ポリビニリデンフルオライド圧電フィルムと変分モード分解-拡張カルマンフィルターによる共同最適化に基づく高精度超音波風速計測システム

複雑な流場における超音波風速測定は、低信号対雑音比（SNR）および非定常波形歪みに関する課題に直面しています。本研究では、マイクロフォン（MIC）と統合されたポリビニリデンフルオライド（PVDF）圧電フィルム超音波トランスデューサを使用した測定システムを提案し、この問題に対処することを目指します。さらに、変分モード分解（VMD）と拡張カルマンフィルター（EKF）の共同最適化に基づいた信号処理フレームワークを提案し、相互相関補間を統合します。PVDFの低Qファクターと広帯域特性を活用することで、システムはコンパクトな構造設計内で全方向伝送と高忠実度受信を実現しました。実験結果は、提案されたVMD参照信号支援EKF手法がSNRを約26％向上させ、従来のEKFと比較して風速測定誤差を約35％減少させたことを示しました。提案されたシステムは、風速範囲0〜60 m/sにわたり優れた堅牢性と測定線形性を示しました。この提案された方案は、超音波風速測定の精度と環境適応性を大幅に向上させ、気象モニタリングや風エネルギー評価などの分野における精密機器開発のための重要な理論的基盤と工学的リファレンスを提供します。