专利名称：一种船用风速风向测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，具体涉及一种船用风速风向测量装置。
背景技术：
风速风向的测量应 用范围很广，目前主要用于静止环境，如气象、民航机场、桥梁建造以及风力发电等领域。目前主要还是采用机械式风速仪测量风速和风向，风速仪只能处于静止状态，测量位置固定。机械式风速仪的主要原理是风速仪上的风杯在风力作用下转动，通过检测与风杯连接的转轴的角速度推算出相应的风速大小。机械传动部件由于长期暴露于室外，工作环境恶劣，很容易受到风沙、冰冻、雨雪的侵蚀，造成传动部件磨损、卡死，从而无法工作。另夕卜，风杯的旋转需要一定的风速才能启动，高速旋转后因为惯性的作用，即使在无风的情况下风杯仍然会转动一段时间，这样就会产生测量盲点和精度不准的问题。机械式风向仪主要装置是风向标，在风力的作用下，风向标的指向与风力的方向一致，所以根据风向标的指向即可推算出风力的方向。风向标同样是机械部件，会产生与机械风速仪相同的问题。因为风速风向仪仅能测量出相对的风速，在静止的环境下，测量到的风速与风向与实际是相符合的，但是在运动的环境中(如车辆、船舶)，测量到的风速和风向需要去除环境移动的影响，例如在船舶中使用的风速风向仪，需要记录船舶航行的速度、航向，船艏向的数值，再根据测量到的结果，推算出实际的风速大小和风向，这就需要操作人员有丰富的经验。当时间紧急的情况下，因人为计算失误使得船舶靠港作业失误造成的经济损失和安全事故时有发生。
实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种可适用于运动环境中的船用风速风向测量装置，操作简单且测量精度高。为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现本发明包括传感器测量单元和控制显示单元；控制显示单元包括与传感器测量单元输出端相连接的第二数据收发单元、与第二数据收发单元输出端相连接的第二中心处理单元、用于接收船舶航行速度与船舶航行方向的外部数据接口、与第二中心处理单元输出端相连接的图形处理单元和与图形处理单元输出端相连接的图形显示单元；第二数据收发单元用于接收传感器测量单元输出的测量速度和测量风向，外部数据接口的输出端与第二中心处理单元的输入端相连接，第二中心处理单元根据船舶航行速度与船舶航行方向、测量速度与测量风向计算出实际风速与实际风向。上述传感器测量单元包括第一中心处理单元、与第一中心处理单元输出端相连接的第一数据收发单元、与第一中心处理单元输出端相连接的电子开关、与电子开关输出端相连接的第一组超声波收发单元和至少一组第二组超声波收发单元；第一数据收发单元的输出端与第二数据收发单元的输入端相连接；第一组超声波收发单元和第二组超声波收发单元的输出端还与第一中心处理单元的输入端相连接；第一组超声波收发单元包括第A —组超声波收发单元和第A 二组超声波收发单元，第二组超声波收发单元包括第B —组超声波收发单元和第B 二组超声波收发单元；第A —组超声波收发单元和第A 二组超声波收发单元的输入输出端分别连接有收发一体功能的第A —组探头和设置在第A —组探头正前方的第A 二组探头；第B —组超声波收发单元和第B 二组超声波收发单元的输入输出端分别连接有收发一体功能的第B —组探头和设置在第B —组探头正前方的第B 二组探头，第B一组探头和第B 二组探头分别与第A —组探头或第A 二组探头正交。上述第二组超声波收发单元的数目为一组。 上述第二中心处理单元的输入端还连接有按键控制单元。与传统的机械式风速风向测量装置相比，本实用新型更加可靠、精度更高、使用寿命更长；增加了外部数据接口，用于接收船舶航行速度与船舶航行方向数据，通过第二中心处理单元的计算，可以快速去除船舶航行造成对测量结果的影响。
图I为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型的传感器测量单元结构示意图；图3为图2的俯视图；图4为本实用新型的控制显示单元结构示意图；图5为本实用新型的传感器测量单元工作原理图；图6为本实用新型的控制显示单元工作原理图；图7为本实用新型的传感器测量单元工作流程图；图8为本实用新型的控制显示单元工作流程图。图中各标号传感器测量单元1，第一中心处理单元11，第一数据收发单元12，电子开关13，第A —组超声波收发单元Al，第A 二组超声波收发单元A2，第B —组超声波收发单元BI，第B 二组超声波收发单元B2，第A —组探头TAl，第A 二组探头TA2，第B —组探头TB1，第B 二组探头TB2，控制显示单元2，第二数据收发单元21，第二中心处理单元22，外部数据接口 23，图形处理单元24，图形显示单元25，按键控制单元26。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本实用新型。参见图I、图2、图3和图4，本实用新型包括传感器测量单元I和与传感器测量单元I输出端相连接的控制显示单元2。