超聲波風速風向傳感器“讓風輕看得見”

聲源體發(fā)生振動引發(fā)它周圍的空氣產(chǎn)生交替地壓縮與膨脹，并逐漸向外傳播，從而形成聲波，它的單位為赫茲(Hz)。一般來說，人類耳所能聽見的聲波頻率大約在20-20000Hz，我們將低于20Hz的聲波，叫做次聲波，超過20000Hz的聲波，叫做超聲波。

超聲波頻率高且功率大，其能量比一般聲波大得多，而且其波長短，衍射不嚴重，具有良好的定向性，所以在工業(yè)與醫(yī)學上被廣泛應用，如我們熟知的超聲波洗牙，如在工廠中利用超聲波進行切削、焊接、鉆孔等，今天我們來說一說在氣象監(jiān)測中超聲波如何監(jiān)測風速風向的。

用發(fā)送超聲波脈沖，測量接收端的時間或頻率(多普勒變換)差別來計算風速和風向的測量儀器我們稱之為超聲波風速風向變送器，它是超聲波檢測技術在氣體介質(zhì)中的一種應用。聲音在空氣中的傳播速度，會和風向上的氣流速度疊加；若超聲波的傳播方向與風向相同，它的速度會加快;反之，若超聲波的傳播方向若與風向相反，它的速度會變慢。因此，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風速函數(shù)對應，通過計算即可得到精確的風速和風向。

據(jù)歷史記載我國在很早的時候，就已經(jīng)開始對風速風向進行監(jiān)測，比較的有晉代的“相風木烏”及唐朝常用的“五兩”，它們都屬于簡易型風向儀。現(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，在氣象監(jiān)測中常用的風速風向監(jiān)測儀有箭頭式風向變送器、三杯式風速變送器以及超聲波風速風向變送器。

旋翼式風向變送器和三杯式風速變送器都采用機械式結(jié)構(gòu)設計，存在轉(zhuǎn)動部件，監(jiān)測前需要低風速啟動，若風速低于啟動值將不能驅(qū)動螺旋槳或者風杯進行旋轉(zhuǎn)，就不能進行監(jiān)測；而且因其存在活動的部件，容易產(chǎn)生磨損，并受到惡劣天氣的損害。

超聲波風速風向變送器與傳統(tǒng)的機械式風速風向變送器相比，具有以下四大優(yōu)點：一無慣性測量，無啟動風速限制零風速工作，風輕也可以看到。360°無角度限制，能夠同時獲得風速和風向數(shù)值；二采用一體式結(jié)構(gòu)設計，整體無移動部件，外殼采用工程塑料材質(zhì)，磨損小，使用壽命長；三是采用隨機誤差識別技術，大風下也可保證測量的低離散誤差，使輸出更平穩(wěn)；四是設備不需要現(xiàn)場校準和維護。

仁科超聲波風速風向變送器在設備頂部配置了四個方向朝下的超聲波探頭，它們能夠在二維平面內(nèi)循環(huán)發(fā)送和接收超聲波，以超聲波在空氣中傳播的時差通過內(nèi)置的微處理器來計算出測量風速和風向的數(shù)值，通過集中器將數(shù)據(jù)以4G/GPRS的通訊方式將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心或云平臺，供用戶查看。

超聲波風速變送器是一種較為*的測量風速風向的儀器，它很好地克服了機械式風速風向傳感器的缺陷，被應用越來越多的行業(yè)中用于氣象中監(jiān)測風速風向。