单波束声学多普勒流速仪设计.pdf

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1、2016拄仪表技术与传感器2016第9期InstrumentTechniqueandSensorNo．9单波束声学多普勒流速仪设计范寒柏，贾少栓，左保收，李瑞琪(华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071000)摘要：随着现代科技的发展，声学多普勒原理在高科技电子测量设备中得到广泛应用。利用声学多普勒原理进行测速具有测量范围大、测量数据准确、对流场影响小和可用于极低流速测量等特点。在单探头声学多普勒流速仪中，设计一套完整的以STM32F407为核心处理芯片，以及超声波发射电路和小信号超声波接收电路。但是水声环境相当

2、复杂，在高干扰情况下测量结果和真实值存在较大误差。利用卡尔曼滤波技术对流速仪测量的数据进行实时的滤波处理，并且添加自相关算法提高实验数据精确度，进一步优化实验结果。在自然环境下的小河中实验，滤波效果令人满意。关键词：单探头；多普勒；卡尔曼滤波；流速仪；自相关中图分类号：TH815文献标识码：A文章编号：1002—1841(2016)09-0037-04DesignofSingleBeamAcousticDopplerVelocityMeterFANHan—bai，jIAShao．shuan，ZUOBao—shou，L

3、IRui．qi(CollegeofElectronicsandCommunicationEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071000，China)Abstract：Withthedevelopmentofmodemscienceandtechnology，theprincipleofacousticdopplerhasbeenwidelyusedinhigh—techelectronicmeasuringequipment．Usingthepr

4、incipleofacoustic．dopplervelocitymeasurementhasthecharacteristicsoflargemeasurementrange，accuratemeasurementdata，smallimpactoftheconvectionfieldandcanbeusedforverylowvelocityflowvelocitymeasurement．Thesingleprobeacousticdopplercurrentmeterwasdesignedbyacomplete

5、setofprocessingchipwithSTM32F407asthecore，andtheultrasonictransmittingcircuitandthesmallsignalultrasonicreceivingcircuitweredesigned．Buttheunderwateracousticenvironmentwasverycomplex．andtherewasabigen_0rinthemeasurementresultsandtherealvalueinhighinterference．R

6、ealtimefilteringprocessingwasperformedbyusingCaimanfilteringtechniquetomeasurethedataoftheve-locitymeasurement，andtheselfcorrelationalgorithmwasaddedtoimprovetheaccuracyoftheexperimentaldata，furtheroptimizetheexperimentalresults．Inthenaturalenvironmentofthefive

7、rexperiment，thefilteringefectissatisfactory．Keywords：singleprobe；doppler；caimanfilter；flowmeter；autocorrelation0引言比传统的流速测量设备具有传感器微型化、测量结果流速作为水文监测中的一项重要参数，在研究水更准确、测量范围更宽、数据处理更方便、操作更安全资源的分布情况、水资源的合理利用、防治水生灾害可靠简单，对测量环境适应性更强(能够很好地工作和河流走向等方面有重要意义。随着我国城市化发于流速慢。泥沙多的环境

8、)的特点。展的推进，城市用水和排水都需要进行水文监测；而1声学多普勒测流原理且农业现代化也急需相关的流速测量设备，以实现自设超声探头发射频率为固定值．厂0的声脉冲，遇到动化、机械化的现代农业：水力发电工程更是要密切颗粒物发射回来的频率为．，反射频率的增大意味着关注流速的实时变化，收集参数及时安排相关工作。粒子朝向超声探头方向移动．减小意味着粒子