矿用对射式风速风向传感器设计

1

作者 安赛 赵忠辉 +2 位作者 张浪 李伟 彭然 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期50-54,共5页

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... 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。 展开更多

关键词 智能化通风 风速风向传感器 巷道断面风速 超声波测风 对射式测风 巷道中线风速

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于双阵元超声波接收阵列的风矢量测量 被引量：14

2

作者 单泽彪 刘小松 +1 位作者 鲁胜麟 史红伟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期228-234,共7页

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... 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风矢量之间的关系可直接获得风速风向值。最后,通过仿真实验对所提方法的可行性与有效性进行了验证,且通过搭建的双阵元超声波阵列测风系统对所提方法进行了实测数据验证。实验结果表明:设计的结构简单易实现,算法稳定计算复杂度低,并且具有较高的噪声抑制能力。实测环境下风速测量的最大相对误差为2.3%、风向角测量的最大测量误差为-1.5°,基本达到了风矢量测量仪的技术要求。 展开更多

关键词 风矢量测量 超声波传感器 双阵元 相关检测 时延估计

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于C8051F120的高精度全天候超声测风仪的设计 被引量：10

3

作者 于洋 石佳 +1 位作者 陈亮 刘砚菊 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1623-1626,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 自动控制 超声测风仪 参数补偿 温湿度传感器

在线阅读 下载PDF 职称材料

互射式三阵元超声波传感器的二次相关测风方法 被引量：8

4

作者 单泽彪 解晓冉 +1 位作者 刘小松 韩明轩 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2428-2436,共9页

针对现有的超声波测风仪测量精度不高、受环境温湿度及阴影效应等因素影响较大等问题,提出了一种基于二次相关的互射式三阵元超声波测风方法.所提方法采用三阵元互射式阵列结构并结合二次相关的时延估计算法进行超声波传播时间测量,进... 针对现有的超声波测风仪测量精度不高、受环境温湿度及阴影效应等因素影响较大等问题,提出了一种基于二次相关的互射式三阵元超声波测风方法.所提方法采用三阵元互射式阵列结构并结合二次相关的时延估计算法进行超声波传播时间测量,进而根据超声波传播时间与风速风向的关系得到风速风向值.所提方法具有较强的噪声抑制能力,而且可减小阴影效应及消除温湿度对风速风向测量的影响.通过模拟仿真实验以及搭建的互射式三阵元超声波测风系统对所提方法进行了有效性验证和实测数据验证.实验结果表明,与正交对射式测量方法、阵列式测风方法以及基于一次相关的互射式三阵元测风方法相比,所提方法具有更高的测风精度.在实测实验中风速测量的相对误差为2.38%、风向测量的误差为2.3°,基本达到了超声波测风的技术要求. 展开更多

关键词 风速风向测量 超声波测风 互射式三阵元 二次相关 阴影效应

在线阅读 下载PDF 职称材料

α和高斯混合噪声背景下超声波风矢量测量 被引量：5

5

作者 石屹然 齐金伟 +1 位作者 曲思凝 赵洋 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2734-2743,共10页

针对α与高斯混合噪声下的超声波风矢量高精度、宽范围测量问题,本文提出了一种基于FLOM的双相测量方法。首先,利用FLOM算子对α与高斯混合噪声进行抑制,克服了传统的二阶矩以及高阶累计量无法在α和高斯混合噪声背景下使用的缺点。然后... 针对α与高斯混合噪声下的超声波风矢量高精度、宽范围测量问题,本文提出了一种基于FLOM的双相测量方法。首先,利用FLOM算子对α与高斯混合噪声进行抑制,克服了传统的二阶矩以及高阶累计量无法在α和高斯混合噪声背景下使用的缺点。然后,将时延估计方法转化为相位估计方法,并利用参考信号的正交性,提出了一种基于FLOM的双相测量方法,消除了超声波传播过程中的幅值变化对测量精度的影响。仿真结果表明:在风速为0~70 m/s条件下,所提方法的测量精度与测量范围均高于时延估计方法;在信噪比为-10 dB的条件下,风速的均方根误差仍小于1.5 m/s,风向角的均方根误差小于2°。实测结果表明:在强风条件下,风速的均方根误差为0.104 m/s,风向角的均方根误差为0.54°。本文所提方法能在α与高斯混合噪声条件下对风矢量进行精确估计,其结果明显优于时延估计方法。 展开更多

