一種超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于相關(guān)法和時(shí)差法配合使用的超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法。由時(shí)差法測(cè)量模塊與相關(guān)法測(cè)量模塊兩套硬件電路共同實(shí)現(xiàn)。當(dāng)超聲波風(fēng)速儀開機(jī)或重啟后，默認(rèn)使用時(shí)差法測(cè)量模塊測(cè)量風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速變小時(shí)，休眠時(shí)差法測(cè)量模塊，啟用相關(guān)法測(cè)量模塊測(cè)量風(fēng)速，確保對(duì)微小風(fēng)速測(cè)量的高精度。當(dāng)風(fēng)速變大時(shí)，休眠相關(guān)法測(cè)量模塊，啟用時(shí)差法測(cè)量模塊測(cè)量風(fēng)速，保證風(fēng)速測(cè)量精度的同時(shí)，降低風(fēng)速儀整機(jī)測(cè)量功耗，延長(zhǎng)風(fēng)速儀內(nèi)供電電池的持續(xù)工作時(shí)間。本發(fā)明有效地拓寬了超聲波風(fēng)速儀的量程范圍，尤其是通過提高超聲波風(fēng)速儀對(duì)微小風(fēng)速的測(cè)量精度的方式，拓寬了超聲波風(fēng)速儀的量程下限。本發(fā)明可用于任意二維或三維電池供電式超聲波風(fēng)速儀。
【專利說明】一種超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲波風(fēng)速儀的量程拓寬方法，特別是涉及一種基于相關(guān)法和時(shí)差法配合使用的超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法。當(dāng)風(fēng)速較高時(shí)，由單片機(jī)通過時(shí)差法方式測(cè)量風(fēng)速，既保證了風(fēng)速的測(cè)量精度，又維持了風(fēng)速測(cè)量的低功耗特點(diǎn)；當(dāng)風(fēng)速較低時(shí)，由運(yùn)算能力強(qiáng)大的DSP通過相關(guān)法方式測(cè)量風(fēng)速，保證了對(duì)小風(fēng)速測(cè)量的高精確度性。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波風(fēng)速儀是一種新型的風(fēng)速測(cè)量?jī)x器，擁有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍寬、低功耗等突出優(yōu)勢(shì)，因此，超聲波風(fēng)速儀最近幾年在電力、鋼鐵、石化、節(jié)能等行業(yè)受到越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]根據(jù)測(cè)量通道數(shù)的不同，超聲波風(fēng)速儀一般可以分為二維超聲波風(fēng)速儀(兩個(gè)互相垂直的測(cè)量通道)和三維超聲波風(fēng)速儀(三個(gè)互相垂直的測(cè)量通道)。一般而言，每個(gè)測(cè)量通道內(nèi)，都安裝有相對(duì)的兩個(gè)超聲波換能器，利用超聲波波速在兩個(gè)換能器之間的傳播時(shí)間或頻率受風(fēng)速影響影響的原理，超聲波風(fēng)速儀能夠測(cè)量出每個(gè)測(cè)量通道內(nèi)的風(fēng)速值，并根據(jù)多個(gè)測(cè)量通道內(nèi)的風(fēng)速值進(jìn)一步推導(dǎo)出所在環(huán)境風(fēng)速的空間矢量值和風(fēng)向。
[0004]在實(shí)際的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，往往對(duì)超聲波風(fēng)速儀的風(fēng)速測(cè)量范圍具有較高的要求:最高風(fēng)速一般要求可達(dá)60米/秒，而最小風(fēng)速一般要求低至O米/秒。同時(shí)，從最高風(fēng)速到最小風(fēng)速的測(cè)量范圍內(nèi)，超聲波風(fēng)速儀的測(cè)量精度一般需要維持低于2%的測(cè)量誤差。這對(duì)于超聲波風(fēng)速儀的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)微小風(fēng)速的測(cè)量，由于在微小風(fēng)速下，超聲波風(fēng)速儀接收到的與風(fēng)速成比例的信號(hào)值本身就偏小，因此極易受到各類噪聲的干擾，導(dǎo)致對(duì)風(fēng)速的測(cè)量誤差急劇上升。
