超声波风速风向仪设计说明
高精度超声波测风仪的设计
高精度超声波测风仪的设计摘要：设计一种能用于低空风速风向测量的新型超声波测风仪。
给出了超声波测风的基本的原理，并对系统采用的互相关时延估计算法进行分析，详细描述了超声波测风仪的系统结构和时序控制。
实验证明：该系统可以精确测量风速与风向，并具有频响快，工作可靠等特点，可以用于机场区域低空风场情况的实时监测。
关键词：超声波测风；互相关检测；超声波传感器Design of ultrasonic anemometer of high precisionAbstract：a new ultrasonic anemometer which is used to measure low-level wind speed and direction is designed .the principle of the ultrasonic wind measurement is described ,and the cross-correlation time delay estimation algorithm of system is analyzed .system cofiguration and timing controll of ultrasonic anemometer are descibed in detail .experiments testify the system can accurately measure wind speed and direction .it also has others advatages ,such as fast frequency response ,good reliability ,etc .so it can be used for realtime monitoring of the situation the low-level wind field at airport.Key words : ultrasonic wind measurement; cross-correlation detection; ultrasonic transducer0前言在民航运输中，风对飞机安全进场离场影响很大：风机起降时必须根据近地面的风速和风向选择适宜的起飞、着陆方向；低空风场情况复杂时（如存在低空风切换[1]）还会根据实际情况推迟或取消航班。
超声波风速风向仪设计说明
超声波风速风向仪设计1.研究背景及意义风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。
风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。
杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。
热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。
这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。
现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。
2.国外研究历史及发展状况超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。
70年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的PLL（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。
同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。
该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。
80年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。
90年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。
从国、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。
当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果,其销售份额也排在前几位。
日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。
超声波风速风向仪设计汇总
超声波风速风向仪设计汇总硬件设计方面，首先需要设计超声波传感器模块。
该模块由超声波发射器和接收器组成。
超声波发射器产生超声波信号，而接收器接收回波信号。
这两个模块之间的距离可以确定风速的大小。
接下来是信号处理模块的设计。
该模块将接收到的超声波信号进行放大和滤波处理，以减少噪声的干扰。
随后，模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
为了确定风向，需要设计方位传感器模块。
该模块可以测量超声波传感器模块相对于北方的角度。
这将使我们能够确定风的方向。
算法设计方面，首先需要进行数据校准。
这个过程可以通过将风速仪放置在已知风速下进行校准。
通过比较已知的风速数据和测量的数据，我们可以确定校准系数。
这些系数将用于计算真实风速。
然后，需要设计算法来计算风速和风向。
这可以通过计算超声波传感器模块之间的距离差来实现。
距离差越大，风速越大。
同时，通过计算方位传感器模块相对于北方的角度，可以确定风的方向。
最后，还需要设计用户界面模块。
该模块用于显示风速和风向的数据。
可以使用LCD显示屏显示这些数据。
用户还可以通过按键来选择不同的功能和模式。
总结来说，超声波风速风向仪的设计包括硬件设计和算法设计两个方面。
硬件设计主要涉及超声波传感器模块和方位传感器模块的设计，以及信号处理模块和数据采集模块的设计。
算法设计主要涉及风速和风向的计算算法和数据校准算法。
同时，还需要设计用户界面模块来显示数据和提供用户交互。
这些设计可以使超声波风速风向仪准确地测量风速和风向，具有较高的实用性和可操作性。
深圳市智翔宇仪器设备 CFF-Ⅱ 超声波风速风向仪 说明书
4.3.2重要提示：
a.不要把线缆中的任何导线相互连接在一起，以免对仪器造成损害。裸露的 导线必须屏蔽起来，不要把仪器0V、加热、模拟输出0V或数字输出Data连接到一块或接地。 b.终端盒到主机系统的线缆类型必须符合如上规格。必须给线缆开出合适的 管道或电缆槽，以避免机械装置对线缆的伤害。必须使用束线夹或束线 带对线缆进行固定，以减少线缆对连接头的拉扯。
