基于超声波时差法的管道流量测定仪设计

煤矿现有抽采管道使用传统瓦斯流量计存在易产生堵塞故障等问题,基于超声波时差法的流量计测量精度高、测量结果重复性好,但不适用于瓦斯抽采管道流量测量,并且需要单独设计超声波驱动电路和信号处理电路,实现难度较大。针对煤矿瓦斯抽采管道的特点,设计了一种基于超声波时差法的管道流量测定仪。在固定的传播距离下,超声波换能器发出的超声波在流体中的传播时间与气体的流速呈函数关系,而流速与管道截面积的乘积即为流量,从而间接得到管道气体流量。该管道流量测定仪以低功耗微处理器STM32F103为核心控制元件,在时间数字转换芯片MAX35104内部通过自动差分飞行时间测量法计算超声波顺逆流传播时间,根据传播时间计算气体流速、瞬时流量和累计流量。测试结果表明,基于超声波时差法的管道流量测定仪的最大绝对误差为0.15 m/s,最大重复性误差为0.17%,符合JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》中2级精度要求,同时也满足MT 448—2008《矿用风速传感器》中对超声波式风速传感器基本误差的要求。     

风速风向的移动测量系统设计

针对传统测风仪器无法直接用于移动条件下(如车载或船载时)的风速风向测量的问题,设计了一种可以在移动平台上应用的超声波风速风向测量系统。该系统使用超声波时差法测量平面内二维风向风速,同时使用霍尔传感器和电子罗盘测量基座的移动速度和方向,通过微处理器对测得的风速风向进行修正,得到实际风速和风向。系统采用ARM作为核心控制器,提高了时差的测量精度,并降低了功耗。     

超声波风速风向仪的研制

超声波风速风向的设计仪国内少有报道.本系统采用时差法原理实现对风速风向的测量,利用单片机PIC18F4580为控制核心,构成高速计时模块,利用多重阈值比较电路,结合软件设计实现发射时间范围控制和可靠性检验.实验结果表明系统在风速30m/s以下与参照曲线拟合程度较高,实现了用时差法超声波测量风速风向的目的,具有一定实用价值.     

热式风速计恒温差控制的软件实现及其性能测试

介绍了一种利用软件实现热式风速风向传感器恒温差模式（CTD）控制的方案。传感器系统采用单片机作为主控单元,对芯片温度和环境温度进行采样,并以此为依据调节输出功率,从而实现恒温差状态的控制。实验表明,采用这种软件控制方案,在无风状态下,在-20℃到40℃的环境温度变化范围内,热式风速风向传感器能够基本维持输出信号恒定不变。除此之外,该风速风向传感器系统还可以实现对0~20 m/s风速范围内的风速测量,最大测量误差不超过8%,并且具有低于15 s的响应速度。     

风洞超声波风速风向三维测量装置设计与实现

超声波在顺逆风中传播速度不同,在距离一定的条件下,风在顺逆向传播存在时差,将超声波传感器按一定阵列布置,基于空间向量分析算法可以设计一种超声波三维风速风向测量装置。详细介绍了风速风向三维测量装置正三棱锥体传感器布置方案,阐述了硬件电路的总体框架图和各外围接口电路的设计,说明了超声波风速风向测量装置算法软件编程实现和计算控制流程。通过对装置主要功能模块的测试和实际风洞试验证明,超声波三维风速风向测量装置能够实时测量风速的大小和方向,满足风洞试验测试要求。     

一种可用于风速测量的CMOS光点位置检测传感器的设计

介绍了一种可用于风速风向测量的光点位置检测传感器的结构、特点、工作原理,给出了传感器的理论模型,分析了传感器测量分辨率和灵敏度.该传感器在用于大风速测量有较高的测试灵敏度.在0～20 m/s测试量程内,测得风向的灵敏度为7 mV/度,风速的灵敏度为2.5 mv//μm..该传感器结构简单,工艺制作方便,能与CMOS工艺兼容,无温度漂移.     

煤与瓦斯突出报警方法

分析得出近10年煤矿重特大瓦斯事故起数和死亡人数分别占煤矿重特大事故起数和死亡人数的62.3%和66.5%。提出了用于煤与瓦斯突出报警的甲烷、风速、风向等传感器布置方法。提出了基于煤矿安全监控系统的煤与瓦斯突出报警方法,即监测和分析甲烷浓度、风向、风速、传感器故障等,在出现以下情况时发出声光报警信号,切断煤矿井下全部非本质安全电气设备电源,撤出煤矿井下作业人员:甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度,且风速不低于正常值;甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度,进风巷风流逆转;进风巷甲烷浓度迅速增高或超过报警浓度等。     

