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超聲波風向風速儀原理

風矢量是基本的氣象要素之一，也是大氣邊界層最基本的特征量之一。現(xiàn)代氣象監(jiān)測站多向著全天無人值守發(fā)展。建立自動氣象監(jiān)測站，迫切需要精度高，免維護的自動監(jiān)測儀器———包括達到此要求的風向風速記錄儀。傳統(tǒng)的機械式風速風向儀存在轉(zhuǎn)動部件，容易產(chǎn)生磨損。機械結(jié)構(gòu)可能受到惡劣天氣的損害。沙塵和鹽霧也會對其造成腐蝕。同時，由于摩擦的存在，機械式風速風向儀還存在啟動風速。低于啟動值的風速將不能驅(qū)動螺旋槳或者風杯進行旋轉(zhuǎn)。因此對于低于啟動風速的微風，機械式風速儀將無法測量。為克服傳統(tǒng)風杯式風速風向儀的固有缺點，新型超聲波風速風向儀應運而生。

超聲波風速測量技術(shù)測量儀器沒有活動的機械部件，取而代之的是若干個超聲波傳感器。理論上可以測量的風速范圍下限為零，不存在啟動風速；風速上限可以根據(jù)傳感器間距進行調(diào)整。

用超聲波測量風速風向，其核心在于測量超聲波在空氣中傳播的時間，即所謂的飛渡時間（TOF，time of flying），超聲波從一個探頭傳送到另一個探頭所需要的時間是與風速以及超聲通路有關(guān)。順風將使超聲信號傳播時間遞增，逆風將會使之遞減。如果風速為零，信號雙向的傳輸時間相等。如果在兩個不相關(guān)方向上同時測量風速，就可以通過三角學合成計算出風速以及風向。依此原理，超聲波風速風向記錄儀可僅僅使用三個探頭即可確定平面中的風速風向。