CN113267782B - 一种可自发电加热的声雷达防护装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种可自发电加热的声雷达防护装置及其控制方法，属于声雷达防护技术领域。在平台上设置噪声发电控制箱，其上设置声雷达，内防护罩设置于声雷达上方，底部周边与声雷达外周连接，外防护罩套置于内防护罩外周，通过安装架安装在平台上，在外防护罩内边缘设置至少一组温湿度传感器；在外防护罩顶端和平台间设置隔音板，在隔音板和安装架间设置噪声仓板，由隔音板、安装架、外防护罩和噪声仓板围成的空间形成噪声仓，在噪声仓板上设置有声电转换器；噪声发电控制箱分别连接温湿度传感器、外防护罩和声电转换器，通过声电转换器将噪声转换为电能，根据接收到的温湿度数据控制外防护罩发热。本发明在保护声雷达的同时利用噪声发电，把噪声转化成电能。

Description

一种可自发电加热的声雷达防护装置及其控制方法

技术领域

本发明属于声雷达防护技术领域，特别是涉及一种可自发电加热的声雷达防护装置及其控制方法。

背景技术

近年来声雷达测风作为一种新兴的测风技术，因其探测范围广、可靠性高、易用性好、成本低、性价比高等优点，得到了大力推广和应用。声雷达通过定向发射一定频率的强声脉冲，接收声散射回波，分析声散射回波强度，比较发射的声波和声散射回波频率的差异，可以计算风向、风速随时间和高度的变化。声雷达因其自身的技术原理和结构特点，不可避免的会产生噪声，造成污染。再者，声雷达的安装环境在户外，收到雨雪冰冻的威胁，本发明设计了一种新型防护罩，不但可以保护声雷达，而且能有效的吸收噪声，利用把噪声发电，把噪声转化成电能，并用电能给防护罩加热或对声雷达供电。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种可自发电加热的声雷达防护装置及其控制方法，本发明把声电转换器、石墨烯加热板融入声雷达的外防护罩结构中，实现保护声雷达，有效的吸收噪声，利用噪声发电，把噪声转化成电能，并设置有控制器和温度传感器。当检测到温度低于X℃时，控制器控制石墨烯加热板，利用产生的电能对声雷达防护罩进行加热。噪声发电产生的电能通过储能电池储备起来备用，也可以用于声雷达供电。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种可自发电加热的声雷达防护装置，包括平台、噪声发电控制箱、声雷达、内防护罩及外防护罩；

所述平台上设置噪声发电控制箱；声雷达固定安装在噪声发电控制箱上，声雷达顶部设置相控阵列；

所述内防护罩设置于声雷达上方，底部周边与所述声雷达的相控阵列外周连接，用于保护声雷达的相控阵列；

外防护罩，套置于内防护罩外周，通过其安装架安装在平台上，在所述外防护罩内边缘设置有至少一组温湿度传感器；

在外防护罩顶端和平台间设置隔音板，在外防护罩外周的隔音板和安装架间设置噪声仓板，由隔音板、安装架、外防护罩和噪声仓板围成的空间形成噪声仓，在噪声仓板上设置有声电转换器；

所述噪声发电控制箱分别连接温湿度传感器、外防护罩和声电转换器，通过声电转换器将噪声转换为电能，根据接收到的温度、湿度数据控制外防护罩发热。

进一步地，所述外防护罩，呈倒四棱台结构，每侧板均为梯形板，所述梯形板上开有多个通孔，连通外防护罩和噪声仓。

进一步地，所述梯形板为层状结构，由外向内分别为多孔板层、石墨烯加热层、隔热层、隔音层。

进一步地，所述多孔板由刚性材料制成；所述石墨烯加热层由石墨烯材料制作而成。

进一步地，在所述噪声仓板开有多个螺纹传声孔，位于噪声仓的一侧对应每个传声孔均连接有共鸣器，传声孔作为噪声进入共鸣器的共鸣腔的通道；所述声电转换器与共鸣器连接，声电转换器通过整流滤波器连接控制装置的储能电池，利用噪声发电产生的电能通过电缆接入整流滤波器，将噪声转换成电能。

