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超聲風(fēng)速儀結(jié)構(gòu)原理及設(shè)計方案

閱讀:62發(fā)布時間:2023-4-25

超聲風(fēng)速儀原理
聲波發(fā)射器使用超聲波,以便與環(huán)境聲波相區(qū)別。在距測風(fēng)儀器一定距離的兩端各置一對超聲波發(fā)射器和接收器,超聲波從發(fā)射器到接收器逆風(fēng)傳播時間與順風(fēng)傳播時間之差與該距離上風(fēng)速分量成正比,而逆風(fēng)傳播與順風(fēng)傳播時間之和與該距離上空氣溫有關(guān)。通過電子線路測得時間差和時間之和就可求得風(fēng)速。在東西、南北、垂直方向上各放置兩對聲發(fā)射器和接收器,就可分別測量出3個方向上的風(fēng)速分量。聲波傳播速度與氣溫有關(guān),測量結(jié)果需做溫度訂正。這種儀器具有較寬的量程和靈敏度;不必考慮旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速表所固有的啟動風(fēng)速,響應(yīng)速度快,可測量微風(fēng)。廣泛用于大氣湍流的研究。
  1 基于時間差法超聲波風(fēng)速儀的設(shè)計
 
  利用超聲波測量風(fēng)速可采用時間差法、相位差法和頻率差法等幾類方法。其中,相位差法與測試環(huán)境溫度有關(guān);頻率差法穩(wěn)定性較差;時間差法與測試環(huán)境溫度、濕度均無關(guān)且相對較穩(wěn)定,同時,時間(時間差)也是人類至今為止測試精度的物理參量,因此。目前人們普遍采用時間差法來設(shè)計、研制風(fēng)速測試儀。該項目采用時間差法設(shè)計并研制超聲波風(fēng)速測速儀。
 
  2 時間差法超聲波風(fēng)速儀工作原理
 
  基于時間差方法超聲波風(fēng)速測速儀設(shè)計方案如圖1所示。信號控制系統(tǒng)發(fā)出一次觸發(fā)信號觸發(fā)x軸線上一對超聲波探頭中的一個,使其發(fā)射頻率為f的超聲波脈沖串,該脈沖串經(jīng)頂部反射面反射后(如圖2),由該方向的另一超聲波探頭接收,接收超聲波信號經(jīng)放大器放大后,由接收機記錄超聲波傳輸時間t1x;

  超聲風(fēng)速儀原理及設(shè)計方案

  圖2 超聲波束傳輸路徑

  然后,信號控制系統(tǒng)再發(fā)出一次觸發(fā)信號觸發(fā)x軸線上一對超聲波探頭中的另一個,而次作為發(fā)射源的超聲波探頭作為接收器,重復(fù)上述步驟,記錄超聲波傳輸時間t2x;依據(jù)兩次測量情況下超聲波傳輸?shù)臅r間差(t2x- t1x),計算風(fēng)的x向速率vx;

  超聲風(fēng)速儀原理及設(shè)計方案

  圖1 基于時間差法風(fēng)速測速儀設(shè)計方案

  同理,信號控制系統(tǒng)分別沿y方向順風(fēng)、逆風(fēng)各發(fā)射一次超聲波脈沖串,通過時間差(t2y- t1y)計算風(fēng)的y向速率vy;按矢量合成法則,可計算得到風(fēng)速的速率以及風(fēng)速方向;最后將計算結(jié)果傳入顯示系統(tǒng)顯示。


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