一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法及系统技术方案

本申请公开了一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法及系统，方法包括：在无风环境下，测量超声波风传感器的两个互作发射与接收的换能器的渡越时间，测出环境温度并依据所述环境温度求出声音速度，然后计算出换能器迟滞时间，迟滞时间配置到超声波风传感器中；同时检测并计算出换能器的性能参数，结合所述迟滞时间与换能器的性能参数的关系式、关系曲线，选取换能器的工作频率，保持换能器的工作频率和换能器频率为合适频偏。本申请将迟滞作为出厂参数配置到设备中，既提高了测量精度，同时降低了使用复杂性。在环境温度变化时，仅需要微调工作频率即可维持高精度测量；频率的实时测量是伴随性质的，不影响当前的风速风向测量。测量。测量。

【技术实现步骤摘要】
一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法及系统


[0001]本申请涉及传感器
，尤其涉及一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法及系统。

技术介绍

[0002]常用的超声波风传感器分为两种，一类是渡越式，另一类是共振腔方式。渡越式超声波风速风向传感器通常有四颗超声波换能器，也有三颗的情况，两者在算法上有些差异，但在各方向渡越时间测量上面是一致的。
[0003]比如，以四颗换能器直接对射式为例，四颗换能器，分别对应东西南北四个方向，在测量时，分别测量北到南的渡越时间，再测南到北的渡越时间，传输距离由结构确定下来，北到南的分量风速是传感器需要测得最终值，分量风速的精度取决于渡越时间的测量精度。迟滞时间很小的测量误差都会导致分量风速比较大的误差，因此如何解决迟滞带来的误差，是提高超声波风传感器精度的关键。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法及系统，通过解决迟滞带来的误差，提高超声波风传感器的精度。
[0005]本申请实施例提供一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，包括：
[0006]在无风环境下，测量超声波风传感器的两个互作发射与接收的换能器的渡越时间，测出环境温度并依据所述环境温度求出声音速度；
[0007]利用所述渡越时间、声音速度和互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，计算出换能器迟滞时间，并将计算得到的迟滞时间配置到超声波风传感器中；同时检测并计算出换能器的性能参数，所述换能器的性能参数至少包括换能器频率、换能器综合品质因子；
[0008]根据所述迟滞时间和换能器的性能参数，结合所述迟滞时间与换能器的性能参数的关系式、关系曲线，选取换能器的工作频率，保持换能器的工作频率和换能器频率为合适频偏，优化换能器迟滞时间提高超声波风传感器精度。
[0009]优选的，所述测出环境温度并依据所述环境温度求出声音速度，具体为：
[0010]其中，c表示声音速度，T为环境温度。
[0011]优选的，所述利用所述渡越时间、声音速度和互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，计算出换能器迟滞时间，具体为：
[0012][0013][0014]则
[0015]其中，tos为迟滞时间，t0为渡越时间，D为互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，c表示声音速度，T为环境温度。
[0016]优选的，所述迟滞时间与换能器的工作参数的关系式为：
[0017][0018]tos表示迟滞时间，tos0是一个常数，f0是换能器频率，Q表示换能器综合品质因子，Δf表示工作频率f与换能器频率f0差值，k为常数。
[0019]优选的，所述选取的换能器的工作频率与换能器频率的频偏值为换能器频率的10％
‑
20％。
[0020]优选的，所述测量超声波风传感器的两个互作发射与接收的换能器发出的待测超声波幅度和频率一致。
[0021]本申请实施例还提供一种实现如上述提高超声波风传感器精度的测量和校准方法的系统，包括：高压脉冲电路单元、发开关、发换能器、收换能器、收开关、接收电路单元，所述高压脉冲电路单元输出端连接发开关输入端，所述发开关输出端连接发换能器，所述收开关分别与发换能器、收换能器输入端连接，所述收开关的输出端连接接收电路单元。
[0022]优选的，所述发开关连通高压脉冲电路单元到发换能器，收开关连通接收电路单元到收换能器，高压脉冲电路单元发出的高压脉冲串产生时开始计时，当接收电路单元接收到脉冲电信号时停止计时，停止计时与开始计时的时间差为发换能器到收换能器的度越时间。
[0023]优选的，所述发开关连通高压脉冲电路单元到发换能器，收开关连通收换能器到接收电路单元，在高压脉冲电路单元发出的高压电脉冲串激励完成后至少100微秒时间，发开关断开所述发换能器，收开关连通发换能器到接收电路单元，接收电路单元根据收到的信号的过零点间隔计算出发换能器频率f0。
