DE19704001A1 - Windgeschwindigkeitsmessung per Ultraschall - Google Patents
Windgeschwindigkeitsmessung per UltraschallInfo
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/245—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by measuring transit time of acoustical waves
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.
Verfahren zur Windmessung sollten möglichst handlich und einfach im Aufbau sein.
Es ist bekannt die Windgeschwindigkeit mit Hilfe eines Schalenkreuzes bzw. eines Flügelrades
zu messen. Bei beiden Verfahren, welche sich nur in der Flügelblattform unterscheiden, wird
über die Umdrehungsfrequenz die Windgeschwindigkeit ermittelt. Durch den hohen
mechanischen Aufwand ist das Einsatzgebiet dieser Anemometer beschränkt. Außerdem
können äußere Einflüsse wie Reibung das Meßergebnis verfälschen.
Desweiteren kann die Windgeschwindigkeit mit Hilfe des Staudruckverfahrens ermittelt
werden. Hierbei wird der Druck, welcher vom Wind verursacht wird, in die
Windgeschwindigkeit umgerechnet. Um die Messung nicht zu verfälschen, ist ein
umfangreicher Schutz des Meßrohres nötig.
Eine weitere Möglichkeit, die Windgeschwindigkeit zu messen ist der Hitzdrahtanemometer.
Hier wird die Windgeschwindigkeit mit Hilfe eines zuvor elektrisch aufgeheizten Widerstandes
ermittelt. Die Windgeschwindigkeit wird aus der Abkühlung des Widerstandes errechnet. Ein
Nachteil dieser Methode ist der Umstand, daß Temperaturänderungen des Gasstromes in das
Meßergebnis eingehen. Außerdem ist die Meßmethode sehr träge.
Aufgabe der Erfindung ist, die Windgeschwindigkeit möglichst präzise durch ein einfach
aufzubauendes Gerät zu ermitteln.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch I gelöst.
Die Messung der Windgeschwindigkeit erfolgt über ein Ultraschallsignal. Die Zeitdauer
zwischen Sendung und Empfang des Signals wird mit der Zeitdauer, die sich aus der
Schallgeschwindigkeit c = 340 m/s errechnet, verglichen. Diese Zeitdifferenz (Δt) wird über die
Formel
in die reale Windgeschwindigkeit umgerechnet. Zur Ermittlung dienen
die beiden Schaltungen (Abb. 1 und 2). Zur Auswertung dient das Computerprogramm.
Der Gesamtaufbau kann sehr stark verkleinert werden, da die Meßstrecke zwischen Sender
und Empfänger beliebig verkleinert werden kann und der Digitalteil in einen GAL gebrannt
werden kann.
Das Meßergebnis steht fast in Echtzeit zur Verfügung. Windgeschwindigkeitsänderungen
werden sofort angezeigt.
Die Empfindlichkeit ist sehr hoch.
Durch vektorielle Addition der Meßwerte von zwei orthogonal zueinander aufgestellten
Meßeinheiten kann gleichzeitig zur Windgeschwindigkeit auch die Windrichtung ermittelt
werden.
Die Zeitverschiebung Δt (siehe Abb. 1) kann über die Formel
ausgerechnet werden. Wenn man diese Formel nach v auflöst, erhält man
wird wie folgt ermittelt:
Wie in Abb. 1 dargestellt, werden Ultraschallsender und -empfänger in einem beliebigen
Abstand s, der maximal die Länge der Periodendauer T betragen darf, aufgestellt. Das Sende-
und Empfangssignal werden an die Schaltung (Abb. 2) angeschlossen. Die beiden Signale
werden jeweils durch einen Operationsverstärker (OP37) verstärkt. Der Verstärkungsfaktor
wird jeweils über eine Gegenkopplung eingestellt, so daß die beiden Signale die gleiche
Intensität haben. Beide Signale werden jeweils durch einen zweiten Operationsverstärker
(OP37) in Rechteckform gebracht (Diskriminator-Schaltung). Danach werden beide
Rechteckspannungen durch ein Differenzierglied geführt, um den Moment des
Spannungsanstiegs herauszufiltern. Nun werden über ein Set-Reset-Flipflop, welches aus zwei
NAND-Gattern (SN7400 bzw. SN74LS00) aufgebaut ist, die beiden Signale so verknüpft, daß
ein Zeitimpuls mit der Impulsbreite Δt entsteht. Dieser Zeitimpuls wird durch ein NAND-Gatter
(SN7400 bzw. SN74LS00) invertiert. Dieses Signal wird über ein Tor, bestehend aus
zwei NAND-Gattern (SN7400 bzw. SN74LS00) mit einem 10 MHz Taktgeber verknüpft,
damit man über die Frequenz des Taktgebers und die Anzahl der Taktschläge die Zeit, in der
das Set-Reset-Flipflop durchschaltet, ausrechnen kann, was Δt entspricht. In einer zweiten
Schaltung (Abb. 3) werden die Takte über zwei Binärzähler (SN74393 bzw.
