超声波风速风向传感器监测及其工作原理

风速风向作为重要的气象要素之一，尤其在航海、应急式车载自动气象站等的建设中都需要移动式风速风向测量系统；另外，在环境检测、工业风道检测以及危险性气体的测量等工业生产和科学研究中都对移动式测风仪器有着广泛的应用需要。

在气象监测中常用的风速风向监测仪有箭头式风向变送器、三杯式风速变送器以及超声波风速风向变送器。

旋翼式风向变送器和三杯式风速变送器都采用机械式结构设计，存在转动部件，监测前需要低风速启动，若风速低于启动值将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转，就不能进行监测；而且因其存在活动的部件，容易产生磨损，并受到恶劣天气的损害。

同时，由于摩擦的存在，机械式风速风向仪还存在启动风速，低于启动值的风速将不能驱动螺旋桨或者风杯进行旋转。因此对于低于启动风速的微风，机械式风速仪将无法测量。为克服传统风杯式风速风向仪的固有缺点，新型超声波风速风向仪应运而生。

超声波风速风向仪是利用发送声波脉冲，测量接收端的时间或频率(多普勒变换)差别来计算风速和风向的测量传感器或测量仪器。

超声波风速风向传感器工作原理

超声波风速传感器的工作原理是利用超声波时差法来实现风速风向的测量。由于声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。假如超声波的传播方向与风向相同，那么它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，那么它的速度会变慢。所以，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；风速传感器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。

超声波风速传感器它具有重量轻、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。

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。

超声波风速传感器特点：

超声波风速风向变送器与传统的机械式风速风向变送器相比，具有以下四大优点：一无惯性测量，无启动风速限制零风速工作，360°全方位无角度限制，能够同时获得风速和风向数值；二采用一体式结构设计，整体无移动部件，外壳采用工程塑料材质，磨损小，使用寿命长；三是采用随机误差识别技术，大风下也可保证测量的低离散误差，使输出更平稳；四是设备不需要现场校准和维护。

仁科超声波风速风向变送器在设备顶部配置了四个方向朝下的超声波探头，它们能够在二维平面内循环发送和接收超声波，以超声波在空气中传播的时差通过内置的微处理器来计算出测量风速和风向的数值，通过集中器将数据以4G/GPRS的通讯方式将数据上传至监控中心或云平台，供用户查看。

应用范围广泛：

气象、海洋、环境、机场、港口、实验室、工农业及交通等方面。

随着物联网的快速发展，由于超声波风速风向传感器能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。未来，它将是机械式风速仪的强有力替代品。