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CFF-Ⅱ超声波风速风向仪说明书
4.6 机械装置 4.6.1仪器的固定
用户可根据实际需要，灵活地选择安装方式。但必须保证仪器垂直放置，固 定牢固。推荐使用的安装方式如右图所示：
固定柱(圆通） 外径 连接深度45 电缆
仪器由八个 的顶丝固定
固定柱必须做防锈处理或不锈钢材质。
4.6.1方向的确定
风速仪筒体上的刻度槽为“零位”指示标记（如右 所示） ，它对准的仪器所测风向的相位为零度。通 常以此来确定仪器的安装方位。为准安装仪器，在 安装过程中，必须先用精密的方向测定仪器测定某 个固定方向。 “零位”指示点依据这个方向来确定
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CFF-Ⅱ超声波风速风向仪说明书
读地址 09 仪器的风速（4-20mA 输出）满量程（20mA）校正值，返回校正 值为-8。 命令：$093+（CR） 接收：!09（CR） 使 09 仪器的风速（4-20mA 输出）满量程（20mA）校正值加 1，返回校正 值设置成功。 命令：$093-12（CR） 接收：!09（CR） 设置地址 09 仪器的风速（ 4-20mA 输出）满量程（ 20mA）校正值为 -12 ， 返回设置成功。
二、概述
CFF-II型超声风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测 量。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。 由于声波在空气中传播时 ， 它的速度受温度的影响很大；本风速仪检测两个通道上的两个相反方向，因此温 度对声波速度产生的影响可以忽略不计。 它具有重量轻、没有任何移动部件，坚固耐用的特点，而且不需维护和现场 校准，能同时输出风速和风向。客户可根据需要选择风速单位、输出频率及输出 格式。也可根据需要选择加热装置（在冰冷环境下推荐使用）或模拟输出。可以 与电脑、数据采集器或其它具有RS485或模拟输出相符合的采集设备连用。如果 需要，也可以多台组成一个网络进行使用。 CFF-II 型超声波风速风向仪是一种较为先进的测量风速风向的仪器。 由于它 很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷， 因而能全天候地、 长久地正常工作 ， 越来越广泛地得到使用．它将是机械式风速仪的强有力替代品。
超声波风速仪的设计
超声波风速仪的设计摘要风作为一种自然现象,它是影响气候变化的最重要因素之一。
本身又蕴藏着巨大的能量,能对人类活动产生重大影响。
风能利用也已经成为解决全球能源问题的重要方案之一。
风向风速测量仪用于测量目的地的风向风速,其测量到的瞬时风向风速,经计算处理可输出瞬时风速风向值、平均风速风向值、最大风速等数据。
基于超声波的风速测量仪器结构简单、无运动部件、使用寿命长，利用超声波收、发换能器发送接收脉冲信号，没有零点漂移，以上优点很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷，因而能全天候地、长久地正常工作，越来越广泛地得到使用。
它将是机械式风速仪的强有力替代品。
本设计采用STC89C52单片机作为模块处理器，使用四个超声波探头，东西方向及其南北方向各放置一对超声波探头，通过测量两对超声波接收时间差，利用时差法分别计算两个方向的风速，最后通过向量的叠加来实现风速的测量，包括大小及其方向。
由于温度对超声波的传播具有一定的影响，故在本设计中对声波的传播进行温度补偿，温度补偿的实现通过性能稳定的温度传感器DS18B20进行温度检测，从而实现风速的补偿。
在通信模块中，通过RS485通信技术，采用MODBUS协议，并且带有CRC 校验，将单片机采集的数据经过处理计算上传至上位机，实现上位机对风速的监测、存储、分析，进而实现在上位机上完成数据的显示、风速风向的测定值的显示、历史数据的查询等扩展功能。
超声波的风速测量仪研究的目的是实现风速风向的自动测量，提高风速测量的精度，扩展风速测量范围，进而取代目前国内市场上缺陷颇多的传统机械旋转型风速仪；引入RS485通信技术，使区域气象监测更具自动化、智能化。
关键词：STC89C52单片机；超声波;TDC-GP21；RS485通信；ABSTRACTThe wind as a natural phenomenon, it is one of the most important factor in the impact of climate change . Itself has huge energy,which can have a significant impact on human activities. Wind energy has become one of the important solutions to solve the problem of global energy. Ultrasonic anemometer is used to measure wind direction and speed, the measured instantaneous wind direction and speed, the calculation by computing, can be output value, average wind speed and direction values,maximum wind speed data. The anemometer based on the ultrasonic ,simple structure, no moving parts ,long service life, sent to send and receive pulses signal by ultrasonic transducer , no zero drift. The advantages aboved is to overcome the inherent flaws of mechanical anemometer. So it can work around the clock, normal for long, more and more widely used. It will be a powerful alternative of mechanical anemometer. This