[0005]為保證超聲波風(fēng)速儀從最高風(fēng)速到最小風(fēng)速都能有足夠的測(cè)量精度，一般采用計(jì)算能力較強(qiáng)的信號(hào)處理與風(fēng)速計(jì)算方法，如相關(guān)法、功率譜法、分層統(tǒng)計(jì)法等。尤其是測(cè)量微小風(fēng)速時(shí)，上述信號(hào)處理與風(fēng)速計(jì)算方法能有效地將與風(fēng)速成比例的有用信號(hào)，從周圍的干擾噪聲中提取出來，從而保證超聲波風(fēng)速儀對(duì)微小風(fēng)速的高精度測(cè)量。但是，上述信號(hào)處理與風(fēng)速計(jì)算方法，通常會(huì)大幅度提升超聲波風(fēng)速儀的實(shí)際功耗，因?yàn)樯鲜龇椒▽?duì)計(jì)算能力的要求比較高，只有主頻較高同時(shí)功耗也較高的處理器硬件才能實(shí)現(xiàn)上述算法。超聲波風(fēng)速儀的功耗上升，將嚴(yán)重縮短超聲波風(fēng)速儀內(nèi)的電池工作壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于相關(guān)法和時(shí)差法配合使用的超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法，由時(shí)差法測(cè)量模塊、相關(guān)法測(cè)量模塊共同實(shí)現(xiàn)。風(fēng)速較高時(shí)，休眠相關(guān)法測(cè)量模塊的硬件電路，啟動(dòng)時(shí)差法測(cè)量模塊的硬件電路，使用時(shí)差法測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速；風(fēng)速較低時(shí)，休眠時(shí)差法測(cè)量模塊的硬件電路，啟動(dòng)相關(guān)法測(cè)量模塊的硬件電路，使用相關(guān)法測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速，從而既保證了電池供電式超聲波風(fēng)速儀的持續(xù)工作時(shí)間，又有效地拓寬了超聲波風(fēng)速儀的風(fēng)速測(cè)量范圍，尤其是提高了超聲波風(fēng)速儀對(duì)微小風(fēng)速的高精度測(cè)量性能。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
[0008]一種超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法，基于相關(guān)法和時(shí)差法配合使用，其特征在于，由時(shí)差法測(cè)量模塊(4)、相關(guān)法測(cè)量模塊(5)、第一換能器(2A)、第二換能器(3A)、第三換能器(2B)和第四換能器(3B)組成；風(fēng)速較高時(shí)，休眠相關(guān)法測(cè)量模塊(5)的硬件電路，啟動(dòng)時(shí)差法測(cè)量模塊(4)的硬件電路，使用時(shí)差法測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速；風(fēng)速較低時(shí)，休眠時(shí)差法測(cè)量模塊
(4)的硬件電路，啟動(dòng)相關(guān)法測(cè)量模塊(5)的硬件電路，使用相關(guān)法測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速。
[0009]進(jìn)一步的，所述時(shí)差法測(cè)量模塊(4)由低功耗的單片機(jī)電路(4A)、第一多路選擇器電路(4B)和閾值比較電路(4C)組成；使用時(shí)差法測(cè)量風(fēng)速包括如下步驟:
[0010]步驟1:單片機(jī)電路(4A)通過第一多路選擇器電路(4B)向第一換能器(2A)和第二換能器(3A)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第一換能器(2A)和第二換能器(3A)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，單片機(jī)電路(4A)依靠?jī)?nèi)部或外部晶振開始計(jì)時(shí)；第三換能器(2B)和第四換能器(3B)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過閾值比較電路(4C)后輸入到單片機(jī)電路(4A)，使得單片機(jī)電路(4A)停止計(jì)時(shí)，并存儲(chǔ)時(shí)間Tl ；
