传输，站内终端无线接收模块接收来自最后一个多跳路由节点信号，并传送至PC机，整个系统风特性数据采集任务完成。
2.根据权利要求1所述的用于工程测试的风速仪的工作方法，其特征在于：所述第二步对风特性数据进行预处理的方法是：通过设定采集的风向角及风速的阀值，去除异常数据，具体的阀值设定方法如下：0°≤风向角＜360°；0米/秒≤风速值≤风速仪的最大测量范围。

一种用于工程测试的风速仪及其工作方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种工程测试设备，尤其是适用于大型土木工程结构风环境测试的风速仪。\n背景技术\n[0002] 风是一种常见的自然现象。由于结构物主要受所在地近地风的影响，对近地风特性的掌握是结构物抗风设计与检算的基本依据，因此，近地风特性的研究是结构风工程领域的基础性工作。\n[0003] 过去风特性的相关资料主要来自于各气象站，采用的是旋转杯式风速仪，由于仪器惯性太大，采样频率很低，所测得的是具有一定时距的平均风。近50年来，随着测试技术和制造技术的提升，风速风向仪的发展很快，从较灵敏的螺旋桨式风速仪发展到激光、超声以及微波风速仪，精度高、抗干扰能力强，可测量出空气的微小瞬时运动。\n[0004] 目前普遍使用于结构风环境测试的风速仪系统由数据采集器、PC机、电源三部分组成，各部分间以电线相互连接。测试对电线长度的需要决定于测试现场环境，目前通常的情况是带很长的电线去测试现场，以免因电线长度不够而导致测试无法完成。其次，现场整理布置电线工作量巨大，电线过长导致接口过多增大测试发生意外的概率。\n[0005] 为了开发出能够适应于各种工程环境的风环境测试设备，以现有有线风速仪为基础，结合无线通信技术进行改进设计是有效途径之一。目前国内外已开始开展无线风速仪研究，但也存在很多问题，且尚未得到很好地解决。例如能量供应(电源)、信号屏蔽、信号传输时滞以及信号干扰等问题。\n[0006] 此外，现有的风速仪经常会采集到一些怪异的、实际根本不可能的数据，例如风向角大于360度或者出现负数等，因此有必要通过合理设定阀值，去除异常数据，使得风速仪具有测试数据的预处理功能，使得采集数据可直接。\n[0007] 上述问题说明，现有的有线或无线风速仪均存在各自的优缺点，每种风速仪单独采用，都难以很好地解决工程结构风环境测试中遇到的问题，迫切需要开发出集合有线、无线两种风速仪优点新型风速仪，以满足不同工程结构物的风环境测试要求。\n发明内容\n[0008] 发明目的：\n[0009] 本发明的目的是以现有有线风速仪为基础，进行相应的加工和改装，设计一种更适用于野外工程测试的风速仪。\n[0010] 技术方案：\n[0011] 一种用于工程测试的风速仪，包括数据采集器、PC机、电源，其中数据采集器由三路风传感器组成，分别是风传感器风速模块、风传感器风向模块、风传感器攻角模块，在所述数据采集器和所述PC机之间还设置有采集处理系统与通信系统，所述采集处理系统包括三路A/D转换器、第一微处理器、存储电路以及第一供电电路，其中所述三路风传感器分别与三路A/D转换器的输入端连接，三路A/D转换器的输出端与第一微处理器连接，第一微处理与存储电路连接，第一供电电路向采集处理系统提供电源；\n[0012] 所述通信系统包括有线传输装置和无线传输装置，其中所述有线传输装置由有线传输接口、导线依次连接组成；所述无线传输装置包括起始无线发射模块、多跳路由节点、终端无线接收模块。\n[0013] 本发明用于工程测试的风速仪的多跳路由节点包括无线接收模块、第二微处理器、信号发射模块依次连接组成，该节点还包括一个用于提供电源的第二供电电路。\n[0014] 一种基于本发明的工作方法，风速仪采集风特性数据包括以下步骤：\n[0015] 第一步：将风传感器风速模块、风传感器风向模块、风传感器攻角模块分别采集的风特性数据分别通过A/D转换器转换后传送至第一微处理器；\n[0016] 第二步：第一微处理器按照设定程序对第一步传送来的风特性数据进行预处理，将预处理后的数据存储于存储电路；\n[0017] 第三步：第一微处理器根据设定程序的时间段，从存储电路提取该时间段所有风特性数据，进行程序运算得到平均风速、风向、攻角等数据；\n[0018] 第四步：第一微处理器将上步所述全部数据打包，通过通信系统进行数据传送；\n[0019] 第五步：当用户设定为有线传输方式时，将第四步所述数据通过有线传输模块以导线连接有线传输接口至PC机；当用户设定为无线传输方式时，设置接收站，采用若干个多跳路由节点进行数据传输，站内终端无线接收模块接收来自最后一个多跳路由节点信号，并传送至PC机，整个系统风特性数据采集任务完成。