为什么恒定风速下会出现可变风速读数?
通过雅各布戴维斯|更新:01/31/2018
在某些时候，你可能已经看到了数据记录器上的实时风速读数，并看到了风速来回反弹。然后，你可能想知道外面是不是真的有那么大的阵风。在很多情况下，你看到的是脉冲测量的分辨率。在本文中，我将解释脉冲测量的准确性和分辨率，以及分辨率如何影响实时读数。
脉冲测量的分辨率是多少?
注意:对于所有的坎贝尔科学数据记录器来说，脉冲测量的分辨率是相同的。
脉冲测量是一种数字测量，其分辨率由时间决定。分辨率是每间隔一个脉冲。对于实时值，分辨率是1除以扫描速率。
当实际信号频率在分辨率的步骤之间时，一个恒定的输入将导致实时读数反弹的分辨率步骤。如果这些值在较长的间隔内被平均，则新分辨率为1除以平均间隔。
下图显示了以一秒扫描速率读取0.5 Hz恒定信号时的振荡情况。这些读数的一分钟平均值，如下图中的蓝线所示，正确的结果是0.5 Hz。
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在分辨率阶跃内向上或向下移动频率会产生锯齿波。下图显示了一个0.25 Hz的信号是如何出现的，由同一个数据记录器读取。
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200.25 Hz的信号会以同样的方式振荡，除了在200和201之间。
下表显示了三种不同扫描速率下的分辨率示例，以及4.5 Hz信号的实时显示情况:
| 扫描速率 | 决议 | 最小值出现 | 最高价值了 |
100毫秒 |
10赫兹 |
0赫兹 |
10赫兹 |
1秒 |
1赫兹 |
4赫兹 |
5赫兹 |
10秒 |
0.1赫兹 |
4.5赫兹 |
4.5赫兹 |
需要注意的一件重要的事情是，快速的扫描速度显示出更大的峰值。在扫描速度快于您的频率时执行的读数会产生非常显著的分辨率错误。为了将错误减少到可接受的限度，请计算出你的平均读数。
这对你的风速读数有什么影响?
为了解释这种效果，我将使用03101-L风哨风速计作为一个例子。这个风速表的倍率为0.75米/秒/赫兹。因此，一个10hz的分辨率错误会产生7.5 m/s的错误。如果你直接使用100毫秒(10赫兹)扫描的原始读数，你的最大风速可能被高估7.5米/秒!如果你的实际风速不超过2米/秒，这是一个巨大的错误。
阵风通常被报道为最大的3秒平均风速。相同的传感器在三秒间隔内的分辨率为0.25 m/s。如果我们用AvgRun ()指令在取最大值之前得到3秒平均值，数据记录器可能会多报0.25 m/s。这比我们在没有先取平均值的情况下看到的误差要小30倍。
脉冲测量的总精度是多少?
在数据记录器上进行的脉冲测量的总测量误差是时钟误差加上分辨率误差。分辨率误差，如我们所见，是1除以扫描间隔。CR1000X的时钟误差为0.02%。这给了我们指定的精度±(0.02%的读数+ 1/扫描)。
在短时间内，分辨率误差占主导地位。长时间间隔大大减少了它。平均每天，分辨率误差将仅为1/86400 Hz。
外卖的消息
在脉冲测量中，响应性数据显示和分辨率误差之间存在权衡。在以分钟为单位的间隔中，您可能不会注意到测量误差。当需要实时数据显示时，需要仔细考虑使用什么时间间隔。如果你对脉冲测量的分辨率或精度有任何疑问，请在下面发布。
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关于作者
雅各布·戴维斯是坎贝尔科学公司的技术支持经理。万博matex网页登录他领导着一群才华横溢、经验丰富的技术支持工程师。他的专长包括串行通信和高级数据记录器编程。雅各布拥有水文学硕士学位，在加入坎贝尔科学公司之前曾参与大型灌溉项目。万博matex网页登录
评论
呕吐|02/01/2018晚上11:44
嗨,雅各,
我不知道这句话的意思是“一个200.25 Hz的信号会被抵消，但在它上面显示出相同的振荡”，你能提供更多的信息吗?
这篇文章很棒，谢谢。
JDavis|02/02/2018上午08:11
200.25Hz的信号显示的值介于200和201之间。尖刺的形状是一样的。
sd-sco|2018年10月29日12:51
对于最大100个3秒样本的阵风，这个平均误差是否与最大300个3秒的1秒样本的运行平均误差相同?
JDavis|2018年10月29日下午12:53
风速的分辨率将基于3秒的平均速度。取最大值不会影响分辨率。
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