参见图5，传感器测量单元I包括第一中心处理单元11、与第一中心处理单元11输出端相连接的第一数据收发单元12、与第一中心处理单元11输出端相连接的电子开关13、与电子开关13输出端相连接的第一组超声波收发单元和第二组超声波收发单元。第一组超声波收发单元和第二组超声波收发单元的输出端还与第一中心处理单元11相连接。[0026]第一数据收发单元12的输出端与控制显示单元2的输入端相连接。第一组超声波收发单元包括第A —组超声波收发单元Al和第A 二组超声波收发单元A2。第二组超声波收发单元包括第B —组超声波收发单元BI和第B 二组超声波收发单元B2。[0029]第A—组超声波收发单元Al和第A 二组超声波收发单元A2的输入输出端分别连接有收发一体功能的第A —组探头TAl和设置在第A —组探头TAl正前方一定距离的有收发一体功能的第A 二组探头TA2。第B —组超声波收发单元BI和第B 二组超声波收发单元B2的输入输出端分别连接有收发一体功能的第B —组探头TBl和设置在第B —组探头TBl正前方有收发一体功能的第B 二组探头TB2。第B —组探头TBl和第B 二组探头TB2分别与第A —组探头TAl或第A 二组探头TA2正交。传感器测量单元I工作原理如下第一中心处理单元11控制电子开关13，各个探头在不同的时间完成发射和接收的功能，双向发射和接收后，第一中心处理单元11计算第一组探头(第A —组探头TAl和第A 二组探头TA2)测量到第一组方向上的风速。考虑到风力的方向，需要增加一组与第一组探头正交的第二组探头，原理同第一组探头。根据测量出的第一组和第二组两个方向上的风速，可以计算出合成的测量风速和测量风向。参见图7，传感器测量单元I工作过程如下步骤(11):第一中心处理单元11发出启动第A—通道指令，第A—组超声波收发单元Al驱动第A —组探头TAl发射超声波，第A 二组探头TA2接收第A —组探头TAl发射的信号，第A 二组探头TA2将接收的信号通过第A 二组超声波收发单元A2接收、放大、整形处理后送入第一中心处理单元11，第一中心处理单元11根据发射与接收信号的时间延迟，计算出第A—组探头TAl方向的风速VA1，第一中心处理单元11暂存VAl (数据存储由第一中心处理单元11自带也可以外置)，转向步骤(12)。步骤(12):第一中心处理单元11发出启动第A 二通道指令，第A 二组超声波收发单元A2驱动第A 二组探头TA2发射超声波，第A —组探头TAl接收第A 二组探头TA2发射的信号，第A —组探头TAl将接收的信号通过第A —组超声波收发单元Al接收、放大、整形处理后送入第一中心处理单元11。第一中心处理单元11根据发射与接收信号的时间延迟，计算出第A 二组探头TA2方向的风速VA2,转向步骤(13),第一中心处理单元11计算第A组方向的风速，风速VA= 1/2(VA1+VA2)，然后第一中心处理单元11暂存VA，转向步骤(15)。步骤(13):第一中心处理单元11发出启动第B—通道指令，第B—组超声波收发单元BI驱动第B —组探头TBl发射超声波，第B 二组探头TB2接收第B —组探头TBl发射的信号，第B 二组探头TB2将接收的信号通过第B 二组超声波收发单元B2接收、放大、整形处理后送入第一中心处理单元11。第一中心处理单元11根据发射与接收信号的时间延迟，计算出第B—组探头TBl方向的风速VBl，第一中心处理单元11暂存VBl，转向步骤(14)。[0040]步骤(14):第一中心处理单元11发出启动第B 二通道指令，第B 二组超声波收发单元B2驱动第B 二组探头TB2发射超声波，第B —组探头TBl接收第B 二组探头TB2发射的信号，第B —组探头TBl将接收的信号通过第B —组超声波收发单元BI接收、放大、整形处理后送入第一中心处理单元11。第一中心处理单元11根据发射与接收信号的时间延迟，计算出第B 二组探头TB2方向的风速VB2，第一中心处理单元11计算第B组方向的风速，风速 VB = 1/2(VB1+VB2)， 转向步骤(15)。步骤(15):第一中心处理单元11根据第A组方向的风速VA和第B组方向的风速VB可得到测量风速和测量风向。然后转向步骤(11)，一直循环工作。通过第一数据收发单元12将上述测量风速和测量风向发送到控制显示单元2。参见图6，控制显示单元2包括与第一数据收发单元12输出端相连接的第二数据收发单元21、与第二数据收发单元21输出端相连接的第二中心处理单元22、用于接收船舶航行速度与船舶航行方向的外部数据接口 23、与第二中心处理单元22输入端相连接的按键控制单元26、与第二中心处理单元22输出端相连接的图形处理单元24和与图形处理单元24输出端相连接的图形显示单元25。外部数据接口 23的输出端与第二中心处理单元22的输入端相连接，第二数据收发单元21用于接收第一数据收发单元12输出的测量速度和测量风向，第二中心处理单元22用于计算去除航速与航向后的实际风速与实际风向(即第二中心处理单元22根据船舶航行速度与船舶航行方向、测量速度及测量风向计算出实际风速与实际风向)。第二数据收发单元21用于与传感器测量单元I的第一数据收发单元12进行数据交换；按键控制单元26用于完成用户的操作命令和系统设置等功能；图形显示单元25将测量结果和用户界面显示在屏幕上。