[0011]步驟2:單片機(jī)電路(4A)通過第一多路選擇器電路(4B)向第三換能器(2B)和第四換能器(3B)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第三換能器(2B)和第四換能器(3B)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，單片機(jī)電路(4A)依靠?jī)?nèi)部或外部晶振開始計(jì)時(shí)；第一換能器(2A)和第二換能器(3A)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過閾值比較電路(4C)后輸入到單片機(jī)電路(4A)，使得單片機(jī)電路(4A)停止計(jì)時(shí)，并存儲(chǔ)時(shí)間T2 ；
[0012]步驟3:單片機(jī)根據(jù)時(shí)間Tl和時(shí)間T2之間的差值A(chǔ)T，乘上比例系數(shù)1^_，計(jì)算得到當(dāng)前的風(fēng)速值。比例系數(shù)kws在超聲波風(fēng)速儀出廠前，通過實(shí)流標(biāo)定方式獲得，并存儲(chǔ)在超聲波風(fēng)速儀單片機(jī)內(nèi)部。
[0013]進(jìn)一步的，所述相關(guān) 法測(cè)量模塊(5)由DSP電路(5A)、第二多路選擇器電路(5B)和AD采樣電路(5C)組成；使用相關(guān)法測(cè)量風(fēng)速包括如下步驟:
[0014]步驟1:DSP電路(5A)通過第二多路選擇器電路(5B)向第一換能器(2A)和第二換能器(3A)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第一換能器(2A)和第二換能器(3A)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，AD采樣電路(5C)開始采樣；第三換能器(2B)和第四換能器(3B)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)波形曲線SI將被AD采樣電路(5C)實(shí)時(shí)采樣并存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部；采樣時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定值后，AD采樣電路(5C)停止工作；
[0015]步驟2:DSP電路(5A)通過第二多路選擇器電路(5B)向第三換能器(2B)和第四換能器(3B)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第三換能器(2B)和第四換能器(3B)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，AD采樣電路(5C)開始采樣；第一換能器(2A)和第二換能器(3A)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)波形曲線S2將被AD采樣電路(5C)實(shí)時(shí)采樣并存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部；采樣時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定值后，AD采樣電路(5C)停止工作；
[0016]步驟3 =DSP將采樣得到的曲線SI與曲線S2進(jìn)行卷積運(yùn)算，并卷積運(yùn)算的結(jié)果乘上比例系數(shù)，計(jì)算得到當(dāng)前的風(fēng)速值。比例系數(shù)在超聲波風(fēng)速儀出廠前，通過實(shí)流標(biāo)定方式獲得，并存儲(chǔ)在超聲波風(fēng)速儀DSP內(nèi)部。
[0017]進(jìn)一步的，超聲波風(fēng)速儀根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速值的不同，自動(dòng)選擇時(shí)差法或相關(guān)法測(cè)量風(fēng)速；具體選擇方法如下:
[0018]超聲波風(fēng)速儀開機(jī)或重啟之 后，默認(rèn)由時(shí)差法測(cè)量模塊(4)測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速，而相關(guān)法測(cè)量模塊(5)保持在休眠狀態(tài)；
[0019]當(dāng)時(shí)差法測(cè)量模塊(4)測(cè)量得到的當(dāng)前風(fēng)速值小于預(yù)先設(shè)定并存儲(chǔ)在超聲波風(fēng)速儀內(nèi)部的超聲波風(fēng)速儀最大可測(cè)量風(fēng)速的3%時(shí)，時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)將通過串口或普通IO 口向相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得相關(guān)法測(cè)量模塊(5)退出休眠狀態(tài)，然后相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP將向時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)返回一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得時(shí)差法測(cè)量模塊(4)進(jìn)入休眠狀態(tài)，同時(shí)相關(guān)法測(cè)量模塊(5)開始對(duì)當(dāng)前風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量；
