一种同步差分风速传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种同步差分风速传感器，包括换能器组，推挽模块，信号处理模块，高速同步采样模块，同步差分控制模块以及通信接口；换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，高速同步采样模块的第一端与信号处理模块的第二端相连，同步差分控制模块的第一端与信号处理模块的第三端相连，第二端与高速同步采样模块的第二端相连；推挽模块的第二端与控制模块的第三端相连；通信接口与控制模块的第四端相连；同步差分控制模块对推挽模块同步差分发送、同步差分接收控制；本发明专利技术提供的同步差分风速传感器可提高风速测量准确度和测量范围，适用于恶劣环境下的风速测量，尤其适于在暴风雨、暴风沙、暴风雪环境下的应用。

A synchronous differential wind speed sensor

The invention discloses a synchronous differential speed sensor, including transducer group, push-pull module, signal processing module, high-speed synchronous sampling module, synchronous differential control module and communication interface; the transducer input interface and a first end connected to the push-pull module, signal processing and output interface and the first end of the transducer module group is connected to the one end of the signal processing module and high-speed synchronous sampling module is connected with the end of second, the synchronization error and the first end of the signal processing module control module is connected with the end of third, the second ends of the high-speed synchronous sampling module is connected with the end of second; the second ends of the control module is connected with the end of the third push-pull module; communication interface and control module fourth connected; synchronous differential control module of the push-pull module of synchronous differential transmission, synchronous differential receiving control; the invention provides synchronization error The wind speed sensor can improve the accuracy and range of wind speed measurement, and is suitable for wind speed measurement in harsh environment. It is especially suitable for application in storm, storm sand and snowstorm environment.

【技术实现步骤摘要】
一种同步差分风速传感器
本专利技术属于微气象监测
，更具体地，涉及一种同步差分风速传感器。
技术介绍
