点式声学多普勒海流计研究设计.pdf

2015年
仪表故本与传
第11期
Instrument Technique and Sensor
No II
点式声学多普勒海流计研究设计
范寒柏,李瑞琪,赵文成,陈绍权
(1华北电力大学电子与通倍工程系,河北保定071000;2.广西梧州供电公司,广西梧州543000
摘要:针对高精度测量海水流速问题,研究并设计了点式多普勒海流计,基于STM32F407和AVR微处理器进行硬件
开发和软件设计,给出了硬件电路设计及软件流程图,对基于编码驱动的自相关算法进行了分析,对不同算法进行测试
测试结果表明基于编码驱动的自相关算法与传统的FT相比分率更高。
关键词:多晋勃;频瘁响应;低噪声放大;频语估计;自相关算法
中图分类号:TP342
文献标识码:A
文章编号:1002-1841(2015)11-0038-04
Study and Design of Bullet Point Acoustic Doppler Current Meter
FAN Han-bai', LI Rui-qi, ZHAO Wen-cheng, CHEN Shao-quan
( l nstitute of Electrical and Electronic Engineering, College of North China Electric Power, Baoding 071000. China
2. Guangxi Wuzhou Power Supply Company, Wuzhou 543000, China,
Abstract: To solve the problem of measuring seawater flow velocity in high precision, this paper researched and designcd the
bullet point acoustic doppler current meter, developed hardware and designed software based on STM32F407 and AVR micropre-
sor, showed the hardware circuit and software flowchart, analyzed the autocorrelation algorithm based on coding drive, and
made tests for different algorithms. The test results show that the autocorrelation algorithm based on the code driven has higher reso-
lution than traditional FI algorithm
Key words: doppler; frequency response; LNA low noise amplifier; frequency spectrum; autocorrelation algorithm
0引言
1所示
流速是重要的海洋动力学参数,对于海洋环境保护、海洋
环境评价、海洋防灾减灾和海洋气候等方面都有重要的意义。
声学多普勒海流计是利用多普勒效应来测量海水流速的装
置!"?,该装置用来测量某一定点处的流速及方向,适用于含有
适量能反射超声波信号的颗粒物或气泡的液体。声学多普勒
海流计是在改进传统的海洋流速测量方法的基础上发展起来
的高科技产品,它采用雷达与声纳的基本原理,运用现代数
字信号处理技术,无机械转动部件,探头坚冏耐用,不易损坏并
图1海流计测量原理图
且测得的流速有着传统流速仪不能比拟的准确性,可以广泛应
用于海洋流速及内陆河流流速的测量4。研究设计海流流速
设定实际流速方向为图1所示,四个超声波发射探头的频
测量仪器在海洋的研究及探索领域都有着重要意义。
率分别为/23f4,海流中固体颗粒返回来的平均频率为/1
应用原理
f2√3/4。对海流速度n在探头3和探头4方向上进行速度分
声学多普勒效应中,当声源和观察者存在相对运动时,解,即、2,由多普勒计算公式得:
察者接收到的声波频率会偏离声波原来的频率。相对运动
(2
1
速度越大,频率偏移也越大。观察者向着声源运动时,观测者
接收的频率为
由式(2)和式(3)计算出,2,再由速度合成公式=
式中。为声波速度バ为发対験率为返国率:为測者速√+即可求得海流速度。如果海流速度是其他方向,可以通
度
过其他方向的探头进行计算。
考虑海流速度与超声波发射方向不同,设计采用4个且相
2系统概述
邻的两炳垂直的电陶瓷片制成的探头进行超声波的发射接
系统的硬件部分由收发电路2部分构成。系统的工作电
收,流体速度可由相邻两个探头所测得的频移量来计算。如图压为7~12V,其中发射部分由DDS产生2MHz左右的频率信
号,经功率放大驱动输出变压器,再经匹配网络与压电陶瓷片,
收稿日期:2015-04-22收修改稿日期:2015-06-03
达到谐振状态并发出超声波。由于探头收发一体,在发射时,