超声波风速风向仪工作原理

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。

风速仪风向标原理当前风场所使用的风速仪风向标种类主要有两种，机械式和超声波风速风向仪，其中使用较多的是机械式风速仪，利用机械部件旋转来敏感风速大小，并结合风向标获得风向，尽管这种方法简单可靠，但由于其测量部分具有机械活动部件，在长期暴露于室外的工作环境下容易磨损，寿命有限，维护成本较高。

另外，其检测精度也不高，而采用超声波风速风向测量系统，精度高，可靠性高，寿命长且维护成本相对较低。

1.超声波风速风向测量原理系统由超声波探头，发射接收电路，电源模块，发射接收控制及数据分析处理中心和数据结果显示单元组成。

四个超声波探头成90度布置。

可以测到两个方向的风速值，经矢量合成运算，可以得到风速风向值。

发射接收电路在不同时刻，即可以驱动探头发射超声波，又可以接受探头受到的超声波信号，可以地隔离、发射接收互不影响。

电源模块提供电路所需要的5V和12V直流稳压电源。

发射接收控制及数据分析处理中心产生超声波信号，经发射接收电路放大后驱动探头发射；对探头接收带的信号进行采样，将模拟信号转换为数字信号；对探头的发射接收顺序进行控制；对发射时刻和信号到达时刻进行判断，计算出传播时间;分析处理数据结果，计算出风速风向值，传输给数据结果显示单元，数据结果显示单元将以数字形式直观的现实出瞬时风速风向值或某一段时间的平均风速值2机械式风向标（NRG相同工作原理）图1图中：WIND ORIENTATION VANE ：风向标风向标和风速计位于机舱的后部外侧。

风向标包括两个需要提供24V电源（白色+，棕色/黄色/粉红色-）的光耦合器：B302指示0°，B303指示90°。

在风向标（底部）的固定部分有底座，外加整个电子电路。

不固定部分（顶部）包括风向标本身和位于基座内部的金属半环。

金属半环的作用是随着风向标的转动,通过光耦合器起动它们或者停止它们的工作。

当金属半环通过光耦合器时信号为低电平（0V），而出现相反的情况时信号为高电平（24V）。

DC-21型超声波风速风向传感器说明书一、产品简介:应用领域：气象监测站点、建筑控制、公路、隧道、环境监测站点、港口码头、环境监测车、小型飞机场和直升机停机坪、钻井平台点等。

1、采用声波相位补偿技术，精度更高；2、采用随机误差识别技术，大风下也可以保证测量的低离散误差，使输出更平稳：3、数字滤波技术，抗电磁干扰能力更强；4、性能可匏，维护方便；5、独特的结构和先进的技术保证超声波风速风向传感器具有环境适应能力强、性能稳定可匏的特点，减少停机时间和运维人员的工作量。

DC-21型超声波风速风向仪是一款全数字化信号检测，高精度，其内部自带的加热装置可以在严冬下保证仪器正常工作。

1、风速风向测量超声波风速风向仪使用四个超声波探头在通过超声波在空气中传播的时差来测量风速和风向。

2、自动加热功能为防止冬天室外风速风向测量造成超声波探头的冻结，以至影响测量，甚至造成仪器严重损害，带有自动加热的装置，使仪器在严寒下仍可正常使用。

二、技术指标：风速0-60m/s ；0~70m/s ÷2%(≤2Oπ√s),±2%+0.03Vm/s020m/s) O.1m∕s 测量范围测量精度分辨率风向测量范围0~360°全方位，无盲区 准确性÷20 分辨率I 0 通讯协议Modbus-RTU 协议 输出方式RS485 操作电压仪器工作供电DC12V∕0.08Λ 仪器加热供电DC12V∕0.6Λ普通参数尺寸高X 直径=196X150(mm) 重量540g 材料工业级ABS 一次原料 防护等级IP68直径15Omm高196mm 直径150mm安装弧度直径安装弧度直径57-76mm六、安装说明1、用户必须对线缆进行适当的应力消除。

旋转插头并轻轻往里用力就可以把插头连接到1e-CF4的插座上。

2、把线缆（防水航空插头）穿过安装管，插入超声波传感器航空插座上，并拧紧航空插头紧固螺母。

3、安装时候需要注意保证仪器放置水平，并且指北标识指向正北方向。

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。

HberW系列二维超声波风速风向仪工作原理HberW系列的二维超声波风速风向仪没有任何移动部件，不需维护、不需现场校准。

HberW系列的二维超声波风速风向仪一直处在不停的研发当中，在不预先通知的情况下，保留对有些性能和设计加以改进的权利。

介绍HberW系列的HberW2/HberW2-1二维超声波风速风向仪，具有质量轻、坚固耐用的特点，没有任何移动部件，不需维护和现场校准，能同时输出风速和风向值。

