[科普中国]-超声波风速计

简介

超声波风速表又称“声学风速表”。根据超声波在空气中的传播速度随风速而改变的原理制成的测风仪器。常在相距d距离的两点放置两对声脉冲发射机和接收机，声波从发射机到接收机顺风传播时间t1较逆风传播时间t2快，如果声速为c，则声脉冲发射机与接收机方向上的风速分量，即风速分量与声波顺风传播和逆风传播的时间差成正比。如果在相互垂直的三个坐标系方向上各放置两对声脉冲发射机与接收机。则可侧出xyz方向上的三个风速分量。由于声学测风量程宽、灵敏度高、响应速度快，所以广泛用于大气湍流研究中。1

原理声波在实际大气中的传播速度为声波在静止大气中的传播速度与大气中的气流速度之和，因此，在一定距离内，声波顺风传播与逆风传播所需要的时间有一差别。测得这个时间差即可得到气流的速度，即气流速度的测量可以通过测量这一时间差来实现，这就是声学风速表的基本原理。1

注意事项考虑到测量数据的准确性和代表性，使用超声测风仪需要注意以下一些问题。

(1)为了提高测风仪器测量结果的区城代表性，考虑到地形和障碍物对风速测定影响，一般要求测风仪需安装在开阔地、10m高处，即测风仪器与障碍物的距离必须至少10倍于障碍物高出测风仪器的高度。

（2）为了提高侧风仪暴利量结果的时间代表性，对一段时间内测量的数值进行平均。

(3）为了使侧风仪理测量结果具有比较性，必须使用统一规定型号的测试仪器。

(4)选择测风仪器时必须考虑到侧风仪器的机械构造特性和空气动力学特性。机械构造方面的特性，指准确度、灵敏度、分辨率、启动风速、量程范围等。空气动力学特性，指阻尼比、时间常数、距离常量、惯性等。1

优点声学测风仪器具有以下优点：没有运动部件，不存在机械磨损；时间响应快；灵敏度高，检测风速最小值可达每秒几厘米，广泛适用于大气湍流等要素的精确测量；测量的结果属于线性输出，准确度较高；可以测量任意方向的风速，且在测风的同时还可以测量大气的温度。1