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单波束声学多普勒流速仪设计

范寒柏;贾少栓;左保收;李瑞琪

【摘要】随着现代科技的发展，声学多普勒原理在高科技电子测量设备中得到广

泛应用。利用声学多普勒原理进行测速具有测量范围大、测量数据准确、对流场影

响小和可用于极低流速测量等特点。在单探头声学多普勒流速仪中，设计一套完整

的以STM32F407为核心处理芯片，以及超声波发射电路和小信号超声波接收电

路。但是水声环境相当复杂，在高干扰情况下测量结果和真实值存在较大误差。利

用卡尔曼滤波技术对流速仪测量的数据进行实时的滤波处理，并且添加自相关算法

提高实验数据精确度，进一步优化实验结果。在自然环境下的小河中实验，滤波效

果令人满意。%Withthedevelopmentofmodernscienceand

technology,theprincipleofacousticdopplerhasbeenwidelyusedinhigh-

techelectronicmeasuringequipment.Usingtheprincipleof

acoustic,dopplervelocitymeasurementhasthecharacteristicsoflarge

measurementrange,accuratemeasurementdata,smallimpactofthe

convectionfieldandcanbeusedforverylowvelocityflowvelocity

measurement.Thesingleprobeacousticdopplercurrentmeterwas

designedbyacompletesetofprocessingchipwithSTM32F407asthe

core,andtheultrasonictransmittingcircuitandthesmallsignalultrasonic

receivingcircuitweredesigned.Buttheunderwateracousticenvironment

wasverycomplex,andtherewasabigerrorinthemeasurementresults

andtherealvalueinhighinterference.Realtimefilteringprocessingwas

performedbyusingCalmanfilteringtechniquetomeasurethedataofthe

ve-locitymeasurement,andtheselfcorrelationalgorithmwasaddedto

improvetheaccuracyoftheexperimentaldata,furtheroptimizethe

experimentalresults.Inthenaturalenvironmentoftheriverexperiment,the

filteringeffectissatisfactory.

【期刊名称】《仪表技术与传感器》

【年(卷),期】2016(000)009

【总页数】5页(P37-40,97)

【关键词】单探头;多普勒;卡尔曼滤波;流速仪;自相关

【作者】范寒柏;贾少栓;左保收;李瑞琪

【作者单位】华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071000;华北电力大学

电子与通信工程系，河北保定071000;华北电力大学电子与通信工程系，河北保

定071000;华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071000

【正文语种】中文

【中图分类】TH815

流速作为水文监测中的一项重要参数，在研究水资源的分布情况、水资源的合理利

用、防治水生灾害和河流走向等方面有重要意义。随着我国城市化发展的推进，城

市用水和排水都需要进行水文监测；而且农业现代化也急需相关的流速测量设备，

以实现自动化、机械化的现代农业；水力发电工程更是要密切关注流速的实时变化，

收集参数及时安排相关工作。声学多普勒流速仪就此产生，它利用水中悬浮颗粒物

对超声波的反射结合声学多普勒原理来测量流速，整体由超声探头和测量电路板组

成，无机械零部件。传统的测流有浮标漂移测流、走航测流和定点观测流