超声波风速风向测量装置的原理及应用

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。

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。

超声波风速仪是如何测量风速的
超声波风速仪最早于 1950 年代被开发出来。

它的原理是测量超声波脉冲在两个探头之间传播的时间来计算空气移动的速度，也就是风速。

当空气移动时，超声波在两个探头之间的时间会变长或变短。

超声波在空气里就像水里的鱼，水的流动方向，顺流而下或逆流而上，会影响鱼行进的速度。

上图是一个最常见的超声波风速仪，它有一个超声波发射探头，三个超声波接收探头。

这样，就可以测量在二维平面上3 个方向上的风速。

根据平面几何原理，要计算风速和方向，我们只需要两个不同方向上的风速就够用了。

但为了提高计算的精度和稳定性，通常会提供一个冗余的测量值，就像上图的结构。

另外，上图的这个结构，可以提供三维空间上的风速和风向测量，它的原理并没有本质的区别，就是各个方向上的向量合成。

但是，在很多场合，由于结构上的特点，上述两个结构会出现一些问题。

比如，超声波风速仪的一个重要特点就是防结冰，但是上述结构在加热方面还是会有一些欠缺，在极端情况下，仍然会发生结冰，比如，下图的情况：
为了扩展使用场合，适应更严苛的环境，如下图的结构被开发出来：
它没有裸露在外的探头，它整个结构更紧凑，可以做的更小，并
且加热更容易。

它的原理在传统基础上做了改进，如下图：
它的发射和接收器件完全封装在上部的密闭器件里，发射器和接收器之间通过底部平面的反射来进行超声波的传递。

通过计算气流对超声波发射和接收的影响来计算风速。

以上，是超声波的基本工作原理和产品形式。

超声波风速传感器与风向传感器的工作原理有什么不同前言超声波风速传感器和风向传感器是气象仪器中常见的两个传感器。

它们在测量天气条件时非常有用，特别是在航空、海洋、铁路、交通、建筑和环保领域等。

虽然它们目的都是测量空气的流速和流向，但却有着明显的工作原理区别，下面我们就详细了解一下它们的原理和应用。

超声波风速传感器在超声波风速传感器中，声波被用于测量风速的改变。

其工作原理是，从一个固定的位置向空气流中发射声波，并接收它们的回声。

回音的延迟时间取决于空气流的速度（也就是声波是否受到空气流的影响）。

从传输时间的差异可以计算出风速。

超声波风速传感器的量程一般是0~60m/s，精度比较高，可达到0.1m/s。

同时它的反应速度也非常快，可以在一秒钟之内完成一次测量，同时可以在恶劣天气条件下正常工作。

它的优点是除了测量风速外，还可以从测量数据中推断出风向（通过声波延迟时间差异）和温度等气象参数。

另外，它可以承受较高的温度和压力。

风向传感器不同于超声波风速传感器，风向传感器的工作原理是测量口径固定、朝向固定的羽毛（或标靶）在风向上的偏转角度。

每个角度值都对应一个具体的风向。

这种传感器实际上只是一个机械结构，没有任何电子元件来处理测量数据。

风向传感器的测量精度也很高，可达到0.1度。

它的优点是可以在非常恶劣的天气条件下工作，如强风、大雨、雪和冰等环境。

超声波风速传感器与风向传感器的对比超声波风速传感器和风向传感器有很大的不同之处。

主要区别如下：1.原理不同：超声波风速传感器使用声波，而风向传感器使用机械结构原理。

2.精度不同：超声波风速传感器的测量精度略高于风向传感器。

3.适用范围不同：超声波风速传感器适用于普通气象测量，可以测量出风速和风向等多个参数，而风向传感器则只适用于测量风向。

4.使用场景不同：超声波风速传感器通常用于室外环境，如航空、铁路等。

风向传感器则用于室内环境（室内环境主要是空调系统中的风道调节）。

浅谈超声波气象站风速风向空气温湿度光照雨量大气压力产品概述超声波气象站是我公司结合多年气象产品开发经验，根据现场实际情况开发的一款多功能自动气象站。

该产品集温度、湿度、气压、风速、风向、雨量、大气压力、颗粒物和噪声等要素为一体，该系列产品集成度高、颜值高、免安装、免布线、可替代传统的固定拼凑式小型自动气象站。