design adopts STC89C52 microcomputer as the processor module . It uses four ultrasonic probe, the east-west and north-south direction placed a pair of ultrasonic probe, by measuring the time of ultrasonic transmitting and receiving . Time difference method is used to calculate wind speed and finally getting the result by vector superposition including the size and direction. Due to the influence of temperature on the ultrasonic transmission, so in this design temperature compensation is used , the realization of temperature compensation by temperature sensor DS18B20 that has stable performance , so as to realize the compensation of wind speed. In communication module, through the RS485 communication technology, adopts the MODBUS protocol, and with a CRC check. The microcomputer collect processed data to upload the first machine , realizing wind speed monitoring, storage, analysis. The purpose of ultrasonic anemometer is to realize the automatic measurement of wind speed and direction, improve the accuracy of measurement, expanding the range of wind speed measurement . Introduction of RS485 communication technology, make the regional meteorological monitoring more automatic and intelligent.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1 背景与意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.3 设计的任务与要求 (3)1.4 本设计的创新点 (3)2 系统的总体方案设计与论证 (4)2.1 系统的整体方案设计 (4)2.2系统的整体方案论证 (5)3 系统的硬件设计 (6)3.1 单片机简介 (6)3.2超声波的概述 (8)3.3电源模块 (10)3.4 风速仪的测速原理 (12)3.5 超声波反射接收模块 (14)3.6 485通讯模块 (15)3.7温度补偿模块 (17)4 系统的软件设计 (19)4.1 计算风速算法的选择 (19)4.2 主程序流程图 (21)4.3 温度测量部分的软件设计 (21)4.4 485通讯模块的软件设计 (23)4.5 上位机软件设计 (25)结论 ............................................... 错误!未定义书签。
基于DSP的超声波式风速风向检测仪的设计
1 超声波风速风向检测仪的结构和测量原理
超声 波 测风 采 用 时差 法 ， 其 原理 是 利 用 超 声 波 信 号 顺 风 和逆风传播的时间差来测量风速和风向 。 超声波时差法测风 模型 如 图 1 所 示 。 A 、B 分 别为 收 发 一体 式 超 声 波 换 能 器 ， 超 声 波 换能 器 A 和 B 的连 线 与 风向 成 45 度 角 ， 设 置 A 与 B 的 收稿日期 ：2014-04-23 稿件编号 ：201404216
达到 100 MHz ， 最 小 检 测分 辨 率 也只 有 10 ns ， 误 差比 较 大 ； 超 声 波 在 空气 中 传 播速 度 受 温度 影 响 ， 需要 对 温 度 造 成 的 误 差 进 行 修正 ； 同 时 超声 波 换 能器 在 接 收超 声 波 时是 逐 步 起 振 和 余 振逐 步 消 失的 过 程 ， 因此 由 硬 件带 来 的 误差 对 时 间 差 的 测 量具 有 较 大的 影 响 ， 采用 直 接 测量 时 间 差的 方 法 会 造 成 测 量 结果严重失真 [8-9]。 本文测量超声波在空气中传播的时间差 ， 采用对时间测 量信号进行互相关法进行计算 ， 互相关法的优点在于其测量精 度高 ，对环境噪声具有很强的免疫性 。 相关函数描述了一个信号 过去时间和现在时间的相互关系 ， 也可以估计信号的下一个取 值 ， 相关函数能够描述两个信号之间的相互关系或者相似性程 度。 由信号相关性可知，r1（t）和 r2（t）的互相关函数 R12（t）为
VAB=- L （tBA-tAB） tAB*tBA
当 tAB=tBA 时 ， 风速为 0 ， 因此风速表达式可以写为
VAB=
L （tBA-tAB） tAB*tBA
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超声波风速风向仪设计
超声波风速风向仪设计1.研究背景及意义风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。
风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。
杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。
热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。
这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。
现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。
