高精度超声波测风仪的设计.pdf

《高精度超声波测风仪的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2010年第29卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)87高精度超声波测风仪的设计曹长宏，蒋立辉(中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室。天津300300)摘要：设计了一种能用于低空风速风向测量的新型超声波测风仪。给出了超声波测风的基本原理，并对系统采用的互相关时延估计算法进行了分析，详细描述了超声波测风仪的系统结构和时序控制。实验证明：该系统可以精确测量风速与风向，并具有频响快、工作可靠等特点，可以用于机场区域低空风场情况的实时监测。关键词：超声波测风；互相关检测；超声波传感器中图分类号

2、：TP274．53文献标识码：A文章编号：1000-9787(2010)02-0087-031JrJes‘i~n0t●■u’lt·rasonl●Canemomet·er0t

3、．’hi·glh13rec●lsl●0nCAOChang—hong，JIANGLi—hui(TianjinKeyLaboratoryofAdvancedSignalProcessing，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin300300，China)Abstract：AnewultrasonicanemometerwhichiSusedtomeas

4、urelOW—levelwindspeedanddirectioniSdesigned．TheprincipleoftheultrasonicwindmeasurementiSdescribed．andthecross．correlationtimedelayestimationalgorithmofsystemisanalyzed．Systemconfigurationandtimingcontrollofultrasonicanemometeraredescribedindetail．Experimentstestifythesystemcanaccu

5、ratelymeasurewindspeedanddirection．ItalSOhasOthersadvantages，suchasfastfrequencyresponse，goodreliability，etc．Soitcanbeusedforreahimemonitoringofthesituationofthelow．1evelwindfieldatairport．Keywords：ultrasonicwindmeasurement；cross—correlationdetection；ultrasonictransducer0引言1时差法超声波

6、测风基本原理在民航运输中，风对飞机安全进场离场影响很大：飞机超声波传感器通过正、逆压电效应实现高频声能与电起降时必须根据近地面的风速和风向选择适宜的起飞、着能之间的相互转换，从而实现超声波的发射和接收。设风陆方向；低空风场情况复杂时(如存在低空风切变)还会速在空间直角坐标系的3个坐标轴上的投影分量分别为根据实际情况推迟或取消航班。所以，风的精确测量对飞，，，超声波在静止空气中传播的速度为C，超声波从坐标原点发射到达某一等位面(，y，z)所需的时间为t，则有行安全具有重要意义。目前，我国民航机场仍多采用传统(一口￡)+(Y一￡)。+(一)=ct．(1)机械式

7、测风仪，这种测风仪成本低，但测量精度不高，测量设在坐标原点A点(0，0，0)和轴上距原点为d的精度一般为0．3m／s。传统的机械式测风仪因自身所固有点(d，0，0)各置一个收发一体式超声波传感器，4点发射的的缺点将不再满足未来的要求。而超声波测风是超声波检声波被曰点接收，之后，点发射的声波被点接收，同时，测技术在气体介质中的一种新的应用。和传统机械式测风设从A点到点为顺风风向。则超声波从A点发射到达B仪相比，其自身无活动部件，属无惯性测量，具有反应速度点的时间为快、测量精度高、能测量风速中的高频脉动成分等优点。本__=￡1：一22．‘(2)，文设计了一种基

8、于时差法的低成本高精度超声波测风系统，采用互相关时延估计法进行高精度时延估计，以DSP+同理，从曰点发射到达A点的时间为FPGA处理器架构为核心设计整个超声波测风系统，通过立t2：—————————一．·(L3J)对低空定点风速与风向的精确测量，实现对机场低空风场由t，t表达式可以得到情况的实时监测。收稿日期：2009-08-0388传感器与微系统第29卷d1信号为带限信号，所以，本系统中采用带通FIR滤波器作为=(一(一tl一一t)=—=．‘(4)2预滤波器。由式(4)可看出：只要测出顺风、逆风传播时间t，t和2超声波测风仪系统设计传输时间差即可测出风速

9、沿轴向的分量。同理，沿2．1系统结构设计直角坐标系Y轴和z轴也同样