[0020]當(dāng)相關(guān)法測(cè)量模塊(5)測(cè)量得到的當(dāng)前風(fēng)速值大于預(yù)先設(shè)定并存儲(chǔ)在超聲波風(fēng)速儀內(nèi)部的超聲波風(fēng)速儀最大可測(cè)量風(fēng)速的5%時(shí)，相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP將通過串口或普通IO 口向時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得時(shí)差法測(cè)量模塊(4)退出休眠狀態(tài)，然后時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)將向相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP返回一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得相關(guān)法測(cè)量模塊(5)進(jìn)入休眠狀態(tài)，同時(shí)時(shí)差法測(cè)量模塊(4)開始對(duì)當(dāng)前風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量。
[0021]有益效果:
[0022](I)本發(fā)明可根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速測(cè)量的實(shí)際需要，自動(dòng)選擇風(fēng)速測(cè)量方法及其相應(yīng)的硬件電路，有效地保證中高風(fēng)速測(cè)量的低功耗特點(diǎn)，同時(shí)保證微小風(fēng)速測(cè)量的高精度特點(diǎn)。
[0023](2)本發(fā)明應(yīng)用簡(jiǎn)單，硬件電路易實(shí)現(xiàn)且可靠性高，軟件方法可調(diào)用現(xiàn)成程序。
[0024](3)本發(fā)明特別適用于電池供電式二維超聲波風(fēng)速儀、電池供電式三維超聲波風(fēng)速儀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明所述方法的實(shí)施系統(tǒng)方案示意圖。
[0026]圖2是時(shí)差法測(cè)量模塊、換能器、相關(guān)法測(cè)量模塊之間的連接關(guān)系圖。
[0027]圖3是時(shí)差法測(cè)量模塊對(duì)當(dāng)前風(fēng)速的測(cè)量原理示意圖。
[0028]圖4是相關(guān)法測(cè)量模塊對(duì)當(dāng)前風(fēng)速的測(cè)量原理示意圖。
[0029]圖5是時(shí)差法測(cè)量風(fēng)速與相關(guān)法測(cè)量風(fēng)速的切換原理示意圖。
[0030]圖中:1、超聲波風(fēng)速儀，2A，第一換能器，2B、第三換能器，3A、第二換能器，3B、第四換能器，4、時(shí)差法測(cè)量模塊，4A、低功耗單片機(jī)電路，4B、第一多路選擇器電路，4C、閾值比較電路，5、相關(guān)法測(cè)量模塊，5A、DSP電路，5B、第二多路選擇器電路，5C、AD采樣電路。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖及一優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明。
[0032]實(shí)施例:
[0033]如圖1所示，表示了本發(fā)明實(shí)施方案的基于相關(guān)法和時(shí)差法配合使用的超聲波風(fēng)速儀I量程拓寬方法，本方法由時(shí)差法測(cè)量模塊4、相關(guān)法測(cè)量模塊5共同組成實(shí)現(xiàn)。時(shí)差法測(cè)量模塊4、相關(guān)法測(cè)量模塊5分別獨(dú)立地與超聲波風(fēng)速儀I內(nèi)各個(gè)測(cè)量通道內(nèi)的換能器相連接，同時(shí)時(shí)差法測(cè)量模塊4內(nèi)的單片機(jī)與相關(guān)法測(cè)量模塊5內(nèi)的DSP又通過串口或普通IO 口相連接，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DSP之間的協(xié)同工作。