HberW2/HberW2-1内置了加热模块，保证了即使在严寒情况下，传感器测试区域也不会受积雪或结冰影响测试数据。

HberW2/HberW2-1二维超声波风速风向仪可以与电脑、数据采集器或其它具有与HberW2/HberW2-1提供的通讯格式相一致的采集设备通讯和连用。

HberW2/HberW2-1有两种数字输出接口，即RS232或RS485两者任选其一。

HberW2/HberW2-1有多种数据通讯协议格式，比如：ModBus、NMEA0183。

HberW2/HberW2-1有两路4-20mA模拟量输出，与风速和风向的测量范围形成对应关系。

HberW2/HberW2-1都可以根据客户需求，增加部分选配模块，虽然外形没有变化，但可以增加额外的功能，比如：加装气压模块，就可以测试环境大气压力数据；增加3D模块，就可以检测出仪器在水平面和垂直面上的震动幅度。

工作原理HberW2/HberW2-1测量超声波从N传感器到S传感器传输的时间，并与S传感器到N传感器传输的时间相比较。

同理，比较超声波从W到E的时间和E到W 的时间。

（N= 北, S= 南, E= 东, W= 西）例如，如果风从北面吹来，超声波从N到S的时间就会比从S到N的时间短，而从W到E和从E到W的传输时间却是一样的。

通过计算超声波在两点之间的传输的时间差，就可以计算出风的速度和方向。

这种计算方法与其它因素如温度没有关系。

技术指标安装注意事项HberW2/HberW2-1能够满足甚至超过它所列出的各项规格说明，能够在世界各地不同的环境下使用(即使在强电磁干扰环境下也能正常使用)，不需要维护与校准。

