超声波检测风速风向的三种方法

马晓明

【摘要】随着科技的发展，超声波测量风速风向逐渐替代原始的三杯式测量。本文介绍了三种超声波测量风速风向的方法。它们都可以测量平面内任意方向的风速风向，但是其精确度略有不同。

【关键词】超声波;风速;风向

目前国内外风速风向传感器可以分为三类。第一类为螺旋桨式传感器，第二类为三杯式测量风速、单翼式测量风向的传感器，第三类为超声波传感器。其中超声波传感器测量与其他两类相比具有其独特的优点：它没有机械转动部件，不存在磨损问题;超声波频率快，测量精度高等。

1.超声波测量风速的基本原理

超声波在空气中传播时，顺风与逆风方向传播存在一个速度差，当传播固定的距离时，此速度差反映成一个时间差，这个时间差与待测风速具有线性关系[1]。

对于特定方向的风速测量，可以采用一对收发一体的超声波传感器，保持传感器距离不变，按特定方向放置，以固定频率发射超声波，通过测量两个方向上超声波到达时间，即可得到超声波在顺风和逆风下的传播速度，经过系统处理计算即可得到风速值。

图1 超声波检测风速原理

如图1所示，假设传感器1到传感器2的方向为风向，两超声波传感器距离为d，超声波由传感器1到传感器2的时间的t12，传感器2到传感器1的时间为t21，风速为V，超声波传播速度为Vu，那么可以得到：

从而               （1）

从式中可以看出风速的测量没有包含影响风速测量的超声波传输速度Vu（不同环境下数值不同），即避免了温度等其他因素对系统测量精度的影响。……