CN114791512A - 基于声波共振原理的测风传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于声波共振原理的测风传感器，属于气象监测技术领域，包括换能器驱动模块、MCU、信号选择模块、信号放大模块以及信号鉴相模块，所述MCU与换能器驱动模块连接，所述换能器驱动模块与信号选择模块连接，且信号选择模块通过信号放大模块与信号鉴相模块进行信号处理，所述信号鉴相模块与MCU连接，所述换能器驱动模块发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的距离；本方案采用共振的方式，利用超声本身的传播特性，将超声波换能器的发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的合适距离，因为共振的特性，振幅增大，提升了信号的可观测性。

Description

基于声波共振原理的测风传感器

技术领域

本发明属于气象监测技术领域，具体涉及基于声波共振原理的测风传感器。

背景技术

传统的超声波风速测量一般是采用超声传播速度叠加风速，在固定距离上产生时间差的方式。受限于超声波换能器在低温、大风引起的发射角和接收角的改变时性能下降，对于后端处理电路和换能器性能要求较高，为此我们提出基于声波共振原理的测风传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供基于声波共振原理的测风传感器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于声波共振原理的测风传感器，包括换能器驱动模块、MCU、信号选择模块、信号放大模块以及信号鉴相模块，所述MCU与换能器驱动模块连接，所述换能器驱动模块与信号选择模块连接，且信号选择模块通过信号放大模块与信号鉴相模块进行信号处理，所述信号鉴相模块与MCU连接，所述换能器驱动模块发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的距离。

进一步地，所述换能器驱动模块包括四个收发一体的超声波换能器组成。

进一步地，第一个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU的第十一引脚、第十引脚连接，第二个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU的第四十四、四十三引脚连接，第三个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU的第二十二引脚、二十一引脚连接，第四个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU的第五十八引脚、五十七引脚连接。

进一步地，所述信号选择模块的十一、十二、十三、十四引脚分别与超声波换能器连接。

进一步地，信号选择模块的第九、十引脚与MCU的十七、十六引脚连接。

进一步地，所述信号放大模块的输出端连接信号鉴相模块的输入端。

进一步地，所述MCU的连接有通信接口模块。

进一步地，还包括电源模块，所述电源模块为换能器驱动模块、MCU、通信接口模块、信号选择模块、信号放大模块以及信号鉴相模块供电。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

本方案采用共振的方式，利用超声本身的传播特性，将超声波换能器的发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的合适距离，因为共振的特性，振幅增大，提升了信号的可观测性，降低了对换能器灵敏度的性能要求，也降低了后续处理电路对小信号的处理要求。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为本发明的原理图；

图2为本发明电源模块的电路图；

图3为本发明换能器驱动模块的电路图；

图4为本发明MCU的电路图；

图5为本发明通信接口模块的电路图；

图6为本发明信号选择模块的电路图；

图7为本发明信号放大模块的电路图；

图8为本发明信号鉴相模块的电路图。

图中：1、电源模块；2、换能器驱动模块；3、MCU；4、通信接口模块；5、信号选择模块；6、信号放大模块；7、信号鉴相模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图3，本发明提出的一种技术方案：基于声波共振原理的测风传感器，包括电源模块1、换能器驱动模块2、MCU3、信号选择模块5、信号放大模块6以及信号鉴相模块7，电源模块1为换能器驱动模块2、MCU3、通信接口模块4、信号选择模块5、信号放大模块6以及信号鉴相模块7供电，MCU3与换能器驱动模块2连接，换能器驱动模块2与信号选择模块5连接，且信号选择模块5通过信号放大模块6与信号鉴相模块7进行信号处理，信号鉴相模块7与MCU3连接，换能器驱动模块2发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的距离，其中，换能器驱动模块2包括四个收发一体的超声波换能器组成，第一个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU3的第十一引脚、第十引脚连接，第二个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU3的第四十四、四十三引脚连接，第三个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU3的第二十二引脚、二十一引脚连接，第四个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU3的第五十八引脚、五十七引脚连接，利用超声本身的传播特性，将超声波换能器的发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的合适距离，因为共振的特性，振幅增大，提升了信号的可观测性。

具体的，信号选择模块5的十一、十二、十三、十四引脚分别与超声波换能器连接，信号选择模块5的第九、十引脚与MCU3的十七、十六引脚连接。

具体的，信号放大模块6的输出端连接信号鉴相模块7的输入端。

具体的，MCU3的连接有通信接口模块4。

具体的，MCU3的型号为GD32F103RCT6。

具体的，信号选择模块5的型号为CD74HC4052PWR。

本发明的工作原理及使用流程：利用声波共振原理来实现信号本身的放大，将换能器驱动模块2超声波换能器的发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的合适距离，因为共振的特性，振幅增大，提升了信号的可观测性，降低了对换能器灵敏度的性能要求，也降低了后续处理电路对小信号的处理要求；超声波换能器的发射平面和反射平面距离小，选用的超声波换能器频率低，功率较大，大风时对声波的传输路径造成的影响很小；且利用的是声波相位变化来测量风速，无需考虑信号幅值，信号放大模块6将选择的信号放大，信号鉴相模块7将声波信号精确鉴相，降低了后续电路对信号放大的处理需求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：包括换能器驱动模块(2)、MCU(3)、信号选择模块(5)、信号放大模块(6)以及信号鉴相模块(7)，所述MCU(3)与换能器驱动模块(2)连接，所述换能器驱动模块(2)与信号选择模块(5)连接，且信号选择模块(5)通过信号放大模块(6)与信号鉴相模块(7)进行信号处理，所述信号鉴相模块(7)与MCU(3)连接，所述换能器驱动模块(2)发射平面和反射平面间设置为能引起声波共振的距离。

2.根据权利要求1所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：所述换能器驱动模块(2)包括四个收发一体的超声波换能器组成。

3.根据权利要求2所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：第一个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU(3)的第十一引脚、第十引脚连接，第二个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU(3)的第四十四、四十三引脚连接，第三个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU(3)的第二十二引脚、二十一引脚连接，第四个超声波换能器的第一引脚、第二引脚分别与MCU(3)的第五十八引脚、五十七引脚连接。

4.根据权利要求3所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：所述信号选择模块(5)的十一、十二、十三、十四引脚分别与超声波换能器连接。

5.根据权利要求3所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：信号选择模块(5)的第九、十引脚与MCU(3)的十七、十六引脚连接。

6.根据权利要求1所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：所述信号放大模块(6)的输出端连接信号鉴相模块(7)的输入端。

7.根据权利要求1所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：所述MCU(3)的连接有通信接口模块(4)。

8.根据权利要求6所述的基于声波共振原理的测风传感器，其特征在于：还包括电源模块(1)，所述电源模块(1)为换能器驱动模块(2)、MCU(3)、通信接口模块(4)、信号选择模块(5)、信号放大模块(6)以及信号鉴相模块(7)供电。

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