基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量

针对现有超声波测风系统在实际应用中环境噪声抑制效果差、风速和风向测量精度不高的问题,提出了一种基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。所提方法采用一种由一个超声波发射阵元和五个超声波接收阵元组成的阵列式超声波测风系统结构,并在此系统结构上,采用基于高阶累积量的多重信号分类(MUSIC)算法,抑制高斯白噪声及高斯色噪声的干扰,实现高斯混合噪声下风速风向的有效测量。所提方法与应用相关算法的测风方法相比,具有更高的噪声抑制能力及更高的风速风向测量精度。最后通过仿真实验与实测数据验证实验对所提方法的有效性进行了验证与分析,实验结果表明风速和风向角的测量误差分别为2.3%和-2°,基本达到了超声波测风方法的技术要求。     

基于双阵元超声波接收阵列的风矢量测量

针对当前超声波测风仪测量精度不高及抑制噪声干扰能力不强的问题,提出了一种双阵元超声波接收阵列结构及基于该结构的风矢量测量方法.首先,设计了一种基于超声波测风原理的风速风向测量系统结构,该结构中包含一个超声波发射阵元和两个超声波接收阵元;然后,依据该系统结构给出了一种基于相关方法的超声波时延估计算法,根据超声波传输时间与...     

基于TDC-GP21高精度三维测风系统设计

针对快速准确测量风速和风向的问题,采用TDC-GP21高精度时间测量芯片和MSP430F413单片机控制芯片,设计了三维超声波测风系统。利用三对超声波换能器构成三维阵列,采用时差法测量风速和风向。该文介绍了三维超声波测风系统总体结构,超声波驱动电路和超声波接收电路以及风速和风向测量的软件流程。     

超声风速仪的电路研究与开发

风对飞机的起落和船的航行航线影响很大。超声波测风技术是基于向量分析法。文章对超声波风速测量的基本原理和实现方法进行了详细阐述,通过吸收国内外先进超声测量技术,设计了一种基于传统时差法的超声波测风速风向的电路。采用高性能、具有较小温度-声速系数和声阻抗的超声波换能器,正三角形安装方式。设计合理实用,具有高的精度与稳定性。传感器结构比传统的十字型有突出的优点。     

风速风向测量误差补偿算法的研究

为了提高风帆助力船舶中风速风向的测量精度,提出一种基于空间模型的风速风向测量误差补偿算法.首先建立了船舶运动状态下风速风向矢量的空间模型.在应用超声波风速风向测量技术的基础上,通过空间测量的方法确定测量误差与空间倾角的对应关系,并对测量误差进行单向拟合补偿计算和空间拟合补偿计算.最后,经过大量的实验和测量数据的对比,验证了基于空间模型误差补偿算法的有效性和可行性.从而解决了一类风帆助力船舶辅助推进控制系统的风速风向空间测量的误差补偿问题,使得风速风向测量精度满足风帆辅助推进控制系统的要求.     

基于拉压力检测的新型风速风向仪

提出了一种新型风速风向仪,它采用外形为圆柱形的特殊结构的测风感应部件,将风矢量转换为力矢量,通过力矢量的测量得到风速风向参数.这种风速风向仪内部放置3个成Y型120°对称分布的拉压力传感器,测出传感器因受力而感应的3路电信号,送至DSP处理电路,由所测力矢量的大小与方向,解算实际对应风速风向.实验结果表明:系统精度较高,比有旋转部件的机械式测风仪可靠性好,比超声测风仪成本低,在风电领域有广泛的应用前景.     

不同结构对超声波测风仪准确度的影响

超声波测风仪是一款利用超声波时差法来实现风要素测量的传感器。由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷,无旋转部件,免维护,能全天候地、长久地正常工作,所以越来越广泛地得到使用。在市场上国内外已研制出多种超声波风速仪,设计原理基本相同,不同之处在于结构的差异。从结构上来讲大体分为2种类型,一种是声波探头立于主体机身外,称之为外部悬挂式;另一种是声波探头位于主体机身内,称之为内部反射式:这2种传感器各具特点并都能利用超声波准确地测量风速风向。但是在观测风速的时候一般是水平方向的风的流动速度,而在山区或者机场和高铁站等特殊环境下风会产生一定角度,形成切变,在这种环境下2种超声波测风仪会出现偏差,经过多次测量得出结论,内部反射式超声波测风仪会将风速聚拢,使得数值增大,导致测量结果偏差。     

基于超声波的风速风向测量仪设计

针对机械式风速风向计测量精度低、使用寿命短以及维护成本高等问题,设计了一种基于超声波测速原理的风速风向测量仪。超声测风是超声波检测技术在气体介质中的一种应用,利用超声波在空气中传播速度受空气流动的影响来测量风速。相比于传统机械式风速风向计,超声波风速风向计具有测量精准、使用寿命长以及维护成本低等优点。针对使用条件为室外或海洋等极端情况,设计了无线数据传输、本地数据保存以及太阳能充电等功能,极大地减少了测量人员的工作量,节省了测量时间。     

移动式超声波风速风向测量系统

为了解决传统式测风仪器无法应用于航海和应急式车载自动气象站等测风领域的问题,设计了一种移动式超声波风速风向测量系统,其需要解决的问题有:随着载体的移动,基座的方位和速度发生变化,因此,需要在对系统方位和载体速度进行测定的同时,对测量到的风速风向参数进行系统修正.系统包括:利用3对超声波换能器完成三维风速风向测量,通过电子罗盘和系统自带的速度测量单元分别实现方位和速度测量,通过微处理器实现风速风向的校正及测量数据的传输.     