SN74LS393) gezählt. Diese Zähler werden über einen dritten Zähler (SN74190 bzw.
SN74LS190), einen Dekadenzähler aktiviert. Er zählt die Toröffnungen in der ersten Schaltung
nach dem Set-Reset-Flipflop. Wird er auf null gesetzt, so aktiviert er gleichzeitig die beiden
Binärzähler. Dieses Nullsetzen wird durch den Computer über eine PCMCIA-Karte ausgelöst.
Da diese Karte zu langsam ist, um die Zählerdaten direkt zu lesen, sind die Zähler während
zehn Toröffnungen aktiviert und werden dann nach zehn Toröffnungen vom Dekadenzähler
über ein NAND-Gatter (SN7400 bzw. SN74LS00) gestoppt. Der Computer überprüft ständig,
ob der Dekadenzähler zehn Toröffnungen gezählt hat. Dabei werden Bit 1 und 4 des
Dekadenzählers durch ein NAND-Gatter (SN7400 bzw. SN74LS00) miteinander verknüpft.
Falls beide Bits auf logisch "1" liegen, hat der Dekadenzähler zehn erreicht und das
Ausgangssignal des NAND-Gatters liegt auf Masse. Dieses Signal wird vom Computer über
die PCMCIA-Karte ausgelesen. Jetzt werden über die PCMCIA-Karte die Zählerdaten
ausgelesen (nur 15 Bit, da 16 Bit technisch nicht möglich sind). Die so erhaltenen Daten
werden über ein Computerprogramm (Abb. 4), welches in der Programmiersprache
LabVIEW 3.1.1 erstellt ist ausgewertet und weiterverarbeitet. Die Daten werden in die Formel
eingesetzt und somit die Windgeschwindigkeit errechnet. Danach rührt der Computer an allen
drei Zählern einen Reset aus (Da der verwendete Dekadenzähler keinen Reset-Eingang hat,
muß er über die Load-Eingänge auf 0 zurückgesetzt werden.), was gleichzeitig zur
Reaktivierung der drei Zähler rührt. Diese Prozedur wiederholt sich ständig.
Um diesen Vorgang zu verdeutlichen ist in der Abb. 5 ein Ablaufplan dargestellt.
Claims (5)
1. Windgeschwindigkeitsmessung per Ultraschall, dadurch gekennzeichnet, daß die
Windgeschwindigkeit über die Zeitverschiebung Δt von Ultraschallwellen gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windgeschwindigkeit über
die Formel
ausgerechnet wird.
ausgerechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Toröffnung mit der
Zeitdauer Δt über die Schaltung (Abb. 2) entsteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Schaltung
(Abb. 3) die Zeitdauer von Δt gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Δt über das
Computerprogramm (Abb. 4) in die reale Windgeschwindigkeit umgerechnet wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997104001 DE19704001A1 (de) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Windgeschwindigkeitsmessung per Ultraschall |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1997104001 DE19704001A1 (de) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Windgeschwindigkeitsmessung per Ultraschall |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19704001A1 true DE19704001A1 (de) | 1998-08-06 |
Family
ID=7819170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1997104001 Withdrawn DE19704001A1 (de) | 1997-02-04 | 1997-02-04 | Windgeschwindigkeitsmessung per Ultraschall |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19704001A1 (de) |
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- 1997-02-04 DE DE1997104001 patent/DE19704001A1/de not_active Withdrawn
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