风速传感器原理

因一波束是顺风的，另一波束是逆风的，R1、R2 接受超声波前沿的时间将分别为：
L T1 t1 t0 c v cos
； T t t 2 2 0
L c v cos
则“与门”Ⅰ输出脉冲的宽度为：
2 Lv cos T T2 T1 2 2 2 c v cos
干簧管是一种磁敏特殊开 关，也称干簧继电器。它 通常由两个或三个软磁性 材料做成的簧片触点，被 封装在充有惰性气体（如 氮、氦等）或真空的玻璃 管里，玻璃管内平行封装 的簧片端部重叠，并留有 一定间隙或相互接触以构 成开关的常开或常闭触点 。
2. 干簧管式叶轮风速传感器
干簧管工作原理：当永久磁铁靠近干簧管或者有绕在干簧管的 线圈通电形成的磁场使簧片磁化，簧片的接点部分就感应出极 性相反的磁极。异性相吸，当吸引力大于弹簧的弹力时，接点 就会吸合；当磁力较小到一定程度时，接点被弹簧的弹力打开
v
,
,
=L/(c－v
,
若风向如图中虚线所示，风速为V’,则超声波从
甲地传到乙地所用的时间为：
L t c v' cos
'
取L=L1=L2，超声波发射器S1、S2与超声波接收 器R1、R2沿巷道轴心线对称布臵。在t0时刻，采用控 制器发生脉宽0.1S的控制信号。这时，S1、S2将同时 发射断续超声波束。由于超声波的方向性好，所以 两波束互不干扰。
5.4 风速传感器原理
5.4.1 超声波漩涡式风速传感器
等幅波 振荡器 发射换能器
风流
发生杆 接收换能器
调幅波
调幅 接收器 脉ຫໍສະໝຸດ Baidu 整形器 输出 电路
振荡器
等幅波
发射换能器
风流 发生杆
接收换能器
调幅波 调幅 接收器 脉冲 整形器 输出 电路
在垂直风流流向的中央部位插入一根无限长的非流线形阻 挡体，称为发生杆，当风流撞到发生杆后，将造成风流下游产 生两列内旋，互相交替的漩涡，若对风流速度，阻挡体（发生 杆）截面积和形状作适当的限制，则漩涡频率与流速成正比：
,
在无风流状态下（v=0），超声波以速度C从甲地 传到乙地，传播时间为： t = L/C
5.4.2 超声波时差法风速传感器
v
,
,
=L/(c－v
若风向如图实线所示，风速为v，则超声波从甲 地传到乙地所用的时间为：
,
L t c v cos
式中:
v cos ―风速在超声波传播方向上的分量。
5.4.2 超声波时差法风速传感器
1.光电式叶轮风速传感器
叶轮 D2 D1 R1 R2
D3
D1 D1
+V
R3
T1
计数
显示 f—v 转换
D2
外壳
随着叶轮的不断旋转，光束被不断遮挡，T1就不断地导通和截 止，也就不停的输出了与风速成正比的频率信号，将频率信号进 行计数、显示、F/V变换、远传至监控系统。实现了风速测量。
2. 干簧管式叶轮风速传感器
振荡器
等幅波
发射换能器
风流 发生杆
接收换能器
调幅波
式中： f――漩涡频率 S――常数 V――未扰动流体速度 d――阻挡体宽度（或直径）
v f＝ S d
（5-11）
调幅 接收器
脉冲 整形器
输出 电路
振荡器
等幅波
发射换能器
风流 发生杆
接收换能器
调幅波 调幅 接收器 脉冲 整形器 输出 电路
由于超声波在传播途中遇到气流漩涡时，会因漩涡内压力 梯度涡街旋转运动等因素影响，使通过漩涡的大部分超声波能
因为超声波速度 C远大于风速v，即C >>v 则有：
Tc v 2 L cos
2
2
利用计数显示电路测出值，就实现了风速的测 量。如果巷道断面为A ，则巷道风量为：
AK TC 2 vAK 2 L cos
TC 2 v 2 L cos
5.4.3 光电与干簧管型叶轮式风速传感器
2. 干簧管式叶轮风速传感器
① 磁铁 ②干簧管 ③支架
④叶轮
量被折射或反射，结果导致接收端接受到的能量减少，而且超
声波亦不再是等幅波（已被变为调幅波）。
振荡器
等幅波
发射换能器
风流 发生杆
接收换能器
调幅波 调幅 接收器 脉冲 整形器 输出 电路
测试实验数据证明:在超声波传播的波束中，每出现一个气 流漩涡，超声波就被调制一次。单位时间内，漩涡产生的个数 与风速成正比。据此实现了风速的测量。 接收换能器收到的被漩涡调制后的信号，还要经过调幅接 收器，脉冲整形器处理，然后再由输出电路输出风速参数“V” 。
特点： •由于干簧管的触点被密封在玻璃管内所以不受外界环境的影 响，工作非常稳定。 •用惰性贵金属铑（Rh）做成的触点熔点高，能减少电弧放电 对触点表面的损耗。铑触点硬度高，耐磨损，能维持更长的 工作寿命。 •簧片部分小型轻量，对于电气信号应答速度快。 •利用永久磁铁能容易地控制簧片开关，是一种高性能低价格 的理想电子零部件。
超声波风速传感器具有如下优点：
1）因无运动部件，故无机械磨损，使用寿命长。
2）测量显示值是与风速成正比的频率信号，无零
点漂移，且敏感元件灵敏度变化不会影响输出，
测量精度高。
3）测量结果不受流体特性（温度、湿度、压力、
密度、矿尘等）影响。
4）响应迅速。
5.4.2 超声波时差法风速传感器
v
,
,
=L/(c－v