在风速测量方面，目前常用的风速监测传感器主要有叶轮式、压差式、热球式和超声波式风速传感器。压差式和热球式风速传感器在户外使用极易受到环境影响，一般应用在室内。叶轮式传感器长时间运行易磨损并且在冰冻恶劣天气条件下测量不准确。超声波式风速传感器的工作原理主要采用一发一收，在恶劣天气环境下声波在传播路径上容易受到雨水或沙尘的干扰形成衰减、反射，影响测量结果的准确性。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种同步差分风速传感器，其目的在于解决现有风速传感器在极端恶劣环境下测量结果准确性低的问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种同步差分风速传感器，包括换能器组，推挽模块，信号处理模块，高速同步采样模块，同步差分控制模块以及通信接口；其中，换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，高速同步采样模块的第一端与信号处理模块的第二端相连，同步差分控制模块的第一端与信号处理模块的第三端相连，同步差分控制控制模块的第二端与高速同步采样模块的第二端相连；推挽模块的第二端与控制模块的第三端相连；通信接口与控制模块的第四端相连；其中，推挽模块用于在同步差分控制模块的控制下生成脉冲控制信号；换能器组用于在推挽模块输出的脉冲控制信号的作用下发送与接收测量声波；信号处理模块用于对换能器组输出的脉冲电压信号进行滤波放大与限幅处理；高速同步采样模块用于采集信号处理模块输出的脉冲电平信号；同步差分控制模块用于根据高速同步采样模块输出的电压幅值数字信号和信号处理模块输出的脉冲电平模拟信号进行并行中断检测，并根据检测到的信号时差生成用于控制推挽模块的电平驱动信号；并根据多种多路信号时差，计算风速值；通信接口用于将风速值计算结果发送到终端设备。优选的，上述同步差分风速传感器，其换能器组包括3个大波束角超声波换能器和1个无方向性柱形超声波换能器；其中，3个大波束角超声波换能器分别设于一平面等边三角形的3个顶点处，1个无方向性柱形超声波换能器设于上述等边三角形的中心位置处。优选的，上述同步差分风速传感器，大波束角超声波换能器的波束角均大于120°，其中任意一个大波束角超声波换能器的波束角能够覆盖其它两个大波束角超声波换能器；无方向性柱形超声波换能器可以360°收发大波束角超声波换能器发射的声波。优选的，上述同步差分风速传感器，信号处理模块包括4组并列的信号处理电路，推挽模块包括并列的4组D类推挽电路；换能器组的4个超声波换能器的输入端通过换能器组的输入接口与4组D类推挽电路一一对应地相连，换能器组的4个超声波换能器的输出端通过换能器组的输出接口分别与4组信号处理电路一一对应地相连；信号处理电路的数量、D类推挽电路的数量与换能器组所包括的超声波换能器的数量相匹配；其中，换能器组所包括的超声波换能器包括大波束角超声波换能器和无方向性柱形超声波换能器。优选的，上述同步差分风速传感器，其同步差分控制模块对推挽模块的各组D类推挽电路同步差分发送电平驱动信号，对信号处理模块的输出信号及高速同步采样模块的输出信号同步差分接收；其中，同步差分发送是指同一时刻调制2组D类推挽电路驱动各自连接的大波束角超声波换能器与无方向性柱形超声波换能器,由1个处于不同位置的大波束角超声波换能器与无方向性柱形超声波换能器同一时刻发送测量声波；其中，同步差分接收是指同步差分控制模块接收高速同步采样模块同一时刻采集多路超声波换能器转换的电压信号、以及多组信号处理电路输出的脉冲电平信号；差分接收是指由3个处于不同位置的大波束角超声波换能器与无方向性柱形超声波换能器同时刻接收测量声波，其中的3个为处于平面等边三角形的顶点处的大波束角超声波换能器，1个为处于上述等边三角形的中心位置处的无方向性柱形超声波换能器。优选的，上述同步差分风速传感器，其信号处理电路包括依次连接的限幅电路、运放放大电路、运放滤波电路、对数放大器和电平比较电路；其中，限幅电路用于将输入的脉冲电压信号通过电容隔离直流电平后进行限幅，利用硅二极管的死区电压将输入电压限位到预设值；运放放大电路用于将脉冲电压信号放大；运放滤波电路用于对脉冲电压信号进行有源滤波处理；对数放大器用于对接收到的信号进行电平限幅压缩处理；其输出信号分为两路，一路发送到高速同步采样模块，另一路发送到电平比较电路；电平比较电路用于对接收到的信号进行电平边沿检测，生成与输入信号同时长的高电平脉冲。优选的，上述同步差分风速传感器，通过同步差分控制模块对高速同步采样模块进行通信控制，并根据检测到的信号时差生成用于控制推挽模块的电平驱动信号；并根据多种多路信号时差，计算风速值；总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术提供的同步差分风速传感器，其换能器组具有多路发送和接收测量声波的传播路径，并由硬件同步差分控制模块电路构成同步采样和同步发送电路；基于其硬件结构，测1次风速值需3组测量数据；1组测量数据对应生成8个风速值，这8个风速值由5个声波传输路径生成，若其中任意一传输路径受到外物影响声波传输时间，在本专利技术的这种设计中，可通过其他路径值对比确认发现；由此实现在源头上确定测量声波信号在传播路径上的差异，就可以准确确定异常干扰的声波信号；(2)由于超声波在传播过程中遇到雨水、沙尘暴、冰雪会产生反射、折射、衍射、散射等现象，从而导致超声波换能器接收转换的电压信号弱、信号干扰脉冲、或者会产生混叠；本专利技术提供的同步差分风速传感器，由于可获取的声波传输路径数据样本数量多、样本结果可重复、可对比、可推导，因此极端恶劣环境下测量采集的结果可信度高，测量结果准确性更高。