矿用对射式风速风向传感器设计

针对目前风速传感器启动风速高、设计方案复杂、无法准确测量巷道整个断面平均风速的问题,基于超声波对射式测风原理,设计了以STM32为核心的矿用对射式风速风向传感器,介绍了传感器总体结构、收发电路设计、滤波算法及软件流程。该传感器改变了以点带面的测风方式,通过大距离（5～12 m）超声测风技术测量巷道中线风速,以该风速代表整个巷道的平均风速,提高了巷道风速测量的准确性和实时性。依据设计方案研发了测试样机,在环形风洞中的测试结果表明,该传感器测量值与风速标准值在0.1～15 m/s内具有较好的一致性,测量误差小于0.1 m/s,能够满足智能化矿井对巷道风速测量精度的要求。     

矿用风速传感器研究

研究了一种基于热膜式工作原理的煤矿专用风速传感器,传感器除具有风速测量功能外,还具有风流的温度测量功能和风流正反方向识别功能,芯片结构采用了冗余设计的思想,增加了风速敏感膜冷贮备系统,提高了产品可靠性[1],风速传感器采用恒温式工作原理,测量范围为0.1~15m/s,具有结构可靠、动态特性好、测量精度高的特点。     

基于ARM+CPLD的高精度超声波风速仪的设计

分析了运用超声波时差法测量风速风向的基本原理,介绍了风速风向的相关算法,重点给出了基于ARM+CPLD的超声波风速风向仪原型设计。同时提出了一种处理0°(360°)附近平均风向问题的算法,结合实际运用(风力发电)给出了一种运用气压传感器进行绝对风速测量的理论模型。所设计的超声波风速风向仪对环境监测和风力发电等具有重要的参考应用价值。     

基于STM32F的超声波风速风向仪设计

为提高风电机组的发电效率及降低作业事故,针对风电机组的风速参数控制要求给出了基于STM32F系列处理器实现的超声波风速风向仪测量系统.该仪器运用超声波时差算法测量风速风向,简化了信号处理部分的硬件设计,经有效的软件滤波平滑算法并通过风洞标定后,获得较高精度和稳定性.设计的超声波风速风向仪在气象监测和风力发电机组的运行控制等应用方面具有实际使用价值.     

高精度超声波测风仪的设计

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。     

超声波测风系统中自适应时延估计算法的研究

在时差法超声波测风系统中,风速的测量精度受到时间延迟估计精度、两超声波传感器的距离精度等的影响。在后者一定的情况下,测风精度对时延估计精度提出了更高的要求。对此,采用了一种基于权值检测的最小均方误差(LMS)自适应时延估计算法,从而实现了高精度时延估计。计算机仿真与实际测试表明:该算法的估计精度满足了所研制的超声波测风系统的设计要求,能够用于机场区域低空风场情况的监测。     

二维超声波风速风向传感器设计

风是气象预报中的一个重要的要素,准确地预报风速,对人们的生产生活都有一定的影响。二维超声风传感器是气象与工业中最重要的风速测量方式之一,在传统的超声波测风仪器的基础上,通过测量空气温湿度来进行准确的调节,补偿了雨雾等环境因素的影响,设计一种基于STM32处理器的200 kHz全天候超声测风仪,通过实验证明：该装置可以实现全天候精确测量风速风向,测量误差小。     

超声波传感技术的矿用多通道智能风速风向仪

针对国内矿井现阶段测风仪器产品测量精准度易受井下潮湿、多尘等复杂条件的影响,提出了一种矿用智能多通道风速风向仪.软件采用多平台分模块设计,利用多段拟合进行测量参数误差修正,将超声波传感器、干湿温度传感器、压力传感器、信号转换电路等集成在风速风向仪手持终端上,实现了风速、风向等待测环境参数的多通道快速精准测量与参数自主校准.通过在测试环境下与传统机械风表的对比测试,结果表明:平均测试误差仅为2.47%,测风效果与稳定性明显高于传统机械风表.     

基于Fluent的超声波换能器测风阵列模型改进研究

针对垂直相交型阵列易受阴影效应影响的问题,根据时差法原理,采用三组超声波换能器互成120°放置,设计了一种具有三条独立测风路径的改进型测风阵列,并建立了风速计算模型。该阵列保证至少有两组换能器正常工作的前提下,对某一条受到绕流干扰严重的测风路径进行校正。利用SpaceClaim软件建立测风阵列及风洞模型,通过Meshing软件进行网格划分,使用FLUENT软件改变模拟风洞内的风速及雷诺数等指标,仿真两种阵列在不同流态下的性能表现,得到速度分布云图以及测风路径速度曲线图,说明了改进型测风阵列能明显提升测风精度。     

基于C8051F120的高精度全天候超声测风仪的设计

本文在传统超声波测风仪的基本原理上,通过测量介质中温湿度数据并且进行有效的调节,进而补偿雨雾等环境因素影响,设计了一种具有温湿度传感器的全天候超声测风仪。文中详细阐述了超声测风仪的方法研究和系统结构,通过实验证明该装置可以实现全天候精确测量风速与风向,测量误差2%,为在恶劣环境下超声测风的应用提供了有效的设计方法。