[0034]如圖2所示，時(shí)差法測(cè)量模塊4內(nèi)包含低功耗單片機(jī)電路4A、第一多路選擇器電路4B、閾值比較電路4C，相關(guān)法測(cè)量模塊5內(nèi)包含DSP電路5A、第二多路選擇器電路5B、AD采樣電路5C。如圖3、圖4所示，無論是時(shí)差法測(cè)量模塊4，還是相關(guān)法測(cè)量模塊5，都是通過其內(nèi)部相應(yīng)的的多路選擇器電路與換能器連接，在單片機(jī)或DSP的控制下，多路選擇器電路可實(shí)現(xiàn)開關(guān)式的切換功能:當(dāng)?shù)谝欢嗦愤x擇器電路4B連通第一換能器2A或第二換能器3A換能器時(shí)，單片機(jī)發(fā)出的激發(fā)信號(hào)將通過第一多路選擇器4B施加到第一換能器2A或第二換能器3A，此時(shí)，第一換能器2A或第二換能器3A作為發(fā)射換能器，而第三換能器2B或第四換能器3B作為接收換能器，第三換能器2B或第四換能器3B換能器產(chǎn)生的信號(hào)，將經(jīng)過閾值比較電路4C后輸入到單片機(jī)內(nèi)部，以計(jì)算風(fēng)速值；反之，當(dāng)?shù)谝欢嗦愤x擇器4B電路連通第三換能器2B或第四換能器3B時(shí)，第三換能器2B或第四換能器3B換能器則作為發(fā)射換能器，而第一換能器2A或第二換能器3A換能器就作為接收換能器。
[0035]如圖3所示，當(dāng)超聲波風(fēng)速儀I將相關(guān)法測(cè)量模塊5休眠，并啟用時(shí)差法測(cè)量模塊4測(cè)量風(fēng)速時(shí)，時(shí)差法測(cè)量模塊4將按照以下三個(gè)步驟完成對(duì)風(fēng)速的測(cè)量:
[0036]首先，在單片機(jī)的控制下，第一多路選擇器4B將連通第一換能器2A或第二換能器3A，這樣，單片機(jī)發(fā)送的若干個(gè)激勵(lì)脈沖信號(hào)(通常是3個(gè)到7個(gè)脈沖，依據(jù)實(shí)際的換能器參數(shù)而定)將通過第一多路選擇器4B施加到第一換能器2A或第二換能器3A，并激勵(lì)第一換能器2A或第二換能器3A向外發(fā)射超聲波波束，與此同時(shí)，單片機(jī)依靠其內(nèi)部或外部晶振開始計(jì)時(shí)。上述超聲波波束在空氣中傳播，經(jīng)過一段時(shí)間后到達(dá)第三換能器2B或第四換能器3B，此時(shí)第三換能器2B或第四換能器3B作為接收換能器，在超聲波波束的作用下，將產(chǎn)生相應(yīng)的正弦信號(hào)，該正弦信號(hào)通過閾值比較電路4C的濾波和放大作用后，與閾值比較電路4C的預(yù)設(shè)電壓值作比較，當(dāng)正弦信號(hào)的值大于閾值比較電路4C的預(yù)設(shè)電壓值時(shí)，閾值比較電路4C將向單片機(jī)發(fā)送一個(gè)高電平，單片機(jī)接收到上述高電平后將停止計(jì)時(shí)，并將存儲(chǔ)時(shí)間值Tl ；
[0037]其次，第一多路選擇器4B將連通第三換能器2B或第四換能器3B換能器，重復(fù)上述步驟后，作為接收換能器的第一換能器2A或第二換能器3A所產(chǎn)生的信號(hào)，將使得單片機(jī)再次存儲(chǔ)時(shí)間值T2。
[0038]最后，單片機(jī)將根據(jù)時(shí)差法的基本原理(即超聲波波束的傳播方向與風(fēng)向相同時(shí)，超聲波波束的傳播速度將加快，傳播時(shí)間將變短，反之，超聲波波束的傳播方向與風(fēng)向相反時(shí)，超聲波波束的傳播速度將減慢，傳播時(shí)間將變長(zhǎng)，因此，風(fēng)速與超聲波波束的順風(fēng)傳播時(shí)間與逆風(fēng)傳播時(shí)間之間的差值成正比)計(jì)算時(shí)間Tl和時(shí)間T2之間的時(shí)間差值A(chǔ)T，然后將時(shí)間差值Λ T乘上比例系數(shù)kws，計(jì)算得到當(dāng)前的風(fēng)速值。
[0039]如圖4所示，當(dāng)超聲波風(fēng)速儀I將時(shí)差法測(cè)量模塊4休眠，并啟用相關(guān)法測(cè)量模塊5測(cè)量風(fēng)速時(shí)，相關(guān)法測(cè)量模塊5將按照以下三個(gè)步驟完成對(duì)風(fēng)速的測(cè)量:
