超声波检测风速风向的三种方法
《风向和风速》 讲义
《风向和风速》讲义一、风向风向，简单来说，就是风吹来的方向。
比如，风从北方吹来，那就是北风；风从东方吹来，就是东风。
我们通常用八个方位来表示风向，分别是北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。
在日常生活中，我们可以通过观察一些自然现象来大致判断风向。
比如，旗帜、炊烟、树枝的摆动方向等。
当旗帜或炊烟向南方飘，那就说明此时刮的是北风。
风向对于很多方面都有着重要的影响。
在农业上，它关系到农作物的授粉和病虫害的传播。
例如，在花粉传播季节，如果风向不利，可能会影响某些作物的授粉效果，从而导致产量下降。
对于航海来说，风向更是至关重要。
船只需要根据风向来调整帆的角度，选择最佳的航行路线。
如果遇到逆风，航行就会变得困难，甚至可能需要改变航线或者停靠等待合适的风向。
在气象学中，风向的变化也能反映出天气系统的变化。
比如，在冷锋过境时，风向通常会从南风转为北风。
二、风速风速，指的是空气在单位时间内移动的距离。
风速的测量单位通常是米每秒（m/s）、千米每小时（km/h）或者海里每小时（kn）。
风速的大小可以通过一些仪器来测量，常见的有风杯风速计和超声风速计。
风杯风速计是利用风杯在风中旋转的速度来测量风速，而超声风速计则是通过测量超声波在风中传播的速度变化来确定风速。
风速的大小对我们的生活和环境有着各种各样的影响。
在轻度的微风中，我们可能会感到凉爽舒适，适合户外活动。
但当风速增强到一定程度，比如达到暴风级别时，就可能会造成严重的破坏。
强风可能会吹倒树木、电线杆，损坏建筑物，甚至引发龙卷风等灾害性天气。
在沿海地区，强风还可能掀起巨浪，威胁到船只和沿海居民的安全。
此外，风速对于风能的利用也有着关键作用。
风速越大，风能的潜力就越大。
因此，在选择建设风力发电场的位置时，风速是一个重要的考虑因素。
三、风向和风速的关系风向和风速是相互关联的。
一般来说，在同一个天气系统中，风向的变化往往伴随着风速的变化。
例如，在气旋系统中，风向通常会围绕着气旋中心做逆时针旋转，同时风速也会随着气旋的发展和移动而改变。
风向风速的测试方法
风向风速的测试方法1. 引言风向和风速是气象学中重要的观测参数，对于气象、航空、能源等领域具有重要的意义。
准确测量风向和风速对于天气预报、飞行安全、风能利用等方面都具有重要的作用。
本文将介绍风向和风速的测试方法，包括常用的仪器设备、测试原理、测试步骤和数据处理方法。
2. 风向测试方法2.1 传统风向标传统的风向标是一种常见的测量风向的工具，通常由一个带有指针的杆状物体和一个标有方向的圆盘组成。
风向标安装在一个固定的支架上，通过风的吹向来指示风的方向。
风向标的精度取决于其制作工艺和安装位置，通常可以达到几度的精度。
2.2 风向传感器风向传感器是一种电子设备，可以实时测量风的方向。
风向传感器通常采用磁敏元件或光敏元件来感知风向，通过与电路连接并输出电信号来表示风向。
风向传感器的精度可以达到几度甚至更高，具有较高的测量精度和稳定性。
2.3 雷达测风仪雷达测风仪是一种先进的风向测量设备，通过发射和接收雷达波来测量风向。
雷达测风仪可以实现对风向的连续监测和高精度的测量，适用于气象、航空等领域对风向要求较高的应用。
3. 风速测试方法3.1 翼型测风仪翼型测风仪是一种常用的测量风速的工具，它利用风的吹动产生的压力差来测量风速。
翼型测风仪通常由多个静压孔和一个压力传感器组成，通过测量静压差来计算风速。
翼型测风仪的测量精度和响应速度较高，适用于多种应用场景。
3.2 热线式风速传感器热线式风速传感器是一种基于热传导原理的风速测量设备，它通过加热丝和测温丝的温度差来计算风速。
热线式风速传感器具有响应速度快、精度高、体积小等优点，广泛应用于气象、环境监测等领域。
3.3 激光多普勒测风仪激光多普勒测风仪是一种高精度的风速测量设备，它利用激光束的多普勒效应来测量风速。
激光多普勒测风仪可以实现对风速的非接触式测量，具有高精度、高分辨率和高响应速度等优点，适用于航空、气象等领域。
4. 测试步骤4.1 风向测试步骤•安装风向测试设备，确保其固定稳定。
基于时差法超声波风速风向传感器误差的分析
风速 风 向传感 器 误差 进行 分析 。
１ 仪 器 组 成 及 其 测 量 原理
