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超声波隧道风速测量技术研究

欧冰洁  
【摘要】: 目前,我国公路隧道建设与日俱增,隧道安全运营问题显得越来越突出,隧道环境监测与控制成为公路隧道安全运行的重要课题。通风系统是隧道行车安全的重要保障,而风速值是通风系统调整工作状态的重要依据,隧道风速的实时检测有着非常重要的意义。本文主要研究超声波隧道风速实时检测技术,开发适用于隧道环境的风速仪。文中详细分析了超声波风速测量原理,建立了测量模型,提出了一种±180ο数字鉴相新方法。采用CPLD及AVR单片机完成了测量系统的设计和调试,并进行了实验验证。 论文的主要工作包括以下几个方面: 1:论述了基于超声波原理的风速测量技术,比较了超声波风速测量的各种方法,根据实际测量要求选择了相差法超声波风速测量方法。详细建立了相位差法测量的数学模型,为系统设计打下了坚实基础。 2:利用建立的超声波相差法风速测量模型详细分析了测量误差来源和精度提高途径,优化设计了系统机械结构。 3:设计制作了超声波发射和接收电路,并对电路性能进了实验。 4:分析了鉴相精度提高的方法和数字鉴相的原理。创新设计了一种新的能实现±180ο数字鉴相器,并利用复杂可编程逻辑器件(CPLD)实现了信号辨向和高精度相位检测。 5:以单片机ATMEGA128和CPLD为核心,设计制作了风速仪测量系统电路,编制了风速仪软件,实现了风速测量,系统控制和RS232通讯。 6:完成了风速仪整机制作,完成了整机性能调试和实验验证。


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