[0040]首先，在DSP的控制下，第二多路選擇器5B將連通第一換能器2A或第二換能器3A，此時(shí)第一換能器2A或第二換能器3A將作為發(fā)射換能器。DSP通過多路選擇器5B向第一換能器2A或第二換能器3A發(fā)送若干個(gè)激勵(lì)脈沖信號(hào)(通常也是3到7個(gè))后，連接在第三換能器2B或第四換能器3B上的AD采樣電路5C將開始采樣。第一換能器2A或第二換能器3A所發(fā)射的超聲波波束，同樣將引起第三換能器2B或第四換能器3B產(chǎn)生相應(yīng)的正弦信號(hào)，該正弦信號(hào)將被AD采樣電路5C采樣并輸入到DSP內(nèi)部。當(dāng)設(shè)定的采樣時(shí)間到達(dá)以后，AD采樣電路5C將停止采樣，同時(shí)DSP將存儲(chǔ)采樣所得到的信號(hào)波形曲線SI。[0041]其次，多路選擇器5B將連通第三換能器2B或第四換能器3B，重復(fù)上述步驟后，作為接收換能器的2A或3A換能器所產(chǎn)生的信號(hào)波形曲線S2，也將被存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部。
[0042]最后，DSP將按照下述公式，對(duì)曲線SI和曲線S2進(jìn)行卷積運(yùn)算:
【權(quán)利要求】
1.一種超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法，基于相關(guān)法和時(shí)差法配合使用，其特征在于，由時(shí)差法測(cè)量模塊(4)、相關(guān)法測(cè)量模塊(5)、第一換能器(2A)、第二換能器(3A)、第三換能器(2B)和第四換能器(3B)組成；風(fēng)速較高時(shí)，休眠相關(guān)法測(cè)量模塊(5)的硬件電路，啟動(dòng)時(shí)差法測(cè)量模塊(4)的硬件電路，使用時(shí)差法測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速；風(fēng)速較低時(shí)，休眠時(shí)差法測(cè)量模塊(4)的硬件電路，啟動(dòng)相關(guān)法測(cè)量模塊(5)的硬件電路，使用相關(guān)法測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法，其特征在于，所述時(shí)差法測(cè)量模塊(4)由低功耗的單片機(jī)電路(4A)、第一多路選擇器電路(4B)和閾值比較電路(4C)組成；使用時(shí)差法測(cè)量風(fēng)速包括如下步驟: 步驟1:單片機(jī)電路(4A)通過第一多路選擇器電路(4B)向第一換能器(2A)和第二換能器(3A)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第一換能器(2A)和第二換能器(3A)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，單片機(jī)電路(4A)依靠?jī)?nèi)部或外部晶振開始計(jì)時(shí)；第三換能器(2B)和第四換能器(3B)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過閾值比較電路(4C)后輸入到單片機(jī)電路(4A)，使得單片機(jī)電路(4A)停止計(jì)時(shí)，并存儲(chǔ)時(shí)間Tl ； 步驟2:單片機(jī)電路(4A)通過第一多路選擇器電路(4B)向第三換能器(2B)和第四換能器(3B)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第三換能器(2B)和第四換能器(3B)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，單片機(jī)電路(4A)依靠?jī)?nèi)部或外部晶振開始計(jì)時(shí)；第一換能器(2A)和第二換能器(3A)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過閾值比較電路(4C)后輸入到單片機(jī)電路(4A)，使得單片機(jī)電路(4A)停止計(jì)時(shí)，并存儲(chǔ)時(shí)間T2 ； 步驟3:單片機(jī)根據(jù)時(shí)間Tl和時(shí)間T2之間的差值A(chǔ)T，乘上比例系數(shù)k時(shí)差，計(jì)算得到當(dāng)前的風(fēng)速值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法，其特征在于，所述相關(guān)法測(cè)量模塊(5)由DSP電路(5A)、第二多路選擇器電路(5B)和AD采樣電路(5C)組成；使用相關(guān)法測(cè)量風(fēng)速包括如下步驟: 步驟1:DSP電路(5A)通過第二多路選擇器電路(5B)向第一換能器(2A)和第二換能器(3A)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào),使得第一換能器(2A)和第二換能器(3A)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，AD采樣電路(5C)開始采樣；第三換能器(2B)和第四換能器(3B)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)波形曲線SI將被AD采樣電路(5C)實(shí)時(shí)采樣并存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部；采樣時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定值后，AD采樣電路(5C)停止工作； 