１ ７
２０ ９中国通信与 电子信息领域年度优秀 论文 ０
超声 波风速 风 向传 感器 是 由超 声波换 能器 、发射 与接 收 电路 、电源等部 分组成 。按 测风 维数有 ２ Ｄ、３ Ｄ之分 ，按探 头数 量有 ３探头 、４探 头 、５探头和 ８探 头 ，探 头排列
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FT超声波风力传感器-超声波风传感器及风速风向测量仪
FT超声波风力传感器专为风力发电机控制而设计 应用于世界最严酷和恶劣的环境中国根据ISO9001标准对传感器的生产过程进行定期审核以保证质量传感器主体由高等级6000系列加工铝制成在生产的关键阶段对组件进行100％的测试以保证可靠性传感装置在测量腔体内发送超声波信号来开始共振过程为获得共振效果，传输信号的波长应与腔体内声波波长相一致。
数字处理引擎可自动检测并纠正由声速变化所引起的共振信号性质的变化。
无论出于何种原因，如果传感装置的接收端未能接收到信号，这一故障即可被自动检测，同时向用户发送错误警告。
超声信号的频率始终处于调整状态，从而保证传感器在多变的运行环境中始终保持共振。
在腔体内评估信号质量选择超声信号性质传感装置发送超声波信号在腔体内发生共振另一端传感装置接收信号1. 2. 3. 4. 5.暴雪冰冻选择FT 年均降雪量（cms）狂风暴雨选择FT 年均降雨量（cms）强雷电选择FT闪电频次（flashes/km沙尘暴选择FT沙尘暴频次（days/year）高海拔选择FT 海拔高度（m）海上风电选择FT 50米高度风速（m/s）FT公司为位于南非北开普敦省Hakskeenpan的10英里跑道两侧的测风塔提供风力传感器，同时为位于康沃尔郡纽基的测试跑道提供风力传感器，喷气式火箭动力车以1000mph的速度行进（约在1600kph以FT传感器被寻血猎犬团队所选中，凭借的是产品的耐用性、使用寿命长等特点所带来的口碑，以及其能够在风沙环境中正常运转而无需校准与维护的能力。
FT风力传感器的优越性能，在该项目中得到充英国风拓FT 风力传感器:英国风拓FT 风力传感器:中文手册A4272-1-CNFT商标及Acu-Res(声共振)商标为FT Technologies公司注册商标。
超声波时差法检测技术在煤矿风速测量中的应用
超声波时差法检测技术在煤矿风速测量中的应用周川云;黄强;张明明;张远征【摘要】In the complex environment of high humidity and high dust in coal mine, the existing technology of mining wind speed detection is difficult to achieve high precision measurement of low wind speed. In order to realize the high accuracy measurement of wind speed of roadway from 0 m/s to 0.3 m/s and avoid the influence of the sensor installation angle on the measurement, this paper present a new method for applying the principle of ultrasonic time difference method to the measurement of wind speed in coal mine, introduced a new algorithm of precision measurement on ultrasonic transmission time. Furthermore, the structure of ultrasonic elevation and low power consumption was optimized. The results showed that this detection system achieves high precision measurement of wind speed from 0 m/s to 15.0 m/s in coal mine, it can meet the requirements of the coal mine better and has good economic benefit.