基于聚乙烯化物压电薄膜和变化模式分解-扩展卡尔曼过器联合优化高精度超声波空气测量系统
Haodong Niu1,2, Yunbo Shi1,2, Kuo Zhao1,2
1School of Measurement and Control Technology and Communication Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080, China.
Sensors (Basel, Switzerland)
|March 14, 2026
概括
这项研究引入了一个新的超声波风速测量系统,使用PVDF传感器和麦克风. 创新的信号处理显著提高了复杂环境中的准确性和稳定性.
科学领域:
- 声学 声学 在声学方面
- 传感器技术 传感器技术
- 信号处理 信号处理
背景情况:
- 复杂流程中的超声波风速测量有较低的信号噪声比 (SNR) 和波形扭曲.
- 现有的方法在具有挑战性的环境条件下难以获得准确性和适应性.
研究的目的:
- 开发一个改进的超声波风速测量系统,解决SNR和扭曲问题.
- 为了提高超声波气流测量的准确性和稳定性,在各种风条件下.
主要方法:
- 使用聚乙烯化物 (PVDF) 压电膜超声波传感器与麦克风 (MIC) 集成.
- 实现了一个信号处理框架,结合了变化模式分解 (VMD) 和扩展的卡尔曼波器 (EKF) 与交叉相关联插值.
- 利用PVDF的低Q因子和宽带宽,实现全方位传输和高保真接收.
主要成果:
- 与传统EKF相比,VMD辅助的EKF方法提高了SNR约26%.
- 使用拟议的方法,风速测量误差减少了约35%.
- 该系统在广泛的风速范围 (0-60 m/s) 中表现出卓越的稳定性和线性.
结论:
- 拟议的系统显著提高了超声波风速测量的精度和环境适应性.
- 这项工作为气象学和风能评估中的精密仪器提供了理论基础和工程参考.


