基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计.pdf

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1、第23卷第2期电子设计工程2015年r月Vo1．23No．2ElectronicDesignEngineeringJan．2015基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计刘润博，李玉军，何晓亮．王建宇(煤科集团沈阳研究院有限公司大连分院，辽宁大连116013)摘要：超声波测风技术具有非接触、精度高、测量范围广以及安装方便等优点，适用于煤矿井下风道检测、工业危险气体检测等。基于超声波时差原理，设计了一种基于DSP的芯片的超声波式风速风向检测仪。对顺流、逆流超声波信号采用相关函数法及频域变换处理方法。消除环境白噪声的影响，提高了时间差的测量精度

2、和处理器运算速度。对环境温度造成的误差进行修正，实现风速测量范围O一25m，误差小于O．2m／s，并实现巷道中正反两向风向测量。通过大量实验和测试．该风速风向检测仪具有较高的精度和稳定度。关键词：风速风向；DSP；相关函数；傅里叶变换中图分类号：TN99文献标识码：A文章编号：1674—6236(2015)02—0022—03UltrasonicwindspeedanddirectiondetectordesignationbasedonDSPLIURun—bo，LIYu~un，HEXiao-liang，WANGJian·yu(Dalian

3、BranchofCoalTechnologyGroupShenyangResearchInstituteCo．，LTD，Dalian1116013，China)Abstract：Ultrasonicwindmeasurementtechnologyhasanadvantagesofnon-contact，highaccuracy，widemeasurementrangeandeaseofinstallation，Suitableforcoalmineandducttesting，industrialhazardousgasdetection

4、．Basedonultrasonictransit-timeprinciple，WedesignedaultrasonicwindspeedanddirdctiondetectorbasedonDSP．UsingcorrelationfunctionmethodandfrequencydomaintransformprocessingmethodsInthecaseofDownstream，upstreamultrasonicsignal，eliminatetheeffectofsuchnoise，improvethemeasurement

5、accuracyandthetimediferenceprocessorspeed．Thecriercausedbytheambienttemperaturebeeliminated，achieveaspeedmeasuringrange0-25m，theerorislessthanO．15m／s。andrealizesthewizardtomeasurebothpositiveandnegativedirection．Throughalotofexperimentsandtesting，thewindspeedanddirectionde

6、tectorhashighaccuracyandstability．Keywords：windspeedanddirection；DSP；correlationfunction；fouriertransform随着超声波技术的发展。超声波在风速测量、流体的流垂直距离为L，则A与B的超声波传输距离为、／￡。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[】-2]、相位差法和超声波频率差法[31。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

7、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0．2m／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。图1超声波测风模型1超声波风速风向检测仪的结构和测量原理Fig．1Ultrasonicwindmeasurementmodel超声波测风采用时差法．其原理是利用超声波信号顺风当风速为，风向由A流向B时，有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‰=％／2L模

8、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。V2L—C—-V—AB—*C—O—SO(2)收稿日期：2014—04—2