本文關(guān)鍵詞：基于聲參量陣的風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：風(fēng)在當(dāng)今科技飛速發(fā)展進(jìn)步的時(shí)代,已不僅僅是一種自然現(xiàn)象,作為清潔的可再生能源,風(fēng)能越來(lái)越受到全世界的重視。無(wú)論在科學(xué)研究中,還是在工業(yè)生產(chǎn)中,風(fēng)速測(cè)量都有大量的應(yīng)用,尤其在氣象領(lǐng)域和風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域,風(fēng)速測(cè)量有著更為重要的應(yīng)用價(jià)值。風(fēng)速風(fēng)向儀種類繁多,測(cè)量原理也不盡相同。目前較先進(jìn)的是超聲波風(fēng)速測(cè)試技術(shù),雖然克服了傳統(tǒng)測(cè)量方法的缺點(diǎn),但無(wú)法實(shí)現(xiàn)大空間范圍內(nèi)的風(fēng)速測(cè)試,限制了風(fēng)的應(yīng)用范圍。針對(duì)聲參量陣可以產(chǎn)生獨(dú)特的高指向性低頻聲波,并能將其傳播到很遠(yuǎn)距離的特性,本文提出利用時(shí)差法測(cè)量原理建立聲參量陣風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng),開發(fā)出一種新的風(fēng)速測(cè)試方法,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大空間范圍內(nèi)的風(fēng)速測(cè)試。首先,本文對(duì)聲參量陣的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,對(duì)其在空氣中的指向性進(jìn)行MATLAB仿真分析,以此給出用聲參量陣進(jìn)行風(fēng)速測(cè)試的理論依據(jù)和可行性;對(duì)聲參量陣和超聲波在空氣中的傳播情況進(jìn)行比較分析,以此驗(yàn)證聲參量陣測(cè)風(fēng)速方法可實(shí)現(xiàn)大空間范圍內(nèi)的風(fēng)速測(cè)試;對(duì)時(shí)差法的測(cè)量原理進(jìn)行詳細(xì)的講解,以此得出影響風(fēng)速測(cè)試精度的關(guān)鍵因素。其次,本文對(duì)幾種互相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法進(jìn)行MATLAB仿真分析,通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析比較,選取測(cè)試精度最高的算法。為了獲得較為理想的聲參量陣信號(hào)進(jìn)而提高風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)量精度,對(duì)幾種聲參量陣預(yù)處理算法對(duì)風(fēng)速測(cè)量精度的影響進(jìn)行MATLAB仿真研究。然后,本文對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)風(fēng)探頭模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),其功能是發(fā)射和接收聲參量陣信號(hào),利用接收到的音頻信號(hào)中攜帶的風(fēng)速信息實(shí)現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量。測(cè)風(fēng)探頭由聲參量陣發(fā)射陣列和音頻信號(hào)接收陣列兩部分集合而成,發(fā)射陣列由超聲波換能器實(shí)現(xiàn),接收陣列由傳聲器實(shí)現(xiàn)。最后,本文根據(jù)理論和仿真結(jié)果分析,分別對(duì)系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì),利用DSP芯片BF533和STM32芯片完成整個(gè)基于聲參量陣的風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在DSP平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)聲參量陣的調(diào)制算法和時(shí)延估計(jì)算法,計(jì)算風(fēng)速風(fēng)向,在STM32平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的LCD顯示。同時(shí)搭建相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和改進(jìn)。
【關(guān)鍵詞】：聲參量陣 風(fēng)速風(fēng)向測(cè)試 時(shí)差法 互相關(guān)時(shí)延估計(jì)算法 預(yù)處理算法
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH765.43
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究背景與研究現(xiàn)狀11-14
• 1.1.1 研究背景11-12
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2 研究意義、目的及內(nèi)容14-16
• 1.3 本文的內(nèi)容安排16-17
• 第二章 聲參量陣風(fēng)速測(cè)試技術(shù)理論基礎(chǔ)17-27
• 2.1 聲參量陣?yán)碚?/span>17-22
• 2.1.1 聲參量陣基本原理17-19
• 2.1.2 聲參量陣指向性特性19-21
• 2.1.3 超聲波在空氣中的衰減特性21-22
• 2.2 時(shí)差法風(fēng)速測(cè)量的基本原理22-26
• 2.2.1 時(shí)差法工作原理22-23
• 2.2.2 二維風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量模型建立23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 聲參量陣風(fēng)速測(cè)量算法研究27-57
• 3.1 時(shí)延估計(jì)算法仿真分析27-38
• 3.1.1 時(shí)延估計(jì)算法27-28
• 3.1.2 廣義互相關(guān)算法28-30
• 3.1.3 廣義互相關(guān)算法仿真及結(jié)果分析30-38
• 3.2 聲參量陣預(yù)處理算法仿真分析38-55
• 3.2.1 雙邊帶（DSB_AM）算法38-44
• 3.2.2 平方根算法44-47
• 3.2.3 全載波單邊帶（SSB）算法47-51
• 3.2.4 預(yù)處理算法對(duì)時(shí)間差精度影響的仿真分析51-55
• 3.3 本章小結(jié)55-57
• 第四章 聲參量陣發(fā)射接收陣設(shè)計(jì)57-67
• 4.1 聲參量陣發(fā)射接收陣總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)57-58
• 4.2 聲參量陣發(fā)射陣設(shè)計(jì)58-61
• 4.2.1 超聲換能器及其功能58-59
• 4.2.2 發(fā)射陣的設(shè)計(jì)59-61
• 4.3 聲參量陣接收陣設(shè)計(jì)61-63
• 4.3.1 傳聲器及其功能61-62
• 4.3.2 接收陣的設(shè)計(jì)62-63
• 4.4 聲參量陣收發(fā)陣測(cè)試63-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 基于聲參量陣的風(fēng)速測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及測(cè)試67-89
• 5.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)67-78
• 5.1.1 硬件電路總體設(shè)計(jì)67-68
• 5.1.2 芯片選型68-70
• 5.1.2.1 DSP芯片68-69
• 5.1.2.2 STM32芯片69-70
• 5.1.3 硬件電路各模塊設(shè)計(jì)70-78
• 5.1.3.1 信號(hào)放大及通道切換電路70-72
• 5.1.3.2 數(shù)字信號(hào)處理電路72-75
• 5.1.3.3 STM32控制電路75-77
• 5.1.3.4 電源電路77-78
• 5.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)78-85
• 5.2.1 系統(tǒng)總體軟件設(shè)計(jì)78-80
• 5.2.2 DSP模塊軟件設(shè)計(jì)80-84
• 5.2.2.1 超聲波發(fā)射子程序82
• 5.2.2.2 音頻信號(hào)接收子程序82-83
• 5.2.2.3 風(fēng)速風(fēng)向計(jì)算子程序83-84
• 5.2.3 STM32模塊軟件設(shè)計(jì)84
• 5.2.4 DSP與STM32的通信84-85
• 5.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試及誤差分析85-88
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試85-87
• 5.3.2 誤差分析87-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 第六章 總結(jié)與展望89-91
• 6.1 論文總結(jié)89-90
• 6.2 工作展望90-91
• 致謝91-92
• 參考文獻(xiàn)92-94

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李廣峰,劉f ,高勇;時(shí)差法超聲波流量計(jì)的研究[J];電測(cè)與儀表;2000年09期

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本文編號(hào)：975230