超声波风速风向传感器“让风轻看得见”

声源体发生振动引发它周围的空气产生交替地压缩与膨胀，并逐渐向外传播，从而形成声波，它的单位为赫兹(Hz)。一般来说，人类耳所能听见的声波频率大约在20-20000Hz，我们将低于20Hz的声波，叫做次声波，超过20000Hz的声波，叫做超声波。

超声波频率高且功率大，其能量比一般声波大得多，而且其波长短，衍射不严重，具有良好的定向性，所以在工业与医学上被广泛应用，如我们熟知的超声波洗牙，如在工厂中利用超声波进行切削、焊接、钻孔等，今天我们来说一说在气象监测中超声波如何监测风速风向的。

用发送超声波脉冲，测量接收端的时间或频率(多普勒变换)差别来计算风速和风向的测量仪器我们称之为超声波风速风向变送器，它是超声波检测技术在气体介质中的一种应用。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加；若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快;反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应，通过计算即可得到精确的风速和风向。

据历史记载我国在很早的时候，就已经开始对风速风向进行监测，有晋代的“相风木乌”及唐朝常用的“五两”，它们都属于简易型风向仪。现在随着科技的发展，在气象监测中常用的风速风向监测仪有箭头式风向变送器、三杯式风速变送器以及超声波风速风向变送器。

旋翼式风向变送器和三杯式风速变送器都采用机械式结构设计，存在转动部件，监测前需要低风速启动，若风速低于启动值将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转，就不能进行监测；而且因其存在活动的部件，容易产生磨损，并受到恶劣天气的损害。

超声波风速风向变送器与传统的机械式风速风向变送器相比，具有以下四大优点：一无惯性测量，无启动风速限制零风速工作，风轻也可以看到。360°全方位无角度限制，能够同时获得风速和风向数值；二采用一体式结构设计，整体无移动部件，外壳采用工程塑料材质，磨损小，使用寿命长；三是采用随机误差识别技术，大风下也可保证测量的低离散误差，使输出更平稳；四是设备不需要现场校准和维护。

仁科超声波风速风向变送器在设备顶部配置了四个方向朝下的超声波探头，它们能够在二维平面内循环发送和接收超声波，以超声波在空气中传播的时差通过内置的微处理器来计算出测量风速和风向的数值，通过集中器将数据以4G/GPRS的通讯方式将数据上传至监控中心或云平台，供用户查看。

超声波风速变送器是一种较为先进的测量风速风向的仪器，它很好地克服了机械式风速风向传感器的缺陷，被应用越来越多的行业中用于气象中监测风速风向。