附图说明图1是本专利技术实施例提供的同步差分风速传感器的原理示意图；图2是本专利技术实施例提供的换能器组的示意图；图3是本专利技术实施例提供的同步差分风速传感器的D类推挽电路示意图；图4是本专利技术实施例提供的同步差分风速传感器的信号处理电路示意图；图5是本专利技术实施例提供的同步差分风速传感器的控制与接收逻辑示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-第一大波束角超声波换能器、2-第二大波束角超声波换能器、3-第三大波束角超声波换能器、4-无方向性柱形超声波换能器、5-同步差分控制模块、6-推挽模块、7-信号处理模块、8-高速同步采样模块、17-超声波换能器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。实施例提供的同步差分风速传感器，其系统如图1所示，包括换能器组，推挽模块，信号处理模块，高速同步采样模块，同步差分控制模块以及RS485接口；其中，换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，高速同步采样模块的第一端与信号处理模块的第二端相连，同步差分控制模块的第一端与信号处理模块的第三端相连，同步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步差分风速传感器，其特征在于，包括换能器组，推挽模块，信号处理模块，高速同步采样模块，同步差分控制模块以及通信接口；所述换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，所述信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，所述高速同步采样模块的第一端与信号处理模块的第二端相连，所述同步差分控制模块的第一端与信号处理模块的第三端相连，第二端与高速同步采样模块的第二端相连；所述推挽模块的第二端与控制模块的第三端相连；所述通信接口与控制模块的第四端相连；所述推挽模块用于在同步差分控制模块的控制下生成脉冲控制信号；所述换能器组用于在所述脉冲控制信号的作用下发送与接收测量声波，输出脉冲电压信号；所述信号处理模块用于对所述脉冲电压信号进行滤波放大与限幅处理；所述高速同步采样模块用于采集信号处理模块输出的脉冲电平信号；所述同步差分控制模块用于根据高速同步采样模块输出的电压幅值数字信号和信号处理模块输出的脉冲电平信号进行并行中断检测，并根据检测到的信号时差生成用于控制推挽模块的电平驱动信号，并根据多路信号时差计算风速值；所述通信接口用于将风速值发送到终端设备。

【技术特征摘要】
1.一种同步差分风速传感器，其特征在于，包括换能器组，推挽模块，信号处理模块，高速同步采样模块，同步差分控制模块以及通信接口；所述换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，所述信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，所述高速同步采样模块的第一端与信号处理模块的第二端相连，所述同步差分控制模块的第一端与信号处理模块的第三端相连，第二端与高速同步采样模块的第二端相连；所述推挽模块的第二端与控制模块的第三端相连；所述通信接口与控制模块的第四端相连；所述推挽模块用于在同步差分控制模块的控制下生成脉冲控制信号；所述换能器组用于在所述脉冲控制信号的作用下发送与接收测量声波，输出脉冲电压信号；所述信号处理模块用于对所述脉冲电压信号进行滤波放大与限幅处理；所述高速同步采样模块用于采集信号处理模块输出的脉冲电平信号；所述同步差分控制模块用于根据高速同步采样模块输出的电压幅值数字信号和信号处理模块输出的脉冲电平信号进行并行中断检测，并根据检测到的信号时差生成用于控制推挽模块的电平驱动信号，并根据多路信号时差计算风速值；所述通信接口用于将风速值发送到终端设备。2.如权利要求1所述的同步差分风速传感器，其特征在于，所述换能器组包括3个大波束角超声波换能器和1个无方向性柱形超声波换能器；其中，3个大波束角超声波换能器分别设于一平面等边三角形的3个顶点处，所述无方向性柱形超声波换能器设于所述等边三角形的中心位置处。3.如权利要求2所述的同步差分风速传感器，其特征在于，每个所述大波束角超声波换能器的波束角均大于120°，其中任意一个大波束角超声波换能器的波束角能够覆盖其它两个大波束角超声波换能器；所述无方向性柱形超声波换能器可以360°收发大波束角超声波换能器发射的声波。4.如权利要求2或3所述的同步差分风速传感器，其特征在于，所述信号处理模块包括4组并列的信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯，唐武兵，
申请(专利权)人：武汉三江中电科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42