进一步地，在所述噪声仓板底端外侧设置有排水口，防止雨水在噪声仓内聚集。

进一步地，所述内防护罩为双层四棱锥防护罩。

进一步地，所述控制装置包括控制器、云端通讯模块、集控中心、储能电池、所述温湿度传感器，所述控制器和云端通讯模块均安装在噪声发电控制箱内，控制器分别连接温湿度传感器和储能电池，储能电池分别连接石墨烯加热层、声雷达，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制储能电池为石墨烯加热层供电，加热外防护罩，或者储能电池为声雷达供电；控制器通过云端通讯模块分别与NWP气象数据、集控中心通讯，通过云端通讯模块获取NWP气象数据，并与集控中心进行通讯，接收集控中心的信息，并把现场监测的温度、湿度发送给集控中心。

进一步地，所述温度传感器和湿度传感器设置1-4组，设置1组时，设置在外防护罩下部的内侧边缘处背光的一侧；设置多组时，按照如下顺序设置在背光侧、背光侧的两相邻侧、对光侧，用于实时检测外防护罩的温度和湿度，并传递给控制器。

采用本发明所述可自发电加热的声雷达防护装置的控制方法，具体如下：

构建加热功率与温度、湿度的关系模型：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

其中，T为结冰温度0-5℃，S为结冰湿度，即当湿度大于S时会出现凝霜结冰；

根据云端通讯模块获取的NWP气象数据及外防护罩内的温度、湿度信息，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理：当温度低于T时，且湿度大于S，开始加热，防止结冰；

石墨烯加热层的加热功率根据关系模型来确定：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

当温度不低于T，或湿度不大于S时，如果NWP数据中的未来温度t2低于T时，且未来湿度s2大于S，对外防护罩提前进行预加热；

当石墨烯加热层启动加热后，实时比较现场温度t1，当t1>T_高时，立即停止加热，防止外防护罩温度过高；

其中：K：功率放大系数；T：人工设定温度；S：人工设定湿度；T_高：人工设定停止加热温度；t1:现场检测温度；s1:现场检测湿度；t2：NWP数据未来温度；s2：NWP数据未来湿度；Q：电池电量；

当外防护罩不需要加热，也不需要预热时，并且储能电池的电量大于35％，控制器控制储能电池对声雷达进行供电；当储能电池的电量低于35％时，停止对储能电池对声雷达供电。

本发明的有益效果为：

本发明能吸收噪声，减少噪声污染，并把噪声转化成电能，节约能源，实现经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的噪声仓连接结构的截面示意图；

图3为本发明的能量转换示意图；

图4为本发明的加热模式-控制方法流程图；

图5为本发明的供电模式-控制流程图；

图6为本发明的控制装置示意图。

图中：1.平台，2.隔音板，3.噪声仓，4.声雷达，5.内防护罩，6.外防护罩，61.多孔板，62.石墨烯加热层，63.隔热层，64.隔音层，7.噪声发电控制箱，8.温湿度传感器，9.噪声仓板，10.传声孔，11.共鸣器，12.声电转换器，13.整流滤波器，14.排水口,15.安装架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例：如图1所示，本发明一种可自发电加热的声雷达防护装置，包括平台1、噪声发电控制箱7、声雷达4、内防护罩5及外防护罩6；

所述平台1上设置噪声发电控制箱7；声雷达4固定安装在噪声发电控制箱7上，声雷达4顶部设置相控阵列；

所述内防护罩5为双层四棱锥防护罩，设置于声雷达4上方，底部周边与所述声雷达4的相控阵列外周连接，用于保护声雷达4的相控阵列；

所述外防护罩6，套置于内防护罩5外周，通过其安装架15安装在平台1上，在所述外防护罩6内边缘设置有至少一组温湿度传感器8；

如图1、图2所示，在外防护罩6顶端和平台1间设置隔音板2，在所述隔音板2和安装架15间设置噪声仓板9，由隔音板2、安装架15、外防护罩6和噪声仓板9围成的空间形成噪声仓3，在噪声仓板9上设置有声电转换器12；

所述噪声发电控制箱7分别连接温湿度传感器8、外防护罩6和声电转换器12，通过声电转换器12将噪声转换为电能，根据接收到的温度、湿度数据进行分析处理，控制外防护罩6发热。

