鉴相式超声波风速变送器设计.doc

项目报告
题目: 鉴相式超声波风速变送器
学校:
指导教师:
组别: 专业组
应用类别: 仪器仪表类
平台: MSP430

题目: 鉴相式超声波风速变送器
摘要
摘要:风速测量方法中超声波测量法摈弃了其他风速测量方法必须要求启动风速、响应速度慢、精度低、测量范围窄的缺点,成为当前较流行的风速测量法。本设计依据声波的振动特性、方向性等特性结合传播媒介的运动学分析,一方面选择更为合理的三角形传感器配置方式,另一方面在传统的时差风速测量法基础上,提出一种快速、稳定、价格低廉的相位差风速测量方案。该变送器以单片机(MSP430)为控制核心,实现了风速的高精度、宽范围、非接触式实时测量,适用于一般风速测量场合。
关键词:超声波;风速;检相
Abstract:In most of wind speed measuring methods, ultrasonic measuring method discards some ings, such as the necessity in the wind speed for starting, slow response, low accuracy, narrow measurement range, and e to be the more popular wind speed measuring method. Based on the sound wave vibration characteristics
and directional bined with the kinematics analysis of media, on one hand this design choices triangle sensor configuration, on the other hand, according to traditional time difference wind speed measuring method, a phase difference wind speed survey scheme is proposed, which is rapid, stability and cheap. The transmitter has MCU(MSP430) control core, realizeds the highly precisional, wide-range, non-contact wind measuring, and could be used in general wind speed measurement occasion.
Keywords:Ultrasonic; wind speed; phase-difference detection
引言
风速测量是很多环境中重要监测指标之一,所以对风速的测量在工业、气象等很多领域都具有重要意义。风速测量应具有实时、精确、简单可靠等特点。目前风速测量主要有机械式测量、皮托管测量、超声波测量、热膜热线测量和激光多普勒测量等方法。热膜热线测量精度较高,但只适合低风速段测量;激光多普勒风速仪有很高的测量精度和很广的测量范围,但复杂昂贵的系统结构很难在特殊的环境中使用。由于存在转动部件,机械式测量要求有启动风速,同时转动惯性会引起迟滞效应,适合精度要求较低的场合。皮托管在小风速测量中精度很低;且不适合含烟尘气体的风速测量,使用受到一定限制。
针对上述风速测量方法存在的问题,本设计提出了利用超声波来实现风速的测量方法。利用超声波对流体进行测量时,常采用的方法有:传播速度差法、多普勒法、相关法等测量方法。本文采用的是超声波测风速的方法,根据超声波流体测量技术的基本原理,利用超声波在流体中传播时承载着流体的流动信息实现多种流体流动速度的测量。
本项目将在以下几方面进行研究:
1. 超声波传感器配置形式研究。传感器的配置方式直接影响着测量准确度。选择一种好的传感器配置方式对有效降低环境因素的负面影响,提高超声波风速测量的可靠性具有重要意义。
2. 检相式时差测量模块设计。时间差的测量是实现风速测量的关键,直接决定测量精度。相位差法是将时间差转换为相位差后进行测量,其原理较简单,且电路成本较低,测量精度取决于检相精度。
3. 温度对风速测量的零点、灵敏度影响分析及温度补偿技术,风速、温度、相位关系研究及数学模型建立。
4. 以TI公司的16位单片机MSP430F2274作为核心处理器,进行温度采集模块、数码管显示模块、数据存储模块、串口通信模块、标准输出模块和报警模块等设计,完成信号放大、数字滤波处理、风速计算等。
系统方案
设计概述
本变送器选用超声