功能特点◆观测参数齐全，可根据实际需要自由选配，并且各类传感器所采用的原理都较为先进，设备系统稳定，采集到的数据较为准确；◆4G（可定制北斗）无线传输数据，无需架设通讯线路，传输距离远，传输效率高，能够确保数据的完整性、保密性和即时性；◆可全天候工作，不受暴雨、冰雪、霜冻天气的影响◆测量精度高，性能稳定◆结构紧凑美观，安装拆卸方便◆免维护，不需现场校准◆低功耗设计，待机时间长◆本机体积小巧、美观，操作简单方便，性能可靠，野外携带极为方便。

◆微信查看及预警功能，实时掌握设备信息，及时获取异常报警信息。

工作、存储条件工作温度：-20～60°C工作湿度：0～100%RH储存温度：-40～85°C储存湿度：＜80%（无凝结）技术参数◆信号传输：4G（可定制北斗）无线数据传输◆供电：太阳能+锂电池组合供电◆工作温度：-20℃～70℃◆工作湿度：0～95%RH（非凝露）◆设备供电: DC 7～17V◆太阳能板: 10W◆锂电池：DC7.4V 5200mAh◆工作电流：25mA观测参数空气温度◇ 测量范围：-40℃～60℃◇ 测量精度：±0.2℃◇ 分辨率：0.1℃空气湿度◇ 测量范围：0～100%RH◇ 测量精度：±3%RH◇ 分辨率：0.1%RH风速◇ 基本原理：超声波式◇ 启动风速：0.1m/s◇ 测量范围：0～30m/s◇ 测量精度：±(0.2m/s±0.02*v)(v为真实风速) ◇ 分辨率：0.01m/s风向◇ 基本原理：超声波式◇ 测量范围：0～359°◇ 测量精度：±1°◇ 分辨率：1°雨量◇ 测量范围：雨强0～4mm/min◇ 测量误差：±2%◇ 分辨率：0.2mm适用范围广泛应用于环保气象在线监测、交通道路气象监测、水利综合气象监测、城市环境气象监测、农业气象在线监测、应急气象监测、电力气象监测、桥梁隧道、航海船舶、航空机场等领域。

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。

超声波风速传感器原理超声波风速传感器是一种用于测量风速的仪器。

它利用超声波的特性来实现对风速的精确测量。

以下是超声波风速传感器的工作原理和主要部件的详细解释。

超声波风速传感器通常由发射器、接收器、信号处理器和显示器等部分组成。

发射器负责发射超声波信号，接收器接收并转换回来的信号，信号处理器对接收到的信号进行处理以获得准确的风速数据，最后通过显示器将数据显示出来。

工作原理如下：首先，发射器发射超声波信号。

超声波是一种机械波，其频率一般在20kHz到200kHz之间，超出了人类听力范围。

超声波的传播速度与介质的物理性质有关，一般在空气中的传播速度为343.2米/秒。

当超声波遇到流动的空气时，其传播速度会受到影响。

接下来，接收器接收回弹的超声波信号。

接收器通常是一个微型麦克风或压电陶瓷传感器。

当回弹的超声波信号到达接收器时，它们会引起接收器中的震荡，通过将机械能转化为电能，接收器将接收到的超声波信号转化为电信号。

然后，信号处理器对接收到的电信号进行处理。

首先，它会对信号进行放大和滤波，以去除噪音和提高信号质量。

接着，信号处理器会使用特定的算法将接收到的信号转化为风速数据。

具体的算法包括计算超声波的传播时间差以及测量距离等。

通过这些计算，信号处理器可以获得风速的准确数据。

最后，通过显示器将测得的风速数据显示出来。

显示器可以是LCD屏幕或LED 显示屏等。

通过显示器，用户可以方便地查看并记录测得的风速数据。

超声波风速传感器的优势在于其高精度和无需接触。

相较于机械风速传感器，超声波风速传感器不需要旋转部件，因此具有更长的寿命和更低的维护成本。

此外，超声波风速传感器还可以测量风向和空气温度等参数，可广泛应用于气象、航空、环保等领域。

总之，超声波风速传感器通过利用超声波的特性来测量风速。

通过发射器发射超声波信号，接收器接收回弹的信号，信号处理器对信号进行处理以获得风速数据，最后通过显示器将数据显示出来。

超声波风速传感器的优势在于高精度和无需接触，适用于多种应用场景。