[发明专利]一种同步差分风速传感器

说明书

本发明公开了一种同步差分风速传感器，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；换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，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，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；推挽模块的第二端与控制模块的第三端相连；通信接口与控制模块的第四端相连；同步差分控制模块对推挽模块同步差分发送、同步差分接收控制；本发明提供的同步差分风速传感器可提高风速测量准确度和测量范围，适用于恶劣环境下的风速测量，尤其适于在暴风雨、暴风沙、暴风雪环境下的应用。

技术领域

本发明属于微气象监测技术领域，更具体地，涉及一种同步差分风速传感器。

背景技术

在风速测量方面，目前常用的风速监测传感器主要有叶轮式、压差式、热球式和超声波式风速传感器。压差式和热球式风速传感器在户外使用极易受到环境影响，一般应用在室内。叶轮式传感器长时间运行易磨损并且在冰冻恶劣天气条件下测量不准确。超声波式风速传感器的工作原理主要采用一发一收，在恶劣天气环境下声波在传播路径上容易受到雨水或沙尘的干扰形成衰减、反射，影响测量结果的准确性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种同步差分风速传感器，其目的在于解决现有风速传感器在极端恶劣环境下测量结果准确性低的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种同步差分风速传感器，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；

其中，换能器组的输入接口与推挽模块第一端相连，信号处理模块的第一端与换能器组的输出接口相连，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，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，同步差分控制控制模块的第二端与高速同步采样模块的第二端相连；推挽模块的第二端与控制模块的第三端相连；通信接口与控制模块的第四端相连；

其中，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；换能器组用于在推挽模块输出的脉冲控制信号的作用下发送与接收测量声波；

信号处理模块用于对换能器组输出的脉冲电压信号进行滤波放大与限幅处理；

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；

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模拟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；并根据多种多路信号时差，计算风速值；通信接口用于将风速值计算结果发送到终端设备。

优选的，上述同步差分风速传感器，其换能器组包括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；其中，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，1个无方向性柱形超声波换能器设于上述等边三角形的中心位置处。

优选的，上述同步差分风速传感器，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；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。

优选的，上述同步差分风速传感器，信号处理模块包括4组并列的信号处理电路，推挽模块包括并列的4组D类推挽电路；换能器组的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，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；

信号处理电路的数量、D类推挽电路的数量与换能器组所包括的超声波换能器的数量相匹配；其中，换能器组所包括的超声波换能器包括大波束角超声波换能器和无方向性柱形超声波换能器。