[发明专利]一种同步差分风速传感器

权利要求书

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；

所述推挽模块包括并列的4组D类推挽电路；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；换能器组的这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；

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；

所述同步差分发送中的同步是指同一时刻调制2路D类推挽电路驱动各自连接的大波束角超声波换能器或无方向性柱形超声波换能器；同步差分发送中的差分是指由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；

所述同步差分接收中的同步是指同步差分控制模块控制高速同步采样模块同一时刻采集多路超声波转换的电压信号，同步差分接收中的差分是指由3个处于不同位置的大波束角超声波换能器与1个无方向性柱形超声波换能器同时刻接收测量声波。

2.如权利要求1所述的同步差分风速传感器，其特征在于，所述换能器组的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，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组并列的信号处理电路，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。

5.如权利要求1或2所述的同步差分风速传感器，其特征在于，所述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；

所述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；

所述运放放大电路用于将脉冲电压信号放大；所述运放滤波电路用于对放大的脉冲电压信号进行有源滤波处理；

所述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；所述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。