基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计

2015-06-15 08:58:09   来源:21ic   

关键字: 风速风向  检测仪  傅里叶变换

随着超声波技术的发展,超声波在风速测量、流体的流速和流量的测量中起到了重要作用。目前,采用超声波进行风速测量的方法主要有超声波时差法、多普勒法、相关法、卡门涡街原理、相位差法和超声波频率差法。

超声波时差法是目前应用的最早并且最为广泛的一种测风方法,因其具有原理简单,安装方便等优点,适用于大量程大风速的场合。时差法测量的关键技术在于准确测量小风速时的时间差值。在风速小于0.2 m/s时,需要测量的时间精度需要达到二十纳秒,甚至更小,精确测量低风速时的时差较为困难,并且受环境温度影响较大。文中通过互相关法对检测的数据进行处理,有效的提高了测量精度。

1 超声波风速风向检测仪的结构和测量原理

超声波测风采用时差法,其原理是利用超声波信号顺风和逆风传播的时间差来测量风速和风向。超声波时差法测风模型如图1所示。A、B分别为收发一体式超声波换能器,超声波换能器A和B的连线与风向成45度角,设置A与B的垂直距离为L,则A与B的超声波传输距离为基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计

基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计

当风速为VAB,风向由A流向B时,有

基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计

式中tAB、tBA分别为超声波从A点到B点的传输时间和从B点到A点的传输时间,θ角为45度,由(1)、(2)得,

基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计

由(4)可以看出,只要测得超声波从A到B和从B到A的传输时间,就可以计算出风速。当L的取值为0.1 m时,风速达到0.2 m/s,标况下c=340 m/s,计算tAB、tBA分别为415.768 24μs、416.114 25μs,tBA-tAB=346 ns,处理器芯片的主频达到100MHz,最小检测分辨率也只有10 ns,误差比较大;超声波在空气中传播速度受温度影响,需要对温度造成的误差进行修正;同时超声波换能器在接收超声波时是逐步起振和余振逐步消失的过程,因此由硬件带来的误差对时间差的测量具有较大的影响,采用直接测量时间差的方法会造成测量结果严重失真。

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编辑:什么鱼
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