2.国外研究历史及发展状况超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。
７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。
同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。
该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。
８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。
９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。
从国、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。
当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。
日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。
超声风速仪的设计与研制
超声风速仪的设计与研制随着全球气候变暖，环境污染日益严重，气象学在日常生活中扮演着越来越重要的角色。
而风速是气象学的一个重要参数，因此，精确测量风速的设备和技术变得尤为重要。
近年来，超声波测速法成为了一种重要的测风技术，并且得到了广泛应用。
据此，本文将从设计与研制角度，介绍超声风速仪。
一、超声风速仪的原理超声风速仪采用超声多普勒效应，即利用超声波在气体中的散射和受回波强度影响来确定气流速度和方向。
它利用超声波在气体中传播的速度小于在固体中传播的速度的特点，将声波传播到气流中，并测量气流对声波的回波信号。
根据多普勒效应，当气流向声波源接近时，回波频率增大；气流离声波源远离时，回波频率减小。
通过计算这种频率变化，就可以得出气流的速度。
二、超声风速仪的优点1. 测量范围广：超声风速仪能够测量从几米每秒到300米每秒的宽范围速度。
2. 省电：超声风速仪的工作电流非常小，因此它使用电池操作通常可以持续数月。
3. 精度高：超声波以声速传播，不受外部环境干扰，并且它的速度测量精度高，可以达到0.01米每秒。
4. 可靠性高：超声风速仪是非接触的，无需移动部件，减少了机械磨损，从而提高了它的可靠性。
三、超声风速仪的设计与制造超声风速仪的设计和制造需要多项技术的支持，包括实现超声波的发射与接收，实现频率变化的计算，以及对测量中的干扰进行抑制。
1. 超声波的发射与接收超声风速仪需要通过发射超声波来测量气流的速度，同时还需要接收超声波的回波信号。
为了实现这些功能，超声风速仪需要一个发射超声波的装置和一个接收回波的传感器。
发射超声波的装置通常是一个或多个压电换能器，它能将电信号转换为机械能，并震动产生超声波，通常采用50kHz频率的超声波。
接收回波的传感器也是一个压电换能器，它能将机械能转换为电信号，并将回波传送到信号处理器。
2. 频率变化的计算超声风速仪测量气流速度需要计算回波频率的变化。
日常使用中，我们需要一个微观控制系统，它包括一个微控制器、频率折返器和运算放大器。
矿用超声波风速风向仪及其测风方法与设计方案
本技术涉及一种矿用超声波风速风向仪及其测风方法，其中，所述超声波风速风向仪包括主控模块、滤波电路、信号放大电路、按照空间三维坐标系分布的六个超声波收发传感器、数据处理模块、服务器及电脑终端；所述空间三维坐标系中包括三条互相垂直的坐标轴，每条坐标轴上各分布两个相对的超声波收发传感器，每条坐标轴上的两个超声波收发传感器在原点两侧对称分布。
本技术提供的矿用超声波风速风向仪及其测风方法，能够适应矿井恶劣的使用环境。
技术要求1.一种矿用超声波风速风向仪，其特征在于，包括主控模块、滤波电路、信号放大电路、按照空间三维坐标系分布的六个超声波收发传感器、数据处理模块、服务器及电脑终端；所述空间三维坐标系中包括三条互相垂直的坐标轴，每条坐标轴上各分布两个相对的超声波收发传感器，每条坐标轴上的两个超声波收发传感器在原点两侧对称分布；其中：所述主控模块发送开始测量信号，所述滤波电路及所述信号放大电路开始工作，所述超声波收发传感器两两对发测速超声波信号，直至所有超声波收发传感器均完成测速超声波信号的收发；所述主控模块将测定数据传输到所述数据处理模块进行数据处理，以获得矿井巷道的风速风向信息；所述数据处理模块通过RS485或WIFI信号将所述风速风向信息传输到所述服务器及控制电脑终端。
2.根据权利要求1所述的矿用超声波风速风向仪，其特征在于，所述超声波收发传感器包括超声波换能器、收发信号主控模块、声波发射驱动模块、滤波放大模块、时间计算单元、信号处理模块以及回波信号接收模块，其中：所述超声波换能器包括依次相连的缓冲保护层、声波吸收物质和控制电路模块，所述超声波换能器的外壳上涂有隔音涂层，所述缓冲保护层中设置有压电振子，所述控制电路模块通过信号线缆与外部进行数据交互。
3.根据权利要求2所述的矿用超声波风速风向仪，其特征在于，所述缓冲保护层由硬质硅脂材料构成，以保护所述超声波换能器内部的压电振子及控制电路模块不受井下环境的影响。
超声波风速风向仪(三维) DEL 5013
数字输出 通讯： 波特率： 模拟输出 输出模式： 电源要求: 重量： 尺寸： 防潮： 工作温度： 湿度： 4~20mA, 0~5V 12~30V DC (12mA @24V DC) 2.5Kg 750mm x 240mm IP66 -40℃ ~ +70℃ 5% ~ 100% RH RS485 2400 ~ 115200
气 象 仪 器
超声波风速风向仪(三维) DEL 5013
技术指标 风速 风速范围: 分辨率： 测量误差： 风向 风向范围: 分辨率： 测量误差： 内部采样率： 概述： DEL 5013 三维超声波风速风向仪，能 准确测出大气中的立体风速风向，能真实 反映气流的流动状况，以及捕捉空气中的 湍流、瞬间的阵风。所有这些领域的研究 是基于精准的风速平均值和差异值的测量 和源于温度之声速（SOS）的测量。三维超 声波风速风向仪是测量大气风速风向流动 状态的最精准工具！ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ~ 359.9° 0.1° ±2°（当风速=10 米/秒） 15Hz 格式 XYZ、极坐标 频率 1~ 3600s 0~60 m/s 0.1m/s ±2%（当风速=10米 /秒）
贝良超声波风速风向仪使用说明书
贝良超声波风速风向仪使用说明书
1.在合适的位置固定仪器主机和测量传感器。
2.根据仪器要求连接供电电缆。
