最近7年，从我厂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/秒以下的风速时，接收到的信号很稳定，但当风速超过20米/秒时，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。