一种海上风力等级测量射频收发系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术属于声表面波传感器技术领域，公开了一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，包括测量通路、参考通路、无线传输模块、无线接收模块、数据处理单元；测量通路由一个声表面波传感器和外围电路构成振荡电路，其中声表面波传感器含有三个基片，一个固定，另两个由开关选择，当风力较小时，仅右边可滑动，当风力较大时，仅左边可滑动，从而导致振荡器中心频率发生改变；测量通路与参考通路经过混频和高通滤波后的高频信号通过天线远距离传输到地面，在接收端再通过混频和高通滤波可重新恢复出与测量通路频率相等的信号，再经过数据处理单元可实现频率和风力等级转换。具有测量精度高，能在恶劣天气下工作，可远距离传输的特点。离传输的特点。离传输的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风力等级测量射频收发系统及其工作方法


[0001]本专利技术属于声表面波传感器
，具体涉及一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]如今人们越来越重视海洋资源，海上作业与陆地不同，要考虑多种天气因素，知道海上实时风力大小对海上工作至关重要。现有的海上风力测量一般采用测风器，但是传统的测风器需要在海上露天操作，测量不仅受恶劣天气影响，且时效性低，测量精度差，测量结果难以远距离传输到陆地，查询不便。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，呈现出时效性更强，测量更方便，适合各种用户的特点，以解决
技术介绍
中所提出的缺陷或问题。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术的实施例提供一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，其特征在于，包括测量通路、参考通路、无线传输模块、无线接收模块和数据处理单元；其中，所述测量通路由一第一声表面波传感器和外围电路构成振荡电路，所述第一声表面波传感器包括三个基片，中间的所述基片固定设置，左侧所述基片及右侧所述基片用于感受到不同的海上风力等级时发生滑动，从而导致振荡器中心频率随之发生改变；所述参考通路由一第二声表面波传感器和外围电路构成参考振荡电路，所述第二声表面波传感器仅含有一个固定基片，其余结构与测量通路相同；所述无线传输模块包括MIX混频器、PA功率放大器、高通滤波器、天线开关、天线；所述无线接收模块包括高通滤波器、LNA低噪声放大器、MIX混频器、低通滤波器；所述测量通路与参考通路的固定频率经过MIX混频器进行混频和高通滤波器进行高通滤波后产生的高频信号可通过天线开关及天线远距离传输到地面；地面的所述无线接收模块将所接收到的信号再次通过高通滤波器进行高通滤波、MIX混频器进行混频可重新恢复出与测量通路频率相等的信号，再经过数据处理单元后可实现频率和风力等级的转换。
[0005]进一步的，所述第一声表面波传感器的每块基片均设置为三角形结构，所述第一声表面波传感器的三块基片呈左中右分开设置且三者靠近放置，三块所述基片分别光刻有输出换能器二、输入换能器、输出换能器一，所述输入换能器设置在中间的基片上，所述输出换能器二设置在左侧的基片上，所述输出换能器一设置在右侧的基片上，所述输入换能器和输出换能器一构成声表面波延迟线一，所述输入换能器和输出换能器二构成声表面波延迟线二，所述声表面波延迟线一和外围电路一起构成延迟线振荡器一，所述声表面波延迟线二和外围电路一起构成延迟线振荡器二；所述第一声表面波传感器能够根据风力大
小，由开关选择延迟线振荡器，当风力较小时采用延迟线振荡器一，当风力较大时采用延迟线振荡器二；具体如下：当风力较小时，由开关选择，关闭左边的输出换能器二，仅使中间的换输入换能器和右边的输出换能器一起作用，且右边基片可滑动，当风力较大时，由开关选择，关闭右边的输出换能器一，仅使中间的输入换能器和左边的输出换能器二起作用，且左边基片可滑动，从而导致振荡器中心频率随之发生改变。
[0006]优选的，所述输入换能器中采用加权技术，其加权函数为Kaiser函数，加权技术采用切趾和抽指相结合的组合式加权，即在声孔径较大区域采用切趾加权，在声孔径较小区域采用抽指加权，并在切趾后的空余处和抽指后的空余处采用假指填充，以减小声波衍射；所述输出换能器一不加权，指条数量少，且声孔径相等；所述输出换能器二的加权函数为Kaiser函数，且其加权技术采用抽指加权。
[0007]进一步的，所述第一声表面波传感器的三块基片布置在一块基板上，所述基板与基片之间设置有起阻尼作用的硅油和限制左右滑动的固定轨道。
[0008]进一步的，所述第二表面波传感器的固定基片上设置有左边换能器、右边换能器和中间换能器；具体如下：当风力较小时，与测量通路中一样，由开关同步选择，关闭左边换能器，仅使中间换能器和右边换能器起作用，当风力较大时，与测量通路中一样，由开关同步选择，关闭右边换能器，仅使中间换能器和左边换能器起作用。
[0009]进一步的，所述测量通路包括第一声表面波传感器、三极管、电阻、电感、电容组成的振荡电路；所述测量通路中第一声表面波传感器的压电基片采用机电耦合系数为0.055的压电材料Y128
°
X
‑
LiNbO3制作；所述三极管选择高频低功率NPN管，所述电阻采用直插电阻，所述电容采用非极性电容，所述电感采用非极性电感。
[0010]进一步的，所述参考通路中的参考振荡电路模块外围覆盖有一层塑料保护盖以保证其振荡频率不受风力影响，从而处于一个固定值，起到参考作用。