%针对在煤矿高湿、高粉尘复杂环境下,现有矿用风速检测技术难以高精度测量低风速的情况,为实现对煤矿巷道风速0~0.3 m/s区间的高精度测量,克服传感器安装角度对风速测量精度的影响,提出将超声波时差法测风原理应用于煤矿风速测量的新方案.介绍了一种新型超声波传输时间精密测量算法,并优化了超声波立面对射探头结构和低功耗驱动方法.实验结果表明:该超声波时差法检测系统实现了对煤矿风速0~15.0 m/s的高精度测量,能够较好地满足煤矿使用要求,具有良好的经济效益.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2018(045)003【总页数】5页(P42-45,50)【关键词】超声波时差法;传输时间;精密测量;巷道风速;低风速;插补细分【作者】周川云;黄强;张明明;张远征【作者单位】中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;煤炭科学研究总院,北京100013;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;煤炭科学研究总院,北京100013;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039;中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆400039【正文语种】中文【中图分类】TD723近年来，超声波时差法测风技术成为众多科研工作者的研究重点，许多成果被广泛地应用于民用领域，如测距、风速测量、流量测量等[1-3]，并在这些领域中体现出了一定的优势和研发潜力。
三种风速测量仪介绍及其工作原理
三种风速测量仪介绍及其工作原理风速测量仪是一种用于测量空气中风速的设备。
它通常由传感器、电子显示屏和数据处理单元组成，用于对风速进行实时监测和记录。
以下将介绍三种常见的风速测量仪及其工作原理。
1.热线式风速测量仪热线式风速测量仪（也称为热线气流计）是一种基于热传感器的风速测量装置。
它利用微型热敏电阻（Hot-wires）的电阻值随温度的变化而变化的特性，通过测量电阻值的变化来计算风速。
具体的工作原理如下：首先，将微型热敏电阻暴露在空气中，当空气流动时，空气带走了微型热敏电阻周围的热量，导致热敏电阻的温度下降。
然后，测量电阻值的变化，并将其转换为对应的温度差。
最后，利用热流量和风速之间的线性关系，通过计算风速与温度差之间的比例关系来确定实际的风速。
热线式风速测量仪的优点是精度高、响应速度快，适用于较高风速范围的测量。
然而，它对周围环境的温度和湿度变化较为敏感，需要进行温度和湿度的补偿，以确保测量精确性。
2.风车式风速测量仪风车式风速测量仪是一种传统的风速测量仪，通过转动风车上的叶片来判断风速大小。
具体的工作原理如下：首先，风车利用风的力量使得叶片转动。
然后，测量风车上的叶片转速，并通过转速与风速之间的已知关系，计算实际的风速。
风车式风速测量仪的优点是结构简单、操作方便，适用于较低的风速范围的测量。
然而，它受到风向的影响较大，且在较高风速下可能受到阻力较大而影响测量精度。
3.超声波式风速测量仪超声波式风速测量仪利用超声波的测量原理来测量风速。
它发射超声波信号，并测量信号从发射到接收的时间差来计算风速。
具体的工作原理如下：首先，设备发射超声波信号，经过空气传播到达接收器。
然后，测量信号从发射到接收的时间差，并利用时间差与声速之间的关系，计算实际的风速。
超声波式风速测量仪的优点是能够快速测量风速，且不受风向的影响。
它适用于各种风速范围的测量，并且具有较高的测量精度。
然而，它对空气湿度和温度变化较为敏感，需要进行湿度和温度的补偿。
三维超声波测风仪原理与应用