船舶航行方向和船舶航行速度会影响到测量的结果，为去除这一影响，本实用新型采用以下的技术方案在船用风向风速测量装置中加有多路的外部数据接口 23，可以接收满足 IEC61162(Maritime navigation and radiocommunication equipment andsystem-Digital interfaces)和NMEA (The National Marine Electronics Association)标准要求的与速度，方向相关的数字信号。测量风速与船舶航行速度进行矢量合成即为实际风速，测量风向与船舶航行方向矢量合成即为相对于船艏的风向，相对于船艏的风向再与船艏的方向相加即为实际风向。参见图8，控制显示单元2的工作过程如下步骤(21):按键控制单元26开启控制显示单元2后，外部数据接口 23开始工作，外部数据接口 23接收船舶航行速度和船舶航行方向数据；第二数据收发单元21从第一数据收发单元12中提取上述测量风速和测量风向，转向步骤(22)。步骤(22):第二中心处理单元22将测量风速与船舶航行速度进行矢量合成可得到实际风速；第二中心处理单元22将测量风向与船舶航行方向矢量合成即为相对于船艏的风向，相对于船艏的风向再与船艏的方向相加即为实际风向，转向步骤(23)。步骤(23):图形处理单元24根据实际风速和实际风向这两个参数进行图形处理，然后通过图形显示单元25进行显示。以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种船用风速风向测量装置，其特征在于，包括传感器测量单元(I)和控制显示单元⑵； 所述控制显示单元(2)包括与传感器测量单元(I)输出端相连接的第二数据收发单元(21)、与第二数据收发单元(21)输出端相连接的第二中心处理单元(22)、用于接收船舶航行速度与船舶航行方向的外部数据接口(23)、与第二中心处理单元(22)输出端相连接的图形处理单元(24)和与图形处理单元(24)输出端相连接的图形显示单元(25)； 所述第二数据收发单元(21)用于接收传感器测量单元(I)输出的测量速度和测量风向，所述外部数据接口(23)的输出端与第二中心处理单元(22)的输入端相连接，所述第二中心处理单元(22)根据船舶航行速度与船舶航行方向、测量速度及测量风向计算出实际风速与实际风向。
2.根据权利要求I所述的船用风速风向测量装置，其特征在于， 所述传感器测量单元(I)包括第一中心处理单元(11)、与第一中心处理单元(11)输出端相连接的第一数据收发单元(12)、与第一中心处理单元(11)输出端相连接的电子开关(13)、与电子开关(13)输出端相连接的第一组超声波收发单元和至少一组第二组超声波收发单元；所述第一数据收发单元(12)的输出端与第二数据收发单元(21)的输入端相连接； 所述第一组超声波收发单元和第二组超声波收发单元的输出端还与第一中心处理单元(11)的输入端相连接； 所述第一组超声波收发单元包括第A—组超声波收发单元(Al)和第A 二组超声波收发单元(A2)，所述第二组超声波收发单元包括第B—组超声波收发单元(BI)和第B 二组超声波收发单元(B2)； 所述第A—组超声波收发单元(Al)和第A 二组超声波收发单元(A2)的输入输出端分别连接有收发一体功能的第A—组探头(TAl)和设置在第A—组探头(TAl)正前方的第A二组探头(TA2);所述第B —组超声波收发单元(BI)和第B 二组超声波收发单元(B2)的输入输出端分别连接有收发一体功能的第B—组探头(TBl)和设置在第B—组探头(TBl)正前方的第B 二组探头(TB2)，所述第B—组探头(TBl)和第B 二组探头(TB2)分别与第A一组探头(TAl)或第A 二组探头(TA2)正交。
3.根据权利要求2所述的船用风速风向测量装置，其特征在于，所述第二组超声波收发单元的数目为一组。
4.根据权利要求I或2所述的船用风速风向测量装置，其特征在于，所述第二中心处理单元(22)的输入端还连接有按键控制单元(26)。
专利摘要本实用新型公开了一种船用风速风向测量装置包括传感器测量单元和控制显示单元；控制显示单元包括与传感器测量单元输出端相连接的第二数据收发单元、与第二数据收发单元输出端相连接的第二中心处理单元、用于接收船舶航行速度与船舶航行方向的外部数据接口、与第二中心处理单元输出端相连接的图形处理单元和与图形处理单元输出端相连接的图形显示单元；第二数据收发单元用于接收传感器测量单元输出的测量速度和测量风向，外部数据接口的输出端与第二中心处理单元的输入端相连接，第二中心处理单元根据船舶航行速度与船舶航行方向、测量速度与测量风向计算出实际风速与实际风向。本实用新型操作简单，适用于运动环境中，测量精度高。
文档编号G01P5/24GK202372525SQ201120479299
公开日2012年8月8日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者朱瑞华 申请人:南京俊禄科技有限公司