智能超声波风速风向测量仪

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智能超声波风速风向测量仪
作者：谢飞宇温馨
来源：《第二课堂(校外活动版)》2017年第08期
目前，常用的风速测量仪器有风杯风速仪、毕托管（或称皮托管）风速仪、热线热膜风速仪、超声波风速仪等。

风杯风速仪一般由三四个半球形或抛物锥形的空心杯壳组成，杯壳固定在互成120°角的
支架上或互成90°角的十字形支架的等长旋臂上。

由于风杯风速仪的体积较大，转动惯性会引起迟滞效应，响应速度慢，且转动部件易产生磨损；容易受到恶劣天气的损害，沙尘和雨雾也会对其造成腐蚀；由于摩擦的存在，低于某个风速时将无法测量。

毕托管风速仪属于单点、定长的接触式测量，测量风速时需要测量出流体的密度，而流体的密度随温度的变化而变化，其输出与风速的平方成正比，当风速较低时，产生的压差较小，灵敏度较低，难以实现精确测量；不适合在烟尘气体环境中进行风速测量，使用受到一定的限制。

热线热膜风速仪的工作原理，是将一根长度远大于热风仪直径的细金属丝探针或敷于玻璃材料支架上的一层金属薄膜元件作为敏感元件放置在风场中，通过电流对金属丝或者金属薄膜加热。

当风速变化时，金属丝或金属薄膜的温度也随之改变，从而改变其电阻值，得到與风速单调相关的输出信号。

热线热膜风速仪不能测量风向，属于接触式测量，探针会对被测流场流动产生一定扰动；同时由于加热丝存在被氧化和污染的问题，且热线容易断裂，所以需要对风速仪进行定期维护和校准；灵敏度随风速的增大而减小，具有明显的非线性，比较适合低风速的测量。

超声波风速仪没有机械转动部件，不存在机械磨损、阻塞、腐蚀等问题，使用寿命长，重量轻；属于非接触式测量，基本上不干扰风场，无压力损失，对测量环境要求不高，适应范围广，且安装维修方便。

传统的超声波风速风向测量大都采用对接收到的超声波信号进行整形成方波信号，然后计算出接收信号的延迟时间的方法得到风速和风向，但该方法精度较低，难以满足风速风向的测量精度要求。

我们的设备利用现代电子技术、通信技术和传感技术，为风速风向的测量提供解决方案，设备由5个部件、1个系统构成：
1. 传感器部件
主要由超声波传感器构成，实现原始信号的采集。