\n[0020] 本发明的工作方法中第二步对风特性数据进行预处理的方法是：通过设定采集的风向角及风速的阀值，去除异常数据，具体的阀值设定方法如下：0°≤风向角＜360°；0米/秒≤风速值≤风速仪的最大测量范围。\n[0021] 有益效果：\n[0022] 该无线风速仪不仅具有无线传输、精度可调节和预处理功能，还能够实现有线无线自动转换。通过预处理功能的设定，使得输出的风特性数据均是良好样本，能够避免现有风速仪经常采集到一些怪异的、根本不可能数据的情况。通过采样频率和测试精度调节功能的设置，以满足不同的测试需要以及软硬件的要求，可根据测试工程的重要性程度、测试时间的长短以及测试要求自由选择。通过有/无线传输设置自动转换，满足不同现场条件和测试需要，提高应对意外状况出现的能力。通过专用频段的选择，提高了数据传输的抗干扰能力，避免受到其它频段信号的影响和干扰。\n附图说明\n[0023] 图1是本发明风速仪原理框图。\n[0024] 图2是本发明的多跳路由节点结构框图。\n[0025] 图3是本发明中接收站结构框图。\n[0026] 图4是本发明中有线/无线自动切换结构框图。\n[0027] 图5是本发明系统设计流程图。\n[0028] 图中：N s为微处理器提取风特性数据的周期(N表示1、2、3…，s表示秒)；Kmin为微处理器提取存储数据计算平均风速风向的周期(K表示1、2、3…，min表示分)具体实施方式\n[0029] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：\n[0030] 如图1所示，本发明的新型风速仪系统包括三路风传感器1/2/3，分别是风传感器风速模块1、风传感器风向模块2、风传感器攻角模块3；三路A/D转换器4/5/6、第一微处理器7、第二微处理器13、有线传输接口8、起始发射模块9、信号发射模块14、存储电路10、第一供电电路11、第二供电电路15、无线接收模块12、终端无线接收模块16、PC机17；其中，传感器1/2/3、A/D转换器4/5/6、微处理器7、存储电路10、供电电路11组成传感器采集处理系统，传感器风速模块1传递电信号至A/D转换器4，从A/D转换器4输出对应数字信号至微处理器7(其他两电路原理类似)；微处理器7根据设定的软件，每N s对数字信号采集一次，转化成风特性数据进行预处理，并存储至存储电路；按照设定的软件程序，微处理器7每K min内从存储电路提取该时间段全部风特性数据，进行程序运算得到平均风速风向等数据，并将全部数据打包发送通信系统。\n[0031] 如图1和4所示，在微处理器7中，同时设定有线/无线传输路径自动切换的相关程序。系统使用时，用户根据现场条件进行自主选择路径，提供一个外界激励信号传至微处理器7，微处理器根据有线/无线信号的不同运行相应程序，并将数据包传输至有线传输接口8或起始发射模块9。\n[0032] 当数据包发送至有线传输接口8，有线传输接口8与PC机17以导线相连接，直接传输数据。\n[0033] 当数据包发送至起始发射模块9，无线接收模块12接收自起始发射模块9发出信号，经微处理器13处理之后，送至无线发射模块14继续发送信号至下一无线路由节点或者终端无线接收模块(如图2所示)。如图3所示，无线接收模块16接收自最后一个无线路由节点发出的信号，送至PC机17存储。\n[0034] 图5详细阐明了所发明风速仪的总的系统工作流程，从最初的数据采集直至最终的有效数据存储。包括原始数据的采集，信号的转换，数据的预处理，有线或无线传输方式的选择，有效数据的存储。\n[0035] 风速仪采集风特性数据包括以下步骤：\n[0036] 第一步：将风传感器风速模块、风传感器风向模块、风传感器攻角模块分别采集的风特性数据分别通过A/D转换器转换后传送至第一微处理器；\n[0037] 第二步：第一微处理器按照设定程序对第一步传送来的风特性数据进行预处理，将预处理后的数据存储于存储电路；\n[0038] 第三步：第一微处理器根据设定程序的时间段，从存储电路提取该时间段所有风特性数据，进行程序运算得到平均风速、风向、攻角等数据；\n[0039] 第四步：第一微处理器将上步所述全部数据打包，通过通信系统进行数据传送；\n[0040] 第五步：当用户设定为有线传输方式时，将第四步所述数据通过有线传输模块以导线连接有线传输接口至PC机；当用户设定为无线传输方式时，设置接收站，采用若干个多跳路由节点进行数据传输，站内终端无线接收模块接收来自最后一个多跳路由节点信号，并传送至PC机，整个系统风特性数据采集任务完成。\n[0041] 本发明的工作方法中第二步对风特性数据进行预处理的方法是：通过设定采集的风向角及风速的阀值，去除异常数据，具体的阀值设定方法如下：0°≤风向角＜360°；0米/秒≤风速值≤风速仪的最大测量范围。