进一步地，如图2所示，所述外防护罩6呈倒四棱台结构，每侧板均为梯形板，所述梯形板上开有多个通孔，连通外防护罩6和噪声仓3。

所述梯形板为层状结构，由外向内分别为多孔板61层、石墨烯加热层62、隔热层63、隔音层64。所述多孔板61由导热良好的刚性材料制成；所述石墨烯加热层由石墨烯材料制作而成，将电能转化成热能对多孔板加热；所述隔热层采用岩棉材料,防水及阻燃性能优良；所述隔音层是在不锈钢板上粘贴隔音阻尼毡，本例选用现有的隔音阻尼毡，具有密实、质重、阻尼性强、高弹性、耐水性、耐候性佳、耐油性、阻燃性好的材料。

如图2、图3所示，在所述噪声仓板9开有多个螺纹传声孔10，位于噪声仓3的一侧对应每个传声孔10均连接有共鸣器11，传声孔10作为噪声进入共鸣器11的共鸣腔的通道；所述声电转换器12与共鸣器11连接，声电转换器12通过整流滤波器13连接控制装置的储能电池，利用噪声发电产生的电能通过电缆接入整流滤波器13，将噪声转换成电能。在所述噪声仓板9底端外侧设置有排水口14，防止雨水在噪声仓3内聚集。

如图3所示，为本发明的能量转换示意图，由外防护罩6构成的喇叭状结构，能更多的收集噪声，作为噪声接收装置，所述外防护罩6连接噪声仓3，将外外防护罩6收集的噪声通过噪声仓板9上的传声孔10内设置共鸣器11内，再通过共鸣器11内设置的声电转换器12连接整流滤波器13连接储能电池，通过储能电池分别连接用电设备(如石墨烯加热层62、声雷达、控制器、温湿度传感器8)为其供电。

如图6所示，所述控制装置包括控制器、云端通讯模块、集控中心、储能电池、所述温湿度传感器，所述控制器和云端通讯模块均安装在噪声发电控制箱内，控制器分别连接温湿度传感器和储能电池，储能电池分别连接石墨烯加热层、声雷达，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制储能电池为石墨烯加热层供电，加热外防护罩，或者储能电池为声雷达供电；控制器通过云端通讯模块分别与NWP气象数据、集控中心通讯，通过云端通讯模块获取NWP气象数据，并与集控中心进行通讯，接收集控中心的信息，并把现场监测的温度、湿度发送给集控中心。

进一步地，所述温湿度传感器8设置1-4组，设置1组时，设置在外防护罩下部的内侧边缘处背光的一侧；设置多组时，按照如下顺序设置在背光侧、背光侧的两相邻侧、对光侧，用于实时检测外防护罩的温度和湿度，并传递给控制器。

如图4、图5所示，采用本发明所述可自发电加热的声雷达防护装置的控制方法，具体为：

构建加热功率与温度、湿度的关系模型：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

其中，T为结冰温度0-5℃，S为结冰湿度，即当湿度大于S时会出现凝霜结冰；

根据云端通讯模块获取的NWP气象数据及外防护罩内的温度、湿度信息，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理：当温度低于T时，且湿度大于S，开始加热，防止结冰；

石墨烯加热层的加热功率根据关系模型来确定：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

当温度不低于T，或湿度不大于S时，如果NWP数据中的未来温度t2低于T时，且未来湿度s2大于S，对外防护罩提前进行预加热；

当石墨烯加热层启动加热后，实时比较现场温度t1，当t1>T_高时，立即停止加热，防止外防护罩温度过高；

其中：K：功率放大系数；T：人工设定温度；S：人工设定湿度；T_高：人工设定停止加热温度；t1:现场检测温度；s1:现场检测湿度；t2：NWP数据未来温度；s2：NWP数据未来湿度；Q：电池电量；

当外防护罩6不需要加热，也不需要预热时，并且储能电池的电量大于35％，控制器控制储能电池对声雷达进行供电；当储能电池的电量低于35％时，停止对储能电池对声雷达供电。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：包括平台、噪声发电控制箱、声雷达、内防护罩及外防护罩；