3.将风速风向传感器与主机连接。
4.根据使用手册的说明进行校准。
使用步骤：
1.打开仪器的电源，启动设备。
2.选择测量模式，如：平均、瞬时、最大、最小等。
3.设置测量范围、采样频率等参数，根据实际情况进行调整。
4.根据测量结果判断天气状况，如风速和风向。
注意事项：
1.在安装和使用时，要注意防水、防震。
2.设备应安装在平坦、稳定的地面或平台上，避免因风吹、震动等外力干扰而影响精度。
3.在低温、高温、潮湿环境下，仪器的测量精度可能会受到影响。
4.在使用过程中，应注意保养和维护，避免损坏和故障。
5.在使用和维护时，应按照使用手册的指导进行操作。
超声波风速风向测试仪的设计
／ ｉ
ｍ
风向ｅ 公式： ｃ ｏ ｓ 设ｉ Ｆ ＿ 东方向为 ０ ｏ ， 角度按逆时针方 具体原理 图见 图 １ ， 首先 ｌ 探头作为发射探头， ２探头作 向增大。 为接收探头 ， 进行 测量时得到一个 时间， 然后 ２探头作为发射 将东西方 向上风速及 公式（ ２ ） 求得风速代入 可得 ： 探头， １ 探头作为接收探头得到相对方向上的另一个 时间 。
斟协论坛 ・２ ０ １ ３年第 ７ 期（ 下 ）——
４超声 波风速风 向测试仪 的实现
超 声波风速 风 向测试 仪硬件模 块主要有超 声波传感 器、 超声波发送驱动及接收处理电路、 实时时钟、 Ｆ Ｌ ＡＳ Ｈ、 Ｒ Ｓ ４ ８ ５ 、 设计中使用的超声波探头为美 国ＡＩ ＲＭＡ Ｒ公司的Ａ Ｔ ２ ０ ０ （ ２ ０ ０ ｋ ｈ ｚ ） 探 头， 探头推 荐的接收范围为 ｌ Ｏ ｃ ｍ～ ２ ｍ， 典型应用 Ａ Ｄ采样 、 探头温度测量 也路、 探头力 ｆ Ｊ 热 电路等。系统方框 图 为 １ ２ ｃ ｍ ～２ ｍ。为使测试仪结构 小巧，四个探 头分别在东、 如 图 ４所 示 。
系列单片机进 行控制准确获取 时差 ， 实现风速风 向测量。该测试仪在风洞测试时， 获得较高地精度和稳定度。 关键词： 超声波 风速风 向 时差法 中图分类号： Ｔ Ｐ ２ ７ ４ ． ４ 文献标识码： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ７ ． ３ ９ ７ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ０ ７ ． １ ０ ４ ． ０ ３
同 理 可 求 得 南 北 方 向 上 风 速 为ｖ ｗ ｙ ： ｖ ＝ 导（ ÷一 士）
进而得 出风速 Ｖ 与 ｖ 、 ｖ 、 ｖ 的关系式： Ｖ ， ２ ￣ － ｔ － Ｖｗ ｙ 。 代入化简可得风速 ： Ｖｗ ＝ ： 一 ａ ｔ １） ， ＋ （ １ １） ２（ ２ ）
超声波风速风向测试仪的设计
超声波风速风向测试仪的设计摘要：该设计的超声波风速风向测试仪具有低功耗、精度高、可靠性强、检测速度快、检测范围大（测量范围：0～60m/s）等特点。
该测试仪，基于传统时差法的超声波风速风向检测方法，并采用同侧v 型安装方式，由dspic33f系列单片机进行控制准确获取时差，实现风速风向测量。
该测试仪在风洞测试时，获得较高地精度和稳定度。
关键词：超声波风速风向时差法中图分类号：tp274.4 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2013）007-104-031 引言近几年，用超声波实现风速风向检测一直是个炙手可热的课题，目前该技术在国外已应用的非常成熟，而在国内该技术用于测风领域还处于发展阶段。
国内生产的自动气象站在测风领域大都仍采用传统的机械式测风技术，超声波测风技术未得到广泛应用。
近些年，随着国外超声波测风设备的流入，国内超声波测风的设备几乎都被国外厂家占据，而国内厂家仍未生产出成熟的超声波测风设备。
随着气象站在各个领域的广泛应用，超声波测风设备由于其具有传统机械式测风设备所不具有的独特优势，必将占据更大的市场份额。
鉴于此，本文设计的超声波风速风向测试仪具有量程宽、精确度高的优点，且能快速应用于自动气象站。
2 超声波时差法测风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。
对于特定风向传播（如东西方向或南北方向），可选用一对收发一体的超声波探头，保证两探头距离不变，按东西或南北方向放置，以固定频率顺序发射超声波，测量两个方向上超声波到达时间，由此得到顺风的传播速度和逆风的传播速度，经过系统处理换算即可得到风速值。
具体原理图见图1，首先1探头作为发射探头，2探头作为接收探头，进行测量时得到一个时间，然后2探头作为发射探头，1探头作为接收探头得到相对方向上的另一个时间。
图1 超声波风速、风向测量原理图设南北（或东西）两超声收发器的距离为d，顺风传输时间为t12，逆风传输时间为t21，风速为vw，超声波传播速度为vc，可得：=vc+vw=vc-vw化简可得：vw= （-）（1）该方法能准确测得单一方向的风速。
风力发电机组风向风速仪原理及注意事项
1. 二维超声波风速风向仪产品介绍：JC-NU60F-2D1型超声风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。
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。
由于声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；本风速仪检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。
它具有重量轻、没有任何移动部件，坚固耐用的特点，而且不需维护和现场校准，能同时输出风速和风向。
客户可根据需要选择风速单位、输出频率及输出格式。
也可根据需要选择加热装置（在冰冷环境下推荐使用）或模拟输出。
可以与电脑、数据采集器或其它具有RS485或模拟输出相符合的采集设备连用。
如果需要，也可以多台组成一个网络进行使用。
JC-NU60F-2D1型超声波风速风向仪是一种较为先进的测量风速风向的仪器。
由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷，因而能全天候地、长久地正常工作，越来越广泛地得到使用．它将是机械式风速仪的强有力替代品。
2.二维超声波风速风向仪产品技术参数说明：3. 二维超声波风速风向仪产品尺寸以及安装固定方式：对于对于风力发电机组来说红色标记必须对准机头，寻找风向。
问题一、这个东西怎么测量风速风向呢？超声波风速仪广泛应用于气象、风电、环境、桥梁、隧道等各种领域。
风速仪的种类繁多，其中风杯式和螺旋桨式应用最为广泛。
