文档介绍：高精度超声波测风仪的设计
摘要:设计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的原理,并对系统采用的互相关时延估计算法进行分析,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
Design of ultrasonic anemometer of high precision
Abstract:a new ultrasonic anemometer which is used to measure low-level wind speed and direction is designed .the principle of the ultrasonic wind measurement is described ,and the cross-correlation time delay estimation algorithm of system is analyzed .system cofiguration and timing controll of ultrasonic anemometer are descibed in detail .experiments testify the system can accurately measure wind speed and direction .it also has others advatages ,such as fast frequency response ,good reliability ,etc .so it can be used for realtime monitoring of the situation the low-level wind field at airport.
Key words : ultrasonic wind measurement; cross-correlation detection; ultrasonic transducer
0前言
在民航运输中,风对飞机安全进场离场影响很大:风机起降时必须根据近地面的风速和风向选择适宜的起飞、着陆方向;低空风场情况复杂时(如存在低空风切换[1])还会根据实际情况推迟或取消航班。所以,风的精确测量对飞行安全具有重要的意义。目前,我国民航机场仍多采用机械式测风仪,这种测风仪的成本低,但测量精度不高,。传统的机械式因自身所固有的缺点将不再满足未来的需求。而超声波测风仪是超声波检测在气体介质中的一种新的应用。超声波测风与传统的转环式、旋桨式测风相比具有独特的优点:它没有旋转部件,不存在机械磨损和因结冰而冻住部件的问题;频响快,在被测风速范围内输出是线性的;能够测定任意指定方向的风速分量;能够从理论上进行标定。这一技术在大气科学和工业部门日趋广泛应用。本文设计了一种基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+FPGA处理器架构为核心设计整个超声波测风系统,通过对低空定点风速与风向的精确测量,实现对机场低空风场情况的实时监测。
1 时间差法超声波测