（ １ ． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏｆ Ｐ ａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｒｅ ｃ ｏ ｇ ｎ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ａｒ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ｉ ａ ｌ Ｉ ｎｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｃ ｅ ，ｆ ｔ ｕ ａ ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｉ ＇ ｅ ｃ ｔ ｌ ｎ ｏ ｋ ） ｇ ｙ，Ｗ ｕ ｉ ｌ ａ ｉ ｌ ｛ ３ ０ ０ ７ １ ， （ ２ ． Ｗｕ ｈ ａ ｎ Ｘｉ ｎｐ ｕ ｈ ｕ ｉ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇｙ Ｃｏ ．，Ｉ ． ｔ ｄ ．，Ｗ ｕｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ７ ４）
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（ １ ． 华 中科 技 大 学 图像 识 别 与 人 工 智 能研 究 所 武汉
字
武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ）
１ ３ ０ ０ ７ ４ ） （ ２ ． 武 汉 新 齐惠科 技 有 限 公 司
摘
要
超 声 波 测 风是 超 声 波 检 测 技 术 在 气 体 介 质 中 的 一种 新 的应 用 文 章 描 述 ¨ ， 三维 超 声波 测 Ｊ ｘ 【 仪较之传统二 ： 维 测 风仪 的优 ， 给
风速的测定方法
风速的测定方法
引言
风速的测定对于许多领域都具有重要意义，例如气象学、建筑工程和环境监测等。
本文将介绍一些常用的方法来测定风速。
流速计法
流速计法是一种常见的测定风速的方法。
它利用了流体力学相关原理，通过测量流体在单位时间内通过某个面积的流量来计算风速。
流速计可分为多种类型，包括热线式流速计和旋翼流速计等。
流线法
流线法是一种利用可见物体或气溶胶等示踪剂来测定风速的方法。
通过跟踪示踪剂的运动轨迹，可以计算出风速。
这种方法常用于室内环境中的空气流动研究和风洞实验等。
卫星测风方法
卫星测风方法利用卫星遥感技术来测定大范围区域的风速。
通过对地球表面的特征进行观测和分析，可以获取风速的信息。
这种方法广泛应用于气候研究和天气预报等领域。
雷达测风方法
雷达测风方法利用雷达技术来测定风速。
雷达可以发射电磁波
并接收其反射波，通过分析反射信号的频移来计算风速。
这种方法
常用于气象学和航空领域的风场检测。
静力学测风方法
静力学测风方法是一种利用静态压力的变化来测定风速的方法。
通过测量风压的变化，可以推算出风速。
这种方法常用于建筑工程
和环境监测等领域。
总结
风速的测定方法多种多样，每种方法都有其适用的场景和特点。
选择合适的测定方法需要根据具体的需求和条件进行判断和选择。
在实际应用中，可以结合多种方法来获取更准确和全面的风速信息。
以上是关于风速的测定方法的简要介绍，希望对您有帮助。
如
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超声波检测风速风向的三种方法
【摘要】随着科技的发展，超声波测量风速风向逐渐替代原始的三杯式测量。
本文介绍了三种超声波测量风速风向的方法。
它们都可以测量平面内任意方向的风速风向，但是其精确度略有不同。
【关键词】超声波;风速;风向
目前国内外风速风向传感器可以分为三类。
第一类为螺旋桨式传感器，第二类为三杯式测量风速、单翼式测量风向的传感器，第三类为超声波传感器。
其中超声波传感器测量与其他两类相比具有其独特的优点：它没有机械转动部件，不存在磨损问题;超声波频率快，测量精度高等。
1.超声波测量风速的基本原理
超声波在空气中传播时，顺风与逆风方向传播存在一个速度差，当传播固定的距离时，此速度差反映成一个时间差，这个时间差与待测风速具有线性关系[1]。
对于特定方向的风速测量，可以采用一对收发一体的超声波传感器，保持传感器距离不变，按特定方向放置，以固定频率发射超声波，通过测量两个方向上超声波到达时间，即可得到超声波在顺风和逆风下的传播速度，经过系统处理计算即可得到风速值。
