最近7年，從力語超聲購買超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀換能器，來自己設(shè)計(jì)和生產(chǎn)超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀的廠家，越來越多。在設(shè)計(jì)過程經(jīng)常有人提問在20米/秒以下風(fēng)速，接收到的信號(hào)很穩(wěn)定，超過20米/秒的風(fēng)速，接收信號(hào)就開始抖動(dòng)，測(cè)量時(shí)間差就比較難處理。這些風(fēng)速風(fēng)向儀換能器的型號(hào)包括：DYA-200-01A-K-ZXL，DYA-200-01A-ZXL,DYA-200-01DC-ZXL,DYA-200-01KC-ZXL，DYA-200-01MG-ZXL等。
首先分析一下引起信號(hào)不穩(wěn)定的幾種情況：
①聲波方向偏移
風(fēng)速風(fēng)向儀換能器是對(duì)射，或者同一面反射，因?yàn)轱L(fēng)速在傳播，探頭發(fā)射有一個(gè)方向，風(fēng)有一個(gè)方向，兩者疊加起來，會(huì)有偏移。導(dǎo)致發(fā)射出去的聲波被吹偏了。接收信號(hào)就開始抖動(dòng)。
②頻率偏差引起：
超聲波在流場(chǎng)里面?zhèn)鞑?，有多普勒效?yīng)，風(fēng)速越大，頻率偏差越大。每個(gè)換能器都有一個(gè)頻響曲線，發(fā)射可能是200Khz，接收端收到可能就變?yōu)?10KHz或者其他頻率，頻率變了，接收信號(hào)就弱了。
③輻射效率變差
氣體流速越大的地方，密度就越小，氣體聲阻抗變小，輻射阻抗也就變小，輸出信號(hào)也就變小。壓強(qiáng)越小，也就信號(hào)越小。
上面說了一下產(chǎn)生的原因，下面來說一下電路上的解決方法：
第一種：接收電路上做自動(dòng)增益，接收到的不同信號(hào)做不同的放大，都放大到同樣幅度，進(jìn)行AD采樣，再去做算法處理。
比如：接收到的信號(hào)是20mV，就需要放大50倍到1000mV，再進(jìn)行AD采樣。如果接收信號(hào)是2mV，就需要放大500倍到1000mV，再進(jìn)行AD采樣。
第二種：雙波束檢測(cè)法：
緊挨著發(fā)射的2串脈沖，一般認(rèn)為探頭中間經(jīng)過的氣體流速是一樣的。第1串脈沖發(fā)射后，接收電路收到信號(hào)按照之前的放大倍數(shù)放大，比如之前是50倍，如果接收到的信號(hào)是5mV，那么放大后的信號(hào)是250mV，也就是檢測(cè)接收到的峰峰值是多少，根據(jù)這個(gè)放大的信號(hào)來確定接收電路的放大倍數(shù)，比如需要放大到1000mV，實(shí)際需要放大倍數(shù)為：1000mV÷250mV×50倍=200倍。然后發(fā)射一串同樣的脈沖，接收電路根據(jù)前面接收信號(hào)的幅值，把后1串脈沖的放大倍數(shù)調(diào)整為200倍。
以上兩種做法都在實(shí)際產(chǎn)品中有具體應(yīng)用，在用以上方法有一個(gè)前提，就是電路的本體噪聲要足夠低。
做超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀，電路本體噪聲要控制在2mV以內(nèi)才行，如果是做超聲波氣體流量計(jì)，電路本體噪聲最好做到0.3mV以內(nèi)。
如果電路本體噪聲比較大，比如：10mV。那么要達(dá)到10db的信噪比，就意味著發(fā)射端的電壓要做的很高，才能夠讓接收電路正常工作。