测风速原理测风速是气象学和环境监测中非常重要的一项工作，它可以帮助我们了解风的情况，为气象预报和环境保护提供重要数据支持。

而要准确地测量风速，就需要了解测风速的原理。

首先，我们需要了解测风速所使用的仪器——风速计。

风速计是一种专门用来测量风速的仪器，它根据不同的原理可以分为多种类型，如旋翼式风速计、超声波风速计、热线风速计等。

这些风速计在测风速时，都是通过测量风对某种物理量的影响来实现的。

旋翼式风速计是一种常用的风速测量仪器，它的原理是利用风力使风速计上的旋翼转动，根据旋翼的转速来测量风速。

而超声波风速计则是利用超声波在空气中的传播速度与风速成正比的原理来测量风速。

热线风速计则是利用风速对热线的冷却效应来测量风速。

不同类型的风速计都有各自的测量原理，但它们的核心都是通过测量风对某种物理量的影响来实现测风速的目的。

除了了解风速计的原理，我们还需要了解测风速的一些基本知识。

在进行测风速时，需要考虑到测量的高度、风速计的安装位置、周围环境等因素。

通常情况下，测风速的高度越高，风速就越大，因此在不同高度进行测量可以得到不同的风速数据。

此外，风速计的安装位置也会影响到测量结果，需要选择在开阔无遮挡的地方进行安装，以确保测量的准确性。

在实际测风速时，我们还需要考虑到风速的变化情况。

风速是一个动态的参数，会随着时间和空间的变化而变化。

因此，在进行测风速时，需要考虑到风速的瞬时变化、平均风速等不同的参数，以全面了解风的情况。

总的来说，测风速的原理是通过测量风对某种物理量的影响来实现的，不同类型的风速计有不同的测量原理，但都是基于此核心原理。

在进行测风速时，需要考虑到测量的高度、风速计的安装位置、风速的变化情况等因素，以确保测量结果的准确性和全面性。

测风速是一项重要的工作，只有深入了解其原理和相关知识，才能更好地开展相关工作。

风速风向仪的原理风速风向仪是一种用来测量风的速度和风向的仪器。

它广泛应用于气象观测、环境监测、气象预报、航空航天等领域。

风速风向仪的原理主要包括静压孔原理和风压测量原理。

静压孔原理是通过在风速风向仪的风杆上设置一系列小孔，利用静压力差来测量风向。

当风速风向仪在风向上进行旋转时，气流从静压孔流过，并在后方的静压孔上形成一定的压力。

通过测量不同方向上的压力差，就可以确定风的方向。

风压测量原理是通过风压传感器测量空气对仪器产生的压力差，从而间接测量风速。

风压传感器通常由风挡和压电晶体组成。

当气流经过风挡时，由于风挡的形状和密度的不同，会在后方形成一个压力差。

这个压力差会导致压电晶体产生电荷，通过测量电荷的变化就可以确定风速。

风速风向仪还可以通过超声波测量风速。

超声波传感器将超声波发射到空气中，当空气中有风流经时，超声波的传播速度会受到风速的影响。

通过测量超声波传播的时间差，可以计算出风速的大小。

除了上述几种原理，还有一种常见的原理是通过风向传感器和风速传感器测量风速和风向。

风向传感器通常采用旋转鸭翼式结构，当风向改变时，鸭翼会随风进行旋转，通过传感器采集旋转信号，从而测量风向。

风速传感器通常采用热敏电阻式结构，通过测量传感器表面的温度差来测量风速，当风速变化时，温度差也会相应变化。

总结起来，风速风向仪的原理主要包括静压孔原理、风压测量原理和超声波测量原理等。

这些原理通过测量风对仪器产生的压力差、电荷变化或超声波传播时间差等来确定风速和风向。

风速风向仪的准确性和稳定性对于气象观测和其他应用领域至关重要，因此在设计和制造风速风向仪时需要充分考虑各种原理的优缺点，并进行合理的选择和组合。

超声波风速探测技术研究及应用分析随着风能的日益成熟和运用，风速的准确测量对于风能行业的发展变得越来越关键。

而超声波风速探测技术作为一种新型的、先进的风速探测技术，由于具有高精度、不受风向限制，同时安装方便、维护成本低等优点，已逐渐成为目前最为主流的风速探测技术之一。

一、超声波风速传感器的工作原理超声波风速传感器一般由发送器和接收器两部分组成，它们通过一定的距离发射和接收无线超声波信号，实现了对风速的探测。

当超声波信号离开发送器后，它会在气流中产生回音信号，接收器接收到这一信号后，就能够计算出空气的流速。

超声波风速探测技术在探测风速的时候，不同于传统的测风杆技术需要面向风向进行，它可以在任何角度的情况下，都能够准确地测量出气流的速度。

二、超声波风速传感器的应用目前超声波风速探测技术主要应用于风力发电、车辆气动性能测试等领域。

风力发电作为超声波风速探测技术的主要应用领域之一，目前已经有越来越多的超声波风速传感器应用于风机群的监测之中，它能够实时测量风机的风速，并将数据传输回控制中心进行分析。

在车辆气动性能测试领域，超声波风速探测技术目前已经得到了广泛的应用，它能够测量车辆行驶时的垂直速度、横向速度、旋转速度等数据，为汽车厂家提供了重要的数据参考。

三、超声波风速传感器的发展现状超声波风速探测技术在风力发电和车辆气动性能测试领域得到了广泛的应用，同时随着科技的不断发展，这种技术也在不断地完善。

近年来，国内外一些知名科研机构相继推出了一些新型的超声波风速传感器。

比如，加拿大Lufft公司推出了一款能够测量不同高度下的风速和风向的超声波风速传感器。

而国内一些厂商也开始专注于超声波波束技术的研究和应用，精度和稳定性也有了不小的提高。

随着社会的发展和技术的进步，超声波风速探测技术将会在未来得到更为广泛的应用。

相信在不久的未来，它将会成为风能行业和车辆气动性能测试领域的主流技术之一。

风速的测试原理风速的测试原理是通过测量风向和风速来对大气中的气体流动进行定量分析和评估。

风速的测试主要包括直接法和间接法两种方法。

直接法是通过安装在气象仪器上的风速计来直接测量风速。

常见的风速计有杯式风速计、热线风速计、超声波风速计和激光多普勒风速计等。

杯式风速计是一种最常用的直接测量方法，它通过在一个开口朝向风向的圆锥形框架上装设三个或四个杯子，通过转动杯子的方法测量风速。

当风吹过杯子时，由于风的作用，杯子开始转动，通过杯子转动的速度和台风之间的关系，可以计算出风速。

热线风速计则是利用热线在空气中传热的原理来测量风速。

热线风速计的原理是利用热敏电阻丝的电阻随温度的变化而变化，通过测量电阻的变化来判断热线的温度，进而计算出风速。

超声波风速计采用了超声波的测量原理，它通过发射和接收超声波来测量风速。

当超声波穿过气流时，其传播速度会受到气流速度的影响，通过计算超声波的传播时间差，就可以推算出风速。

激光多普勒风速计是一种先进的测量方法，它利用激光的多普勒效应来测量风速。

激光多普勒风速计会向大气中发射激光束，当激光束与空气中的颗粒发生散射时，根据多普勒效应可以计算出风速。

除了直接法外，间接法也可以用于测量风速。

间接法是通过测量其他与风速相关的参数，并利用数学模型进行计算来得出风速的估计值。

常见的间接法有动力学法、湍流物理学法和数值预报等方法。

动力学法是通过测量风力对物体的作用力来估算风速。

例如，可以通过测量风对风车叶片的旋转力矩来推算风速。

湍流物理学法是利用湍流现象来估算风速。

湍流是指流体中存在的一种无规则、不断变化的流动状态，其变化是随机的。

通过测量湍流参数，如湍流能量和湍流强度，可以推算出风速。

数值预报是利用大气动力学模型对大气运动进行数值计算来获得风速的估算值。

数值预报方法通过将大气划分成网格，并在每个网格内计算气体在各个方向上的运动状态，从而得到风速的分布。

总结起来，风速的测试原理主要包括直接法和间接法两种方法。