[0011]进一步的，所述MIX混频器分为上变频和下变频，所述MIX混频器的混频过程为：本地参考振荡电路信号和声表面波振荡电路信号相乘，若两振荡信号频率分别为根据三角公式：可知，上变频信号频率在附近，下变频信号频率在0频率附近；令无线传输模块高通滤波器的中心频率是本地参考信号的2倍，即带宽为至即可保证经过混频产生的上变频信号能够从频带中滤出；在无线接收模块中令低通滤波器的中心频率为带宽为即可恢复出受到海上风力而产生的频率信号。
[0012]进一步的，所述数据处理单元包括PWM调制电路、FPGA数据处理系统和LCD屏幕，所述PWM调制器用于将经过低通滤波器输出的模拟信号调制为数字信号，所述PWM调制器处理后的数字信号后续通过FPGA中的数字电路处理，可在LCD屏幕上直接显示出风力等级。
[0013]一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：当风力较小时，由开关选择，关闭左边的输出换能器二，仅使中间的输
入换能器和右边的输出换能器一起作用，且右边的基片可滑动，当风力较大时，由开关选择，关闭右边输出换能器一，仅使中间的输入换能器和左边的输出换能器二起作用，且左边基片可滑动，第一声表面波传感器的基片受海上风力后产生滑动，第一声表面波传感器的结构发生改变，使得声表面波延迟线振荡器产生一个频率不同于参考通路的参考振荡电路所产生的正弦波，两者通过MIX混频器产生的频带信号经过功率放大后通过高通滤波器，留下高频信号，所述天线接收到高频信号后控制天线开关使得信号接收电路工作，天线传输的高频信号再通过MIX混频器进行混频和低通滤波器进行低通滤波，恢复到原有的频率，低通滤波器输出的模拟信号通过PWM调制器调制为数字信号；PWM调制器处理后的数字信号后续通过FPGA中的数字电路处理，可在LCD屏幕上直接显示出风力等级。
[0014]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：1、本专利技术能够根据风力大小，由开关选择延迟线振荡器，当风力较小时采用延迟线振荡器一，当风力较大时采用延迟线振荡器二，由于声表面波延迟线二的Q值比声表面波延迟线一的Q值更高，使得本系统的测量精度和自适应的智能化程度更高。
[0015]2、本专利技术所采用的第一声表面波传感器和第二声表面波传感器，具有体积小、灵敏度高、价格低、可工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，其特征在于，包括测量通路、参考通路、无线传输模块、无线接收模块和数据处理单元；其中，所述测量通路由一第一声表面波传感器和外围电路构成振荡电路，所述第一声表面波传感器包括三个基片，中间的所述基片固定设置，左侧所述基片及右侧所述基片用于感受到不同的海上风力等级时发生滑动，从而导致振荡器中心频率随之发生改变；所述参考通路由一第二声表面波传感器和外围电路构成参考振荡电路，所述第二声表面波传感器仅含有一个固定基片，其余结构与测量通路相同；所述无线传输模块包括MIX混频器、PA功率放大器、高通滤波器、天线开关、天线；所述无线接收模块包括高通滤波器、LNA低噪声放大器、MIX混频器、低通滤波器；所述测量通路与参考通路的固定频率经过MIX混频器进行混频和高通滤波器进行高通滤波后产生的高频信号可通过天线开关及天线远距离传输到地面；地面的所述无线接收模块将所接收到的信号再次通过高通滤波器进行高通滤波、MIX混频器进行混频可重新恢复出与测量通路频率相等的信号，再经过数据处理单元后可实现频率和风力等级的转换。2.根据权利要求1所述的一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，其特征在于：所述第一声表面波传感器的每块基片均设置为三角形结构，所述第一声表面波传感器的三块基片呈左中右分开设置且三者靠近放置，三块所述基片分别光刻有输出换能器二、输入换能器、输出换能器一，所述输入换能器设置在中间的基片上，所述输出换能器二设置在左侧的基片上，所述输出换能器一设置在右侧的基片上，所述输入换能器和输出换能器一构成声表面波延迟线一，所述输入换能器和输出换能器二构成声表面波延迟线二，所述声表面波延迟线一和外围电路一起构成延迟线振荡器一，所述声表面波延迟线二和外围电路一起构成延迟线振荡器二；所述第一声表面波传感器能够根据风力大小，由开关选择延迟线振荡器，当风力较小时采用延迟线振荡器一，当风力较大时采用延迟线振荡器二；具体如下：当风力较小时，由开关选择，关闭左边的输出换能器二，仅使中间的换输入换能器和右边的输出换能器一起作用，且右边基片可滑动，当风力较大时，由开关选择，关闭右边的输出换能器一，仅使中间的输入换能器和左边的输出换能器二起作用，且左边基片可滑动，从而导致振荡器中心频率随之发生改变。3.根据权利要求2所述的一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，其特征在于：所述输入换能器中采用加权技术，其加权函数为Kaiser函数，加权技术采用切趾和抽指相结合的组合式加权，即在声孔径较大区域采用切趾加权，在声孔径较小区域采用抽指加权，并在切趾后的空余处和抽指后的空余处采用假指填充，以减小声波衍射；所述输出换能器一不加权，指条数量少，且声孔径相等；所述输出换能器二的加权函数为Kaiser函数，且其加权技术采用抽指加权。4.根据权利要求1所述的一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统，其特征在于：所述第一声表面波传感器的三块基片布置在一块基板上，所述基板与基片之间设置有起阻尼作用的硅油和限制左右滑动的固定轨道。5.根据权利要求1所述的一种基于声表面波传感器的海上风力等级测量射频收发系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋华，蒋建伟，杨永杰，章国安，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：