一种低风速测量仪的研究与实现

　　目前风速计的研究热点主要集中于二维风速风向传感器，一般采用热温差型或热温差、热损失型相结合的工作方式，能够同时测量风速和风向。传统的风速计控制和测量一般采用片内或片外电路方式实现，电路结构复杂，而且系统采用的较多周边元器件，占用面积大[1]。在低风速环境中进行测量时，则容易因测试装置的阻挡而产生干扰，进而增大了测量值的误差。针对这种情况，本文提出了一种能够降低对环境现场干扰，提高测量精度的低风速测量仪。

　　1 低风速测量技术

　　1. 1 传统测量技术

　　传统的低风速校准装置可分风洞、旋臂机、直线拖动法及排气法四类。以直线拖动法为例，即在一个与外界隔离的房间或箱体中，用马达拖动测风感应器或铺设轨道座，使感应器在轨道上作匀速直线移动。假设空气是静止的，感应器移动速度即为风速。可见其测量过程需要依赖一定的机械装置。

　　1. 2 软测量技术

　　软测量技术主要应用在不能直接测量或不宜准确测量参数的领域，通过某种算法对测量对象进行的数学建模从而进行相关研究[2]。本文中的低风速测量仪也采用相关软测量技术，实现降低测量装置对现场的干扰，从而提高测量精度。

　　2 低风速测量仪的实现

　　测量仪实现过程主要分为两部分，即首先对测量对象在 0. 1 ～0. 9 m/s 风速环境下进行建模，经过分析优化后再将算法移植到 GM8120 SoC 芯片上。

　　2. 1 测量对象建模

　　对测量对象进行准确建模是实现低风速测量的前提环节，是影响测量精度的关键。本模型主要是由一块 5 cm ×5 cm 大小的白色硬塑料板上固定一根长 4 cm 的特殊黑色纤维线所组成。纤维线及硬塑料板之间不会因摩擦而产生静电造成相对吸引。

　　该测量对象被沿送风方向竖直放置于在变风速 ( 0. 1 ～ 0. 9 m/s) 环境下，并通过摄像头对纤维线各种形态在 640 ×480 分辨率下以每秒 30 帧的速率进行取样，如图 1 所示。所得大量数据随后使用 Mat-lab 软件进行拟合分析后，便能得到一个风速与纤维线形态相关的经验函数，从而实现将低风速的测量转换为对纤维线形态的采样分析。并且在测量过程中，纤维线无需进行加热等辅助处理，能避免因相关器件老化而造成的误差，进一步保障测量精度。

　　2. 2 测量仪的硬件设计

　　由于测量过程中需要对纤维线形态进行采样，则所选用的硬件架构必须有较高的运算能力才能实现相关视频处理功能，否则无法实现相关算法的移植。GM8120 Soc 芯片是台湾升迈推出的一款针对在 In-ternet 上传送音 / 视频数据的 SoC 芯片、内核为 ARM9 + DSP、MPEG4 实时编码 / 解码可以达到 30fps，是目前业界少见高集成度的硬件 MPEG4 编/解码芯片。本设计采用 GM8120 Soc 芯片为系统核心，通过直接连接摄像头即可实现对测量对象进行视频采样，并能立刻通过建模所得经验函数进行分析计算得出对应的风速值。同时由于系统芯片支持网络接口，所以能够便利地实现远程采集。系统结构如图 2 所示。