但是由于传统的风杯式和螺旋桨式风速仪存在旋转部件，存在摩擦损耗，而且很容易受到冰冻和雨雪天气的干扰，这种风速仪的精度不高。
超声波风速仪拟补了以上缺陷，它测量精度高、使用寿命长、体积小而且能够测量瞬时风速，超声波风速仪根据原理可分为时差法、反射法、多普勒法等类型，其中时差法的应用最为广泛。
测试系统设计
测试系统设计超声波二维风速风向测量系统设计班级；姓名：学号：超声波二维风速风向测量系统设计超声波二维风速风向测量系统工作原理为：由控制芯片发送超声波驱动控制信号，经驱动电路整理后作为超声波传感器的驱动信号，利用超声波传感器组将当前风矢量信息转换为电信号送进信号接收电路，再经信号处理电路的滤波放大、整形、相位差测量，获得与风矢量信息具有特定关系的相位差信号后将其送入控制系统进行运算、处理、补偿后获得风速风向信息，送至数码显示同时进行信号输出。
超声波二维风速风向测量系统原理框图如图2-2 所示。
指向性送波器的声响输出比称为指向性增益。
频率越高、振动面积越大，指向性越尖锐，可高效地发射声波。
指向性很大程度上还受到传感器喇叭的形状、振子的振动模式等的影响，所以应根据要检测的动作区域，来决定传感器部分的形状、使用频率、振子的种类等。
从振子中心，即声响能级(声强)从最设计概述风矢量(包含风速、风向信息)是很多环境中重要监测指标之一，所以对风矢量的测量在工业、气象等很多领域都具有重要意义。
风矢量测量应具有实时、精确、简单可靠等特点。
为满足风电机组对35m/s及全角度风速风向精确测量的要求及对风量传感装置体积的要求，同时也为了将本设计进一步拓展到小型气象站等应用场合，本设计讨论一种以超声波传感器为元件，将被测环境中的风矢量信息转化成电信号，送入以单片机为核心的处理单元，进行实时分析计算和LCD显示输出当前风速风向值。
主要的设计指标有：工作温度：-40~60℃相对湿度：0~98 %大气压力：80~106 kPa 测量范围：0~40 m/s；0~ 359 °(度)分辨率：0.1 m/s 精度：±1%超声波风速测量技术的迅速发展使其优于传统机械式测量法的特点更加显著：可测量微风速、理论测量无上限、对待测风场没有影响、不受气流成分的变化影响、无转动部件、无机械惯性、机器损耗小、无需启动风速、维修保养方便。
超声风速仪原理及设计方案
1 基于时间差法超声波风速仪的设计
利用超声波测量风速可采用时间差法、相位差法和频率差法等几类方法。
其中，相位差法与测试环境温度有关；频率差法稳定性较差；时间差法与测试环境温度、湿度均无关且相对较稳定，同时，时间(时间差)也是人类至今为止测试精度最高的物理参量，因此。
目前人们普遍采用时间差法来设计、研制风速测试仪。
该项目采用时间差法设计并研制超声波风速测速仪。
2 时间差法超声波风速仪工作原理
基于时间差方法超声波风速测速仪设计
方案如图1所示。
信号控制系统发出一次触
发信号触发x 轴线上一对超声波探头中的一
个，使其发射频率为f 的超声波脉冲串，该脉
冲串经顶部反射面反射后(如图2)，由该方向
的另一超声波探头接收，接收超声波信号经
放大器放大后，由接收机记录超声波传输时
间t 1x ；然后，信号控制系统再发出一次触发
信号触发x 轴线上一对超声波探头中的另一个，而第一次作为发射源的超声波探头作为接收器，重复上述步骤，记录超声波传输时间t 2x ；依据两次测量情况下超声波传输的时间差(t 2x - t 1x )，计算风的x 向速率v x ；同理，信号控制系统分别沿y 方向顺风、逆风各发射一次超声波脉冲串，通过时间差(t 2y - t 1y )计算风的y 向速率v y ；按矢量合成法则，可计算得到风速的速率以及风速方向；最后将计算结果传入显示系统显示。
图1 基于时间差法风速测速仪设计方案
图2 超声波束传输路径。
超声波风速风向仪设计
超声波风速风向仪设计一、介绍二、超声波发射与接收超声波风速风向仪的发射与接收系统是基于超声波传感器的，它包括一个发射器和多个接收器。
发射器通过产生超声波脉冲发射向前方，而接收器则用于接收回波信号。
发射和接收器之间的距离需要保持一定的间隔，以便能够准确测量回波的时间差。
三、测量回波时间差超声波风速风向仪通过测量回波的时间差来计算风速。
当超声波发射器发射脉冲后，它会遇到空气中的颗粒，从而产生回波。
接收器接收到回波信号后，通过测量回波的时间差来计算超声波在空气中传播所需的时间。
回波时间差越小，风速越快；回波时间差越大，风速越慢。
四、计算风速和风向在得到回波时间差后，通过计算风速和风向来实现对风的测量。
风速可以通过回波时间差与超声波在空气中传播的时间之比来计算。
风向则可以通过回波的相位差来计算，相位差的大小和方向可以确定风的来向。
通过将测得的风速和风向输出到显示屏或计算机上，用户可以实时了解当前的风速和风向信息。
五、其他考虑因素除了以上的关键设计要素外，超声波风速风向仪的设计还需要考虑其他因素，如传感器的精度、工作温度范围、防水性能、电池寿命等。
传感器的精度对于测量结果的准确性至关重要，高精度的传感器可以提供更加可靠和精确的测量结果。
工作温度范围需要根据实际应用场景进行选择，以确保仪器在各种环境条件下的正常工作。
防水性能则是用于保护仪器不受外界湿度和水分的侵蚀。
电池寿命则决定了仪器的使用寿命和便携性。
总结：超声波风速风向仪是一种用于测量风速和风向的仪器，其主要原理是通过发射超声波脉冲并测量回波的时间差来计算风速。
通过设计合适的超声波发射与接收系统、准确测量回波时间差、计算风速和风向等，可以实现精确、可靠的风速和风向测量。
同时还需要考虑其他因素如传感器的精度、工作温度范围、防水性能、电池寿命等，以满足各种实际应用场景的需求。
超声波风速风向传感器产品说明书
485型风速风向仪说明书Ver1.0第1章产品简介1.1产品概述超声波风速风向仪，是一款基于超声波原理研发的风速风向测量仪器，利用发送的声波脉冲，测量接收端的时间或频率差别来计算风速和风向。
整机外壳采用ABS材质，具有重量轻、没有任何移动部件、坚固耐用的特点，而且不需维护和现场校准，能同时输出风速和风向。
可以与电脑、数据采集器或其它具有RS485相符合的采集设备连用。
被广泛应用于温室、环境保护、气象站、船舶、码头、养殖等环境的风向测量。
1.2主要参数参数技术指标风速测量范围0~60m/s风速测量精度±2%风向测量范围0~360°风向测量精度±3°响应时间小于5秒波特率9600通讯端口RS485供电电源12VDC工作电流70mA运行温度-30~80℃工作湿度环境0~100%RH（15~95%RH）第1页1.3功能特点◆无启动风速限制，零风速工作，无角度限制，360°全方位，可同时获得风速、风向的数据；◆无移动部件，磨损小，使用寿命长；◆采用声波相位补偿技术，精度高，响应速度快；◆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；◆工程塑料外壳，设计轻巧，携带轻便，安装、拆卸容易◆信号接入方便，支持485-RTU；◆不需维护和现场校准。