关键词 信号处理 分数低阶矩 Α稳定分布噪声 相位估计 超声波风矢量测量

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于相位翻转的超声波风速风向测量 被引量：5

6

作者 单泽彪 韩明轩 +1 位作者 于渤力 刘小松 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第9期230-235,292,共7页

针对超声波测风中由于噪声影响收发时刻点不易确定导致测量精度不高的问题,提出了一种基于超声波相位翻转的风速风向测量方法。所提方法采用依据相对时差法的对射式阵列测风结构,通过改变超声波发射信号的相位,即在某一时刻使得超声波... 针对超声波测风中由于噪声影响收发时刻点不易确定导致测量精度不高的问题,提出了一种基于超声波相位翻转的风速风向测量方法。所提方法采用依据相对时差法的对射式阵列测风结构,通过改变超声波发射信号的相位,即在某一时刻使得超声波信号发生相位翻转标记为超声波发射信号时刻点,随后采用锁定放大器对接收的超声波信号进行处理,利用相敏检波器对相位的敏感特性以及对噪声较强的抑制能力,可准确地获得超声波接收信号相位翻转之处,并将其标记为接收信号时刻点。最后通过测量两个时刻点之间的超声波传播时间计算得到风速分量,进而可得实际的风速风向值。通过模拟仿真试验和实测数据验证了所提方法的可行性和有效性,试验结果表明所提方法在高斯噪声或与非高斯冲击噪声混合背景下均具有良好的测量性能,与阵列式测风法及相关法相比具有更高的测量精度。 展开更多

关键词 超声波测风 相位翻转 相敏检波 冲击噪声

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于LMS自适应时延估计和FPGA的超声波测风系统研究 被引量：6

7

作者 张延成 李志刚 《应用声学》 CSCD 北大核心 2013年第1期51-56,共6页

利用超声波传感器进行风速测量时,温度对超声波传播有很大影响,时延估计对超声波测风系统的精度起到很大的作用。本超声波测风系统为避免温度对风速测量中的影响,采用了基于时差法的测量原理,为了提高时延估计值的精度,提出了基于最小均... 利用超声波传感器进行风速测量时,温度对超声波传播有很大影响,时延估计对超声波测风系统的精度起到很大的作用。本超声波测风系统为避免温度对风速测量中的影响,采用了基于时差法的测量原理,为了提高时延估计值的精度,提出了基于最小均方(LMS)自适应时延估计的测量方法,研制了以单片机Atmega128和现场可编程门阵列(FPGA)为核心的硬件系统。仿真和实际测试的结果表明,该超声波测风系统的时延估计值精确度较高,具有很高的应用价值。 展开更多

关键词 超声波传感器 自适应时延估计 测风速 FPGA

在线阅读 下载PDF 职称材料

三维超声阵列风速风向测量方法 被引量：9

8

作者 李新波 朱阁彦 +1 位作者 李厚禹 贾云龙 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期70-78,共9页

针对传统时差法测风精度受超声波传播时间测量精度直接影响的问题,提出了一种基于空间超声波传感器阵列及波束形成算法的三维风参数测量方法。使用一种新的一发多收的空间超声波传感器阵列结构,利用波束形成算法空域滤波,实现了增强期... 针对传统时差法测风精度受超声波传播时间测量精度直接影响的问题,提出了一种基于空间超声波传感器阵列及波束形成算法的三维风参数测量方法。使用一种新的一发多收的空间超声波传感器阵列结构,利用波束形成算法空域滤波,实现了增强期望信号、抑制干扰、提高测风精度的效果,仿真实验结果表明:在信噪比为5 dB时,所提方法几乎能达到100%的测量成功率,且信噪比越大,测量成功率越高,均方根误差越小。搭建了硬件实验平台对所提测风方法进行实验验证,结果表明:在允许结构误差和设备误差的前提下,所测风洞中的风速为6.363 7 m/s,与机械式测风仪所测结果6.443 m/s仅相差0.079 3 m/s,初步验证了所提方法的工程可行性。所提方法可为测风方法的探索提供一种新思路。 展开更多