图1 超声波检测风速原理
如图1所示，假设传感器1到传感器2的方向为风向，两超声波传感器距离为d，超声波由传感器1到传感器2的时间的t12，传感器2到传感器1的时间为t21，风速为V，超声波传播速度为Vu，那么可以得到：
从而（1）
从式中可以看出风速的测量没有包含影响风速测量的超声波传输速度Vu （不同环境下数值不同），即避免了温度等其他因素对系统测量精度的影响。
图2 垂直放置方法检测原理
2.超声波测量风向的三种方法
2.1 垂直放置方法
如图2所示，设两对超声波传感器距离均为d，x轴方向的传输时间分别为t12和t21，y轴方向的传输时间分别为t34和t43，风速为V，x轴方向的风速为Vx，y轴方向的风速为Vy，超声波传播速度为Vu。
根据公式（1）可得：
x轴方向的风速，y轴方向的风速
风速
设x轴正方向为0o，角度按逆时针方向增大，则风向：
化简并求反函数：
随着风向的变化，可得某时刻风向为：
图3 中心发射放置方法检测原理图4 等边三角放置方法检测原理
2.2 中心发射放置方法
如图3所示，中心位置超声波传感器发射部件与其他四个接收部件的距离均为d，发射部件传输到接收部件1至4的时间分别为t1、t2、t3和t4。
此方法与垂直放置方法的计算方式相同，因此我们可以直接得到：
风速
随着风向的变化，某时刻的风向为：
2.3 等边三角放置方法
如图4所示，设超声波传感器距离为d，传感器1到传感器2的传播时间为t12，传感器2到传感器3的传播时间为t23，传感器3到传感器1的传播时间为t31。
风速为V，超声波速度为Vu，此时风速与x轴的夹角为θ。
我们可以得到：
化简可得：
由式可得：
3.超声波测量风速风向系统设计
3.1 硬件设计
硬件我们采用HC-SR04超声波模块和S3C2440处理器进行连接。
HC-SR04超声波模块可提供范围2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达到3mm，模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
超声波模块包含四个引脚，其中VCC连接开发板的5V电源接口，GND为地线，TRIG触发控制信号输入，ECHO回响信号输出，TRIG和ECHO均连接开发板GPIO接口。
超声波传感器根据测量方法采用合适的数量和位置，其输入输出控制也要根据具体情况进行设计，垂直方法输入输出同时工作;中心发射方法中心位置的传感器朝四个方向发射不接收，四个方向的传感器接收不发射;三角放置方法输入输出同时工作，但要保证60o角。
3.2 软件设计
软件基于Linux平台进行程序开发，通过Qt实现了软件界面化，程序流程如图5所示。
设计原理为利用单片机产生信号，经放大后驱动传感器发射超声波，等待接收信号，单片机通过计时器对发射时间和接收时间进行判断，计算出传播时间，通过分析处理计算出风速风向值，最后将结果传输给开发板显示单元。
4.三种测试方法的比较
超声波传播速度Vu易受空气温度影响，三种测试方法的共同点是避免了不同环境下超声波传播速度的不同对系统测量精度造成的影响[2]。
其中垂直放置方法实现简单方便，计算量小，缺点是同一方向上同时发射两条超声波，会对测量精度产生影响。
中心发射方法与垂直放置方法类似，但是同一时间某段距离只有一条超声波传播，测量精度最高，缺点是传感器需求较多，增加了硬件成本。
而三角放置方法同一时间具体方向只有一条超声波传播，消除了两条超声波在一个方向上同时传播对测量结果造成的影响，同时传感器需求最少，缺点是计算量最大，硬件初始设计时对传感器位置要求严格，否则产生的误差最大。
5.结论
三种超声波测量风速风向的方法都实现了对风速风向的测量，达到了系统设计的目的。
三种方法都有其优缺点，根据需求的不同选用合适的风速风向测量方法，对风速风向的测量具有参考意义。
参考文献
[1]金晶，唐慧强.基于ARM的超声波风速检测系统设计[D].南京：南京信息工程大学，2005.
[2]TANG Huiqiang，HUANG Weiyi，LI Ping，et al.Utrasonic wind velocity measurement based on DSP[J].J Southeast University，2005（1）：21-23.。