第2章硬件连接2.1设备安装前检查安装设备前请检查设备清单：名称数量高精度传感器1台风向485线1条12V防水电源1台（选配）第2页USB转485设备1台（选配）保修卡/合格证1份外形展示：第3页2.1.1接线方式线色说明2电红色电源正源黑色电源负通信黄色485A绿色485B出厂默认提供0.6米长线材，客户可根据需要按需延长线材或者顺次接线。
2.2安装方式第4页采用法兰安装，螺纹法兰连接使风向传感器下部管件牢牢固定在法兰盘上，底盘的圆周上开四个的安装孔，使用螺栓将其紧紧固定在支架上，使整套仪器保持在最佳水平度，保证风向数据的准确性，法兰连接使用方便，能够承受较大的压力。
基于STM32F4的超声波测风速风向仪的设计
Ｃ ＨＵ Ｈ ａ ｎ ｇ ． Ｚ ＨＡ ｏ Ｊ ｉ ａ － ｊ ｉ ａ
（ Ｌ ｏ ｇ ｇ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｘｉ ’ ａ ｎ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ ５ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
楚 航 ．赵 佳佳
（ 西安石 油大学 测井信号与信息处理研究室 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ５ ）
摘 要 ： 为改 善传统的 风向仪与风速仪存在 的两者分离的情 况 ， 且因其使用旋钮件 易造成器件的磨损 、易受 风沙、雨雪的影响 ，
需 要定期维护等 问题 。本 文提 出了一种使用超声波器件对 风速风 向进行测量 的设计理念 。通 过 Ｓ ＴＭ３ ２发 出矩形波 ， 经过
中图分类号 ： ＴＨ７ ６ ５ ． ４ ， ＴＨ２ ７ ４ ． ５
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ３ － ７ ２ ４ １ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ７ — ０ １ ３ ３ — ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｕｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｗｉ ｎ ｄ Ｓｐ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ
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&超声波风速风向仪设计1.研究背景及意义风速测量在工业生产和科学实验中都有广泛的应用，尤其在气象领域，风速测量更有着重要的价值。
风速测量，常用的仪表有杯状风速计、翼状风速计、热敏风速计和超声波风速计。
杯状风速计和翼状风速计使用方便，但其惰性和机械摩擦阻力较大，只适合于测定较大的风速。
热敏风速计利用热敏探头，其工作原理是基于冷冲击气体带走热元件上的热量，借助一个调节开元器件保持温度恒定，此时调节电流和流速成正比。
这种测量方法需要人为的干预，而且此仪表在湍流中使用时，来自各个方向的气流同时冲击热元件，会影响到测量结果的准确性。
现阶段常采用基于超声波传播速度受风速影响因而增减原理制成的超声波风速仪表，与其它各类仪表相比较，其优势在于：安装简单，维护方便；不需要考虑机械磨损，精度较高；不需要人为的参与，可完全智能化。
2.国外研究历史及发展状况超声波可用于测量，是因为在超声波在传播过程中，会加载流体的流速信息，这些信息经过分离处理，便可以得到流体的流速。
７０年代中后期，大规模集成电路技术的飞速发展，高精度的时间测量成为一件轻而易举的事情，再加上高性能的、动作非常稳定的ＰＬＬ（锁相环路）技术的应用，使得超声波流量计的稳定可靠性得到了初步的保证。
同时为了消除声速变化对测量精度的影响，出现了频差法、锁相频差法等。
该类方法测量周期短，响应速度快，而且几乎完全消除了声速对测量精度的影响。
８０年代，超声波测量出现了新的方法，比如射束位移法、多普勒法和相关噪声法等等。
９０年代才真正实现了高精度超声波气体流量计。
从国、外超声波气体测量发展来看，国外机构开展这项工作的时间较早，到现在为止已经形成较为成熟的产品。
当今世界，超声波流量计用于气体流量计的研究与开发方面，荷兰的工nstromet公司、英国的Dnaiel公司以及美国的Cnotrolotmo公司均做出了大量的工作并取得了较好的应用效果，其销售份额也排在前几位。
日本在超声波气体流量计的设计方面也具有很大的优势，在消除管外传播时间、提高仪器精度和缩短响应时间方面有独到之处。
我国的超声波流量计设计工作起步比较晚，但由于广大科技工作者的努力和引进国外先进的技术，国产的超声波流量计已经开始批量生产并投入使用。
风速测量这一领域，国比较先进的是华岩仪器设备生产的２Ｄ超声波测风仪，国外比较先进的是意大利Deltaohm公司生产的HD2003超声波测风仪。
·3.超声波风速风向仪介绍1> 部分产品技术资料及特点简要介绍如下：型号WS801WS802WS803WS804照片$主要优势特点测量精度高；316不锈钢固态设计，结构坚固；防腐蚀；使用寿命长；无需校准、维护。
探头置，抗雷电干扰和风雪袭扰，全天候工作。
探头置且相向设置，既抗雷电干扰和雨雪袭扰，又能提高测量精度。
！探头置，防护等级最高，体积最小、性价比最高、安装使用方便、参数观察直观。
主要适用场合气象监测、舰船航行、风力发电、城市与森林消防、环境监测、矿山开采、铁路桥梁、隧道涵洞及各类石油与天然气钻井作业平台等。
中小型船只、道路桥梁、隧道涵洞等。
更适合沿海一线的高山、岛屿，以及舰船等。
任何场合。
~风速参数启动风速0m/s响应时间<测量围0～70m/s精度±s(0～5m/s)，<±%(5～65m/s)分辨率s启动风速0m/s响应时间<\测量围0～70m/s精度±s(0～5m/s)，<±1%(5～70m/s)分辨率s启动风速0m/s响应时间<测量围0～60m/s精度±s(0～5m/s)，<±1%(5～60m/s)分辨率s\启动风速0m/s响应时间<测量围0～50m/s精度±s(0～5m/s)，<±3%(5～50m/s)分辨率s风向参数测量围0～360°(无死角)精度±1°#分辨率°测量围0～360°(无死角)精度±2°分辨率°2>产品具体优势与特点如下：★超声波技术，测量精度高多个超声波探头在测量空间实时发送、接收超声波信号，确保参数实时高效；严格的单机测试技术确保测量精度高于国同类产品。