[0024]优选的，所述发开关、收开关包括中央控制器、信号检测模块、计时芯片、开关控制电路，所述中央控制器与信号检测模块、计时芯片、开关控制电路电连接，所述开关控制电路为电子开关芯片或者MOS开关管，中央控制器为单片机或者ARM处理器，信号检测模块包括信号放大、AD转换电路，计时芯片为时钟芯片。
[0025]本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0026]1)本申请将迟滞作为出厂参数配置到设备中，既提高了测量精度，同时降低了使用复杂性。
[0027]2)本申请在环境温度变化时，仅需要微调工作频率即可维持高精度测量；
[0028]3)本申请的频率的实时测量是伴随性质的，不影响当前的风速风向测量。
附图说明
[0029]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0030]图1为本申请一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法流程图；
[0031]图2为换能器的测试通过采用扫频方式的原理框图；
[0032]图3为本申请一种提高超声波风传感器精度的测量和校准系统的原理框图；
[0033]图4采用本申请的测量和校准方法得到的换能器之间的迟滞时间关于频偏的关系曲线图；
[0034]图5为本申请一种提高超声波风传感器精度的测量和校准系统的发开关、收开关的具体原理框图；
[0035]图6为本申请一种提高超声波风传感器精度的测量和校准系统的发开关与外围模块连接原理框图；
[0036]图7为本申请一种提高超声波风传感器精度的测量和校准系统的收开关与外围模块连接原理框图。
具体实施方式
[0037]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0038]以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
[0039]实施例1
[0040]如图1所示，本申请提供一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，包括：
[0041](1)在无风环境下，测量超声波风传感器的两个互作发射与接收的换能器的渡越时间，测出环境温度并依据环境温度求出声音速度；具体为：
[0042]其中，c表示声音速度，T为环境温度。
[0043](2)利用渡越时间、声音速度和互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，计算出换能器迟滞时间，具体为：
[0044][0045][0046]则
[0047]其中，tos为迟滞时间，t0为渡越时间，D为互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，c表示声音速度，T为环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，其特征在于，包括：在无风环境下，测量超声波风传感器的两个互作发射与接收的换能器的渡越时间，测出环境温度并依据所述环境温度求出声音速度；利用所述渡越时间、声音速度和互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，计算出换能器迟滞时间，并将计算得到的迟滞时间配置到超声波风传感器中；同时检测并计算出换能器的性能参数，所述换能器的性能参数至少包括换能器频率、换能器综合品质因子；根据所述迟滞时间和换能器的性能参数，结合所述迟滞时间与换能器的性能参数的关系式、关系曲线，选取换能器的工作频率，保持换能器的工作频率和换能器频率为合适频偏，优化换能器迟滞时间提高超声波风传感器精度。2.根据权利要求1所述的一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，其特征在于，所述测出环境温度并依据所述环境温度求出声音速度，具体为：其中，c表示声音速度，T为环境温度。3.根据权利要求1所述的一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，其特征在于，所述利用所述渡越时间、声音速度和互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，计算出换能器迟滞时间，具体为：换能器迟滞时间，具体为：则其中，tos为迟滞时间，t0为渡越时间，D为互作发射与接收的换能器的超声波传输距离，c表示声音速度，T为环境温度。4.根据权利要求1所述的一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，其特征在于，所述迟滞时间与换能器的工作参数的关系式为：tos表示迟滞时间，tos0是一个常数，f0是换能器频率，Q表示换能器综合品质因子，Δf表示工作频率f与换能器频率f0差值，k为常数。5.根据权利要求1所述的一种提高超声波风传感器精度的测量和校准方法，其特征在于，所述选取的换能器的工作频率与换能器频率的频偏值为换能器频率的10％
‑
20％。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：王险峰，崔磊，
申请(专利权)人：苏州斯威高科信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：