所述平台上设置噪声发电控制箱；声雷达固定安装在噪声发电控制箱上，声雷达顶部设置相控阵列；

所述内防护罩设置于声雷达上方，底部周边与所述声雷达的相控阵列外周连接，用于保护声雷达的相控阵列；

外防护罩，套置于内防护罩外周，通过其安装架安装在平台上，在所述外防护罩内边缘设置有至少一组温湿度传感器；

在外防护罩顶端和平台间设置隔音板，在外防护罩外周的隔音板和安装架间设置噪声仓板，由隔音板、安装架、外防护罩和噪声仓板围成的空间形成噪声仓，在噪声仓板上设置有声电转换器；

所述噪声发电控制箱分别连接温湿度传感器、外防护罩和声电转换器，通过声电转换器将噪声转换为电能，根据接收到的温度、湿度数据控制外防护罩发热；

所述外防护罩，呈倒四棱台结构，每侧板均为梯形板，所述梯形板上开有多个通孔，连通外防护罩和噪声仓。

2.根据权利要求1所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：所述梯形板为层状结构，由外向内分别为多孔板层、石墨烯加热层、隔热层、隔音层。

3.根据权利要求2所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：所述多孔板由刚性材料制成；所述石墨烯加热层由石墨烯材料制作而成。

4.根据权利要求1所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：在所述噪声仓板开有多个螺纹传声孔，位于噪声仓的一侧对应每个传声孔均连接有共鸣器，传声孔作为噪声进入共鸣器的共鸣腔的通道；所述声电转换器与共鸣器连接，声电转换器通过整流滤波器连接控制装置的储能电池，利用噪声发电产生的电能通过电缆接入整流滤波器，将噪声转换成电能。

5.根据权利要求1所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：在所述噪声仓板底端外侧设置有排水口，防止雨水在噪声仓内聚集。

6.根据权利要求1所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：所述内防护罩为双层四棱锥防护罩。

7.根据权利要求1所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：还包括控制装置，所述控制装置包括控制器、云端通讯模块、集控中心、储能电池、所述温湿度传感器，所述控制器和云端通讯模块均安装在噪声发电控制箱内，控制器分别连接温湿度传感器和储能电池，储能电池分别连接石墨烯加热层、声雷达，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理，并控制储能电池为石墨烯加热层供电，加热外防护罩，或者储能电池为声雷达供电；控制器通过云端通讯模块分别与NWP气象数据、集控中心通讯，通过云端通讯模块获取NWP气象数据，并与集控中心进行通讯，接收集控中心的信息，并把现场监测的温度、湿度发送给集控中心。

8.根据权利要求1所述可自发电加热的声雷达防护装置，其特征在于：还包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器设置1-4组，设置1组时，设置在外防护罩下部的内侧边缘处背光的一侧；设置多组时，按照如下顺序设置在背光侧、背光侧的两相邻侧、对光侧，用于实时检测外防护罩的温度和湿度，并传递给控制器。

9.采用如权利要求1-8任一项所述可自发电加热的声雷达防护装置的控制方法，其特征在于：

构建加热功率与温度、湿度的关系模型：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

其中，T为结冰温度0-5℃，S为结冰湿度，即当湿度大于S时会出现凝霜结冰；

根据云端通讯模块获取的NWP气象数据及外防护罩内的温度、湿度信息，控制器对接收到的温度、湿度数据进行分析处理：当温度低于T时，且湿度大于S，开始加热，防止结冰；

石墨烯加热层的加热功率根据关系模型来确定：

P＝(T-t1)*(s1-S)*K；

当温度不低于T，或湿度不大于S时，如果NWP数据中的未来温度t2低于T时，且未来湿度s2大于S，对外防护罩提前进行预加热；

当石墨烯加热层启动加热后，实时比较现场温度t1，当t1>T_高时，立即停止加热，防止外防护罩温度过高；

其中：K：功率放大系数；T：人工设定温度；S：人工设定湿度；T_高：人工设定停止加热温度；t1:现场检测温度；s1:现场检测湿度；t2：NWP数据未来温度；s2：NWP数据未来湿度；

当外防护罩不需要加热，也不需要预热时，并且储能电池的电量大于35％，控制器控制储能电池对声雷达进行供电；当储能电池的电量低于35％时，停止对储能电池对声雷达供电。