高空气象探测测风计算方法

针对高空气象探测雷达测风传统计算方法存在数据使用率低、算法误差大、测量精度不高、风速为零时风向不定和风向过"北"难以处理的缺点,提出了将风矢量在规定时段内进行矢量平均求取风向、风速值的新算法;针对高空气象探测传统雷达采样低,在求取规定高度层的风向风速值时需要用到内插的实际情况,提出了用曲线拟合内插替代原有的线性内插法的新观点.计算表明,通过算法的改进提高了数据利用率,解决了风速为零风向不定、风向过"北"的技术难点,内插误差也得以减小,数据精度优于传统方法计算的精度,能更好地反映高空气象的真实情况,对于气象台站实施高空气象探测业务有较强的指导性,具有很高的实用价值.     

Wind speed and direction measurement based on arc ultrasonic sensor array signal processing algorithm

This article investigates a kind of method to measure the wind speed and the wind direction, which is based on arc ultrasonic sensor array and combined with array signal processing algorithm. In the proposed method, a new arc ultrasonic array structure is introduced and the array manifold is derived firstly. On this basis, the measurement of the wind speed and the wind direction is analyzed and discussed by means of the basic idea of the classic MUSIC (Multiple Signal Classification) algorithm, which achieves the measurements of the 360° wind direction with resolution of 1° and 0–60 m/s wind speed with resolution of 0.1 m/s. The implementation of the proposed method is elaborated through the theoretical derivation and corresponding discussion. Besides, the simulation experiments are presented to show the feasibility of the proposed method. The theoretical analysis and simulation results indicate that the proposed method has superiority on anti-noise performance and improves the wind measurement accuracy.     

超声波换能器测风阵列的优化设计

为了减弱风场在超声波换能器测风阵列中产生湍流,降低湍流对信号采集精度的影响,分析了换能器阵列影响流场的因素,采用6个收发一体的超声波换能器,设置独立的3条测风路径,根据不同来流方向,建立了风速计算模型,结合换能器晶片的工作特性,改进测风阵列的设计,降低了阴影效应的影响。利用FLUENT软件,通过设置不同的雷诺数、来流风速和风向参数,仿真了流场在阵列中分布特性,得到阵列速度云图和测风路径速度变化图,验证了改进后的测风阵列性能有效提升,说明了所设计阵列能满足测风精度提高的要求。     

基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统

针对风速风向对悬索桥的安全性影响,为了实现对悬索桥风速风向的精确监测,设计了基于时差法的高精度超声波风速风向测量系统.系统采用STM32为控制单元,超声波换能器为敏感单元,实现发送和接收超声波信号,MS1022高精度时间测量模块为测试单元,实现超声波飞行时间的计量,LoRa无线模块为数据传输单元,实现风速风向数据上传至...     

A novel ultrasonic array signal processing scheme for wind measurement

This article presents a novel ultrasonic array signal processing scheme for wind speed and wind direction measurement. Two ultrasonic array structures are illustrated and the corresponding array signal processing method is proposed. The statistical performance of proposed scheme, such as estimation variance and Cramer Rao Bound (CRB), is derived. The ambiguity problem for traditional uniform line array (ULA) structure is theoretically discussed. The hardware experiment results verify the feasibility of the proposed wind measurement method.     

Displacement measurement using digital speckle multi-frequency harmonic wave correlation method

In the displacement measurement using digital speckle correlation method, significant measuring error due to the multi-peak nature of the correlation coefficient function is a critical issue as sometimes the secondary peak can be wrongly determined as the maximum instead of the highest peak. In the multi-frequency harmonic wave correlation method (MHCM) as proposed in this work, for speckle patterns before and after the displacement, correlation calculations were performed on corresponding sets of data matrices assembled by amplitudes/intensities obtained from harmonic waves with different frequencies. The calculated maximum correlation coefficients were compared with each other to locate the maximum in order to measure the displacement. Both ultrasonic speckle MHCM and laser speckle MHCM were applied to the displacement measurement respectively. Measured results indicated that MHCM effectively helps to ensure the correct determination of the maximum correlation coefficient, to avoid random errors caused by other factors and improves the measurement accuracy in the meanwhile.     

基于HC-SR04模块的时差法声速测量

提出了一种基于超声波测距模块HC-SR04的时差法测量声速的软硬件实现方法,并介绍了相应的硬件模块信号处理流程和测量程序运行流程。本方法可通过精确测量已知距离的声传播时间计算声速。利用所设计的实验装置,实际测量了空气中不同温度下多组声传播速度,测量结果与理论值的最大相对误差仅为0.6%,从而证明了本方法的可行性和合理性。与传统的共振干涉法、相位比较法等声速测量方法相比,本文方法具有实时性高、成本低、结构简单和精度高等优点。     

基于E-SPCM的直线电机动子位置高精度测量方法研究

针对直线电机动子位置测量,引入一种基于扩展采样相位相关法(E-SPCM)的亚像素位移图像检测方法,以提高测量精度和抗干扰性。首先建立了直线电机位置检测系统,通过高速相机实时采集条纹图像序列;其次对条纹图像进行边缘特征提取,利用相位相关得到相邻条纹图像的互功率谱,即动子位置的整像素位移;进而对整像素邻域的互功率谱进行上采样相位相关计算,实现高精度的亚像素位移测量,进一步由系统标定得到实际位移值。对比传统相位相关算法,所采用的方法能够提高测量精度且有很好的噪声抑制性能,最后搭建了实验检测平台,验证了算法的有效性。