★全固态设计，使用寿命长优势的材料，精密的工艺，全固态设计，使整机无任何转动部件，结构更坚固，能抗海水、盐雾腐蚀，使用寿命长。
★无环境要求，全天候工作-仪器置自动温控保护装置，防止极端寒冷条件下冰雪冻结超声波探头造成的测量性能下降，确保仪器可以在任何环境条件下全天候工作。
★一次性校准，终生免维护仪器在出厂前一次性校准，使用过程中无需任何测试与校准；无需采取任何维护措施。
★无人值守，信息无线传输仪器可采用配套的太阳能电池板供电；测量信息远程无线传输，远距离后方监视。
无需铺设电缆。
可广泛应用于环境恶劣的高山、海岛等无人值守的边远地区。
4.产品应用领域作为高新技术产品，公司研发生产的系列产品在民用、军用领域市场应用前景广阔。
★民用市场…★风力发电★气象检测★船舶航海及钻井作业平台★高速铁路公路网★航空机场环境监测★地铁、隧道与矿山开采★军用市场★坦克兵、高炮部队<★航空兵部队★海岛、边远地区作战部队★武警及公安消防部队5.超声波的产生与传播超声波是一种频率高于20000赫兹的声波，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距、测速、清洗、焊接、碎石、杀菌消毒等。
在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。
每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹(Hz)。
我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz。
因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为“超声波”。
能够产生超声波的方法很多，常用的有压电效应方法、磁致伸缩效应方法、静电效应方法和电磁效应方法等.我们把能够实现超声能量与其他形式能量相互转换的器件称为超声波换能器。
一般情况下，超声波换能器既能用于发射又能用于接收.在本实验中，采用压电效应实现超声波信号与电信号的转换，即压电换能器，它是利用压电材料的压电效应实现超声波的发射和接收。
1>压电效应、某些固体物质，在压力（或拉力）的作用下产生变形，从而使物质本身极化，在物体相对的表面出现正、负束缚电荷，这一效应称为压电效应。
物质的压电效应与其部的结构有关。
2>脉冲超声波的产生及其特点当给压电晶片两极施加一个电压短脉冲时, 由于逆压电效应，晶片将发生弹性形变而产生弹性振荡。
振荡频率与晶片的厚度和声速有关, 适当选择晶片的厚度可以得到超声频率围的弹性波, 即超声波。
此种方式发射出的是一个超声波波包，通常称为脉冲波。
3>定位原理利用超声波进行探测的另一个原因是超声探头发射的能量具有较强的指向性。
指向性是指超声波探头发射声束扩散角的大小。
扩散角越小，则指向性越好，对目标定位的准确性越高。
在固体材料的尺寸测量、无损检测、超声诊断、潜艇导航等超声应用中，都利用了超声波的这一特点。
6.超声波风速风向仪的工作原理超声波风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。
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。
由于声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；风速仪检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。
#7.超声换能器声波的发射和接收是通过换能器来完成的。
换能器是一种可以把一种形式的能量转换为另一种形式的能量的器件，而超声换能器是一种将超声能转换成电能、机械能或其他一些形式的能量的器件。
目前较为常用超声波换能器是压电式超声波换能器。
压电效应天然地存在于某些具有极轴的单晶体中。
当把具有压电特性的某种晶体材料切割成圆片状或者方片状，并在这两个平面上涂上金属薄膜作为电极，若有机械压力压在涂有电极的表面上时，则会在两个电极面上分别引起等量异号的电荷，因而两电极间会生成一个可观测的电压，这是正向压电效应。
当在两个电极上施加一电压，使之在晶体形成一个电场时，就会得到反向压电效应，此时晶体将承受一机械应变。
本系统采用市场上常见的频率为４０ＫＨｚ压电瓷换能器，完成超声波声能与电能之间的相互转换口。
压电瓷换能器具有机电转换率高、容易成型、造价低廉等优点，而且通过改变成分可以得到具有各种不同性能的超声波换能器，如发射型、接收型和收发一体型。
8.超声波风速测量的实现方法采用超声波进行气体流速测量可以采用三种形式：时差法、多普勒法和涡街风速测量法，此系统仅通过时差法来测量。
1>时差法风速测量的基本原理设南北（或东西）两超声波收发器的距离为d,顺风传输时间为t12,逆风传输时间为t21，风速为V（南北为Vx，东西为Vy）、超声波传播速度为C ，有d t 12=C+Vx d t 21=C-Vx Vx=d 2 (1t 12 - 1t 21) 同理可求得Vy,进而得出风速V ，风向。
由三角合成计算得出：风速为：Vxy=22Vx Vy +\风向为：θ=arctanx yV V 该法对于窄带的超声波信号，消除了声速C 的影响，被测风速只与顺，逆流传播时间有关系，因而只要测得t12和t21，便可以求得当前被测风速，风向，基本上消除了温度等影响。
2>传感器配置方案为了使得超声波测量发挥最好的效果，选择一种好的传感器配置方法对有效降低环境因素的负面影响，提高超声波风速测量的可靠性具有重要的意义。
本设计针对三种不同的传感器配置方案进行了对比试验，参与试验配置方案如下方案1：交叉法交叉法采用了四个RT（收发一体）超声波传感器探头，分别AC，BD两组，基于相位差方法的测量原理是在某一时刻，各组中分别有一只探头发射超声波，另一只探头接收信号，下一时刻各组探头功能装换。
这样处理器可以获得2*2个接收数据，通过对这4组数据的处理可以获得风速风向值。
方案2：反射法：反射式配置方案包括两个探头极板，一个极板上安装三个RT（配置成等边三角形探头组），三个RT探头传感面保证在一个平面上，此平面平行于反射极板。
三个探头轮流收发，在任意时刻，保证探头组中有一只传感器发射超声波，其余两只传感器接收信号，三只传感器轮换发射一周，可获得三组接收数据，通过计算和处理，可获得风速风向值。
反射板的加入，能够使得超声波传播声程加大，利于提高测量精度。
方案3：三角配置平面三角配置方案，将三个RT探头置于等边三角形的三个顶角，仍使用三探头轮流收发方法，获得三组测量值之后经过计算处理得到最终风速风向值。