高风速下风速风向仪换能器接收信号不稳定要怎么处理

最近7年，从力语超声购买超声波风速风向仪换能器，来自己设计和生产超声波风速风向仪的厂家，越来越多。在设计过程经常有人提问在20米/秒以下风速，接收到的信号很稳定，超过20米/秒的风速，接收信号就开始抖动，测量时间差就比较难处理。这些风速风向仪换能器的型号包括：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号不稳定的几种情况：
①声波方向偏移
风速风向仪换能器是对射，或者同一面反射，因为风速在传播，探头发射有一个方向，风有一个方向，两者叠加起来，会有偏移。导致发射出去的声波被吹偏了。接收信号就开始抖动。
②频率偏差引起：
超声波在流场里面传播，有多普勒效应，风速越大，频率偏差越大。每个换能器都有一个频响曲线，发射可能是200Khz，接收端收到可能就变为210KHz或者其他频率，频率变了，接收信号就弱了。
③辐射效率变差
气体流速越大的地方，密度就越小，气体声阻抗变小，辐射阻抗也就变小，输出信号也就变小。压强越小，也就信号越小。
上面说了一下产生的原因，下面来说一下电路上的解决方法：
第一种：接收电路上做自动增益，接收到的不同信号做不同的放大，都放大到同样幅度，进行AD采样，再去做算法处理。
比如：接收到的信号是20mV，就需要放大50倍到1000mV，再进行AD采样。如果接收信号是2mV，就需要放大500倍到1000mV，再进行AD采样。
第二种：双波束检测法：
紧挨着发射的2串脉冲，一般认为探头中间经过的气体流速是一样的。第1串脉冲发射后，接收电路收到信号按照之前的放大倍数放大，比如之前是50倍，如果接收到的信号是5mV，那么放大后的信号是250mV，也就是检测接收到的峰峰值是多少，根据这个放大的信号来确定接收电路的放大倍数，比如需要放大到1000mV，实际需要放大倍数为：1000mV÷250mV×50倍=200倍。然后发射一串同样的脉冲，接收电路根据前面接收信号的幅值，把后1串脉冲的放大倍数调整为200倍。
以上两种做法都在实际产品中有具体应用，在用以上方法有一个前提，就是电路的本体噪声要足够低。
做超声波风速风向仪，电路本体噪声要控制在2mV以内才行，如果是做超声波气体流量计，电路本体噪声最好做到0.3mV以内。
如果电路本体噪声比较大，比如：10mV。那么要达到10db的信噪比，就意味着发射端的电压要做的很高，才能够让接收电路正常工作。