超聲波風(fēng)速風(fēng)向變送器的監(jiān)測(cè)原理及功能特點(diǎn)

劉健 1562.8956186

聲源體發(fā)生振動(dòng)引發(fā)它周圍的空氣產(chǎn)生交替地壓縮與膨脹，并逐漸向外傳播，從而形成聲波，它的單位為赫茲(Hz)。一般地來說，人類耳所能聽見的聲波頻率大約在20-20000Hz，我們將低于20Hz的聲波，叫做次聲波，超過20000Hz的聲波，叫做超聲波。

超聲波頻率高且功率大，其能量比一般聲波大得多，而且其波長(zhǎng)短，衍射不嚴(yán)重，具有良好的定向性，所以在工業(yè)與醫(yī)學(xué)上被廣泛應(yīng)用，如我們熟知的超聲波洗牙，如在工廠中利用超聲波進(jìn)行切削、焊接、鉆孔等，今天我們來說一說在氣象監(jiān)測(cè)中超聲波如何監(jiān)測(cè)風(fēng)速風(fēng)向的。

用發(fā)送超聲波脈沖，測(cè)量接收端的時(shí)間或頻率(多普勒變換)差別來計(jì)算風(fēng)速和風(fēng)向的測(cè)量?jī)x器我們稱之為超聲波風(fēng)速風(fēng)向變送器，它是超聲波檢測(cè)技術(shù)在氣體介質(zhì)中的一種應(yīng)用。聲音在空氣中的傳播速度，會(huì)和風(fēng)向上的氣流速度疊加；若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，它的速度會(huì)加快;反之，若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相反，它的速度會(huì)變慢。因此，在固定的檢測(cè)條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速函數(shù)對(duì)應(yīng)，通過計(jì)算即可得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。

據(jù)歷史記載我國(guó)在很早的時(shí)候，就已經(jīng)開始對(duì)風(fēng)速風(fēng)向進(jìn)行監(jiān)測(cè)，比較著名的有晉代的“相風(fēng)木烏”及唐朝常用的“五兩”，它們都屬于簡(jiǎn)易型風(fēng)向儀?，F(xiàn)在隨著科技的發(fā)展，在氣象監(jiān)測(cè)中常用的風(fēng)速風(fēng)向監(jiān)測(cè)儀有箭頭式風(fēng)向變送器、三杯式風(fēng)速變送器以及超聲波風(fēng)速風(fēng)向變送器。

旋翼式風(fēng)向變送器和三杯式風(fēng)速變送器都采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，存在轉(zhuǎn)動(dòng)部件，監(jiān)測(cè)前需要低風(fēng)速啟動(dòng)，若風(fēng)速低于啟動(dòng)值將不能驅(qū)動(dòng)螺旋槳或者風(fēng)杯進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，就不能進(jìn)行監(jiān)測(cè)；而且因其存在活動(dòng)的部件，容易產(chǎn)生磨損，并受到惡劣天氣的損害。

超聲波風(fēng)速風(fēng)向變送器與傳統(tǒng)的機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向變送器相比，具有以下四大優(yōu)點(diǎn)：一無(wú)慣性測(cè)量，無(wú)啟動(dòng)風(fēng)速限制零風(fēng)速工作，360°無(wú)角度限制，能夠同時(shí)獲得風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)值；二采用一體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體無(wú)移動(dòng)部件，外殼采用工程塑料材質(zhì)，磨損小，使用壽命長(zhǎng)；三是采用隨機(jī)誤差識(shí)別技術(shù)，大風(fēng)下也可保證測(cè)量的低離散誤差，使輸出更平穩(wěn)；四是設(shè)備不需要現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)和維護(hù)。

仁科超聲波風(fēng)速風(fēng)向變送器在設(shè)備頂部配置了四個(gè)方向朝下的超聲波探頭，它們能夠在二維平面內(nèi)循環(huán)發(fā)送和接收超聲波，以超聲波在空氣中傳播的時(shí)差通過內(nèi)置的微處理器來計(jì)算出測(cè)量風(fēng)速和風(fēng)向的數(shù)值，通過集中器將數(shù)據(jù)以4G/GPRS的通訊方式將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心或云平臺(tái)，供用戶查看。

超聲波風(fēng)速變送器是一種較為*的測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向的儀器，它很好地克服了機(jī)械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器的缺陷，被應(yīng)用越來越多的行業(yè)中用于氣象中監(jiān)測(cè)風(fēng)速風(fēng)向。