关键词 三维风参数测量 超声波传感器阵列 波束形成算法 测量精度

在线阅读 下载PDF 职称材料

高超声速风洞试验模型底压测量方法研究 被引量：1

9

作者 谢飞 郭雷涛 +2 位作者 张绍武 曹程 邹琼芬 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期71-75,80,共6页

针对高超声速风洞试验模型底压测量误差较大而导致模型底阻难以精确扣除的问题,在Φ1m高超声速风洞中开展了3种底压测量方法的对比研究,即电子扫描压力测量方法、低压力差压传感器测量方法和微型绝压传感器测量方法,并在马赫数6试验条... 针对高超声速风洞试验模型底压测量误差较大而导致模型底阻难以精确扣除的问题,在Φ1m高超声速风洞中开展了3种底压测量方法的对比研究,即电子扫描压力测量方法、低压力差压传感器测量方法和微型绝压传感器测量方法,并在马赫数6试验条件下开展了HB-2标模和某导弹模型试验验证。试验结果表明:采用微型绝压传感器进行模型底部压力测量能避免测压管路的影响,可快速响应高超声速风洞试验模型底部压力变化情况,有效提高模型底压的测量精准度。 展开更多

关键词 高超声速风洞 底压 压力传感器 电子扫描压力测量

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于ESB波束形成的超声波传感器风速风向测量 被引量：10

10

作者 鲁胜麟 单泽彪 +1 位作者 刘小松 史红伟 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第10期115-119,共5页

针对超声波测风仪风速风向测量精度不高、对噪声抑制能力弱的问题,提出了一种基于特征空间(ESB)波束形成算法的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。首先通过超声波传感器阵列接收空间信号冗余信息,然后采用ESB波束形成算法对空间信号... 针对超声波测风仪风速风向测量精度不高、对噪声抑制能力弱的问题,提出了一种基于特征空间(ESB)波束形成算法的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。首先通过超声波传感器阵列接收空间信号冗余信息,然后采用ESB波束形成算法对空间信号冗余信息进行加权处理,实现空域滤波,最后从阵列输出功率谱中得到待测风速风向角信息。实验结果表明:基于ESB波束形成算法的风速风向测量方法具有较强的噪声抑制能力,在信噪比为0 dB时,风速风向均方根误差分别为0.22 m/s和0.78°,基本达到了超声波测风仪的设计要求。 展开更多

关键词 风速风向测量 波束形成算法 阵列式超声波传感器 噪声抑制

在线阅读 下载PDF 职称材料

超声测钎传感器在土壤风蚀监测中的应用 被引量：2

11

作者 郑树海 雷磊 +1 位作者 田堪良 马蓓青 《水土保持通报》 CSCD 北大核心 2022年第4期124-128,共5页

[目的]对超声测钎传感器在土壤风蚀中的应用进行试验研究,验证该设备对风蚀的监测精度和可靠性,为设备改进和推广应用提供了理论依据。[方法]以超声测钎传感器设备为试验对象,在风洞风力侵蚀试验条件下,开展超声测钎传感器风沙土风蚀试... [目的]对超声测钎传感器在土壤风蚀中的应用进行试验研究,验证该设备对风蚀的监测精度和可靠性,为设备改进和推广应用提供了理论依据。[方法]以超声测钎传感器设备为试验对象,在风洞风力侵蚀试验条件下,开展超声测钎传感器风沙土风蚀试验研究。[结果]超声测钎传感器在风洞风蚀试验中的测量误差为±1 mm,测量精度很高;随着风力侵蚀厚度的增加,测量数据的误差变化不大,方差仅为0.04,具有很高的稳定性。[结论]超声测钎传感器在风蚀监测中具有良好的准确性、稳定性和可靠性,可应用于风蚀的自动化监测。 展开更多

关键词 测钎法 风力侵蚀 超声测钎传感器 测量误差 监测

在线阅读 下载PDF 职称材料