基于时差法的超声波测风仪设计

发布时间：2024-04-24 02:24

　　风速风向的精确测量,可广泛应用于气象预报、航海、环境监测、农林业生产、风力发电、以及科学研究等领域。传统的测风仪是接触式的测量仪表,有机械磨损,误差大。应运而生的超声波测风仪克服了传统测风仪的一些不足,但通过研究发现,国内的超声波测风仪存在一些问题。由于大部分超声波测风仪设计了四路驱动发射电路、复杂的高速模数转换以及测温电路导致电路设计变得复杂,系统的时间测量精度低导致了风速风向的测量精度低,温度测量不准确从而不能及时有效进行加热导致霜雪等恶劣天气测量误差大。为了解决以上的问题,本文在时差法的基础上研究了新的超声波测风仪设计方案,主要包括驱动发射电路、TDC-GP22测量模块、接收信号调理电路、通道选择电路、加热电路等。采用时间测量分辨率可以达到22ps的TDC-GP22芯片设计了高精度时间测量电路保证测风仪的测量精度。设计了一路驱动发射电路实现对四个探头的驱动,同时使用TDC-GP22代替常规的温度测量电路进行高精度的温度测量,既简化了电路设计又保证了温度测量的准确性。采用小波变换的固定阈值算法对测量的数据进行降噪处理,有效的滤除噪声干扰,保证测量的准确性和稳定性。通过研究不同发射脉...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1超声波测风系统原理图

图２．２空气中超声波传播距离和频率的关系??

比较容易实现，所以它在实际的超声检测系统中使用最为广泛。??超声波在从声源向各个方向传播的过程可用波阵面进行描述，根据波阵面的形状的??不同分为平面波、球面波和柱面波［３°］，如图２．１所示。在实际的情况下，声源大都是??尺寸有限的平面，产生的波形不是纯粹的的平面波或者球面波，是....

图２．３两种类型超声波测风仪??根据计算风速风向方法的不同，超声波测风的原理大致可以分为多普勒法、互相关??

测量己经可以满足各种应用场合的需求了，本文设计的测风仪也选择二维。根据探头的??位置的不同将二维测风仪分为两种类型，一种是换能器探头在仪器顶部，没有反射面，??这种叫做外部悬挂式，如图２．３?（ａ）所示；另一种是换能器探头在仪器内部，有反射面，??这种叫做内部反射式，如图２．３?....

图２．５时差法测风原理图??

：＼?Ｖｋ／??图２．５时差法测风原理图??如图２．５所示，某一时刻，在换能器探头Ｓ，Ｎ方向的风速值为ｖ？，超声波在两个??探头间的传播时间分别为＾和＾?，声波在空气中的传播速度为ｃ。则可以得到：??ｄ?ｄ??ｔｓＮ＝、，ｔＮＳ＝＾７Ｎ?（２＇１３）??ｄ（?＼?１?、??ｖｗ＝....

本文编号：3963092