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