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热式风速传感器设计
资料介绍
风速是气象要素的重要组成部分，不仅对社会经济的发展起着重要作用，还与人们的生活息息相关。目前风速按测量形式主要分为机械式测量、超声波式测量和热式测量。机械式风速计启动风速通常在0.3～0.5m/s范围内，这给低风速测量带来困难。超声波式风速传感器可实现0.01m/s量级的分辨率，但其体积较大、价格较昂贵。传统热式风速传感器在中低风速范围内灵敏度较高，但易受环境温度的影响，其温度漂移是最主要的误差来源之一。为修正传感器的温漂误差，通常采用桥式电路补偿和利用单片机进行线性公式补偿等方法，但对于温漂特性呈非线性的传感器，则采用上述方法难以获得较好的补偿效果。0.3m/s以下微小风速的精确测量和温漂修正，是风速测量领域的一个难题。
本文提出了一种热式风速传感器设计。传感器系统由恒功率加热的传感器探头、信号采集电路、恒功率控制电路、温漂修正算法及上位机等部分构成。该系统选用STM32作为微处理器芯片，PT100作为测温元件，采用24位高精度AD7794进行模数转换，运用PID算法和脉宽调制对传感器进行恒功率加热控制，利用遗传算法作为传感器的温漂修正算法。系统采集的数据可通过串口发送给C＃语言编写的上位机显示并存储数据。
利用计算流体动力学方法对传感器探头进行了仿真分析，为硬件设计提供理论基础。实验结果表明，该传感器的温度漂移得到了很好的抑制。在-20～40℃的环境温度和0.03～0.3m/s的风速量程范围内，该风速传感器的满量程精度可达5.19％，在低风速测量领域具有一定的应用潜力。
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