步驟2:DSP電路(5A)通過第二多路選擇器電路(5B)向第三換能器(2B)和第四換能器(3B)發(fā)送3~7個(gè)脈沖信號(hào)，使得第三換能器(2B)和第四換能器(3B)向外發(fā)送超聲波波束，同時(shí)，AD采樣電路(5C)開始采樣；第一換能器(2A)和第二換能器(3A)接收到超聲波波束后，產(chǎn)生的信號(hào)波形曲線S2將被AD采樣電路(5C)實(shí)時(shí)采樣并存儲(chǔ)在DSP內(nèi)部；采樣時(shí)間達(dá)到預(yù)先設(shè)定值后，AD采樣電路(5C)停止工作； 步驟3 =DSP將采樣得到的曲線SI與曲線S2進(jìn)行卷積運(yùn)算，并卷積運(yùn)算的結(jié)果乘上比例系數(shù)，計(jì)算得到當(dāng)前的風(fēng)速值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波風(fēng)速儀量程拓寬方法，其特征在于，其特征在于，超聲波風(fēng)速儀根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速值的不同，自動(dòng)選擇時(shí)差法或相關(guān)法測(cè)量風(fēng)速；具體選擇方法如下: 超聲波風(fēng)速儀開機(jī)或重啟之后，默認(rèn)由時(shí)差法測(cè)量模塊(4)測(cè)量當(dāng)前風(fēng)速，而相關(guān)法測(cè)量模塊(5)保持在休眠狀態(tài)； 當(dāng)時(shí)差法測(cè)量模塊(4)測(cè)量得到的當(dāng)前風(fēng)速值小于預(yù)先設(shè)定并存儲(chǔ)在超聲波風(fēng)速儀內(nèi)部的超聲波風(fēng)速儀最大可測(cè)量風(fēng)速的3%時(shí)，時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)將通過串口或普通IO 口向相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得相關(guān)法測(cè)量模塊(5)退出休眠狀態(tài)，然后相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP將向時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)返回一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得時(shí)差法測(cè)量模塊(4)進(jìn)入休眠狀態(tài)，同時(shí)相關(guān)法測(cè)量模塊(5)開始對(duì)當(dāng)前風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量； 當(dāng)相關(guān)法測(cè)量模塊(5)測(cè)量得到的當(dāng)前風(fēng)速值大于預(yù)先設(shè)定并存儲(chǔ)在超聲波風(fēng)速儀內(nèi)部的超聲波風(fēng)速儀最大可測(cè)量風(fēng)速的5%時(shí)，相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP將通過串口或普通IO 口向時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)發(fā)送一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得時(shí)差法測(cè)量模塊(4)退出休眠狀態(tài)，然后時(shí)差法測(cè)量模塊(4)內(nèi)的單片機(jī)將向相關(guān)法測(cè)量模塊(5)內(nèi)的DSP返回一串?dāng)?shù)據(jù)幀，使得相關(guān)法測(cè)量模塊(5)進(jìn)入休眠狀態(tài)，同時(shí)時(shí)差法測(cè)量模塊(4)開始對(duì)當(dāng)前風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量 。
【文檔編號(hào)】G01P5/24GK103869096SQ201410120473
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】趙小春, 崔磊 申請(qǐng)人:蘇州斯威高科信息技術(shù)有限公司