隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，越來越智能化，逐步向無人值守的全天發(fā)展方向發(fā)展。因此，現(xiàn)代氣象站急需一種高精度、免維護的風(fēng)速風(fēng)向傳感器。

　　傳統(tǒng)的機械風(fēng)速風(fēng)向傳感器有旋轉(zhuǎn)部件，容易磨損。惡劣天氣可能會損壞機械結(jié)構(gòu)。沙塵和鹽霧也會引起腐蝕。同時，機械式風(fēng)速計由于摩擦的存在，仍具有起始風(fēng)速。低于初始值的風(fēng)速將無法帶動螺旋槳或風(fēng)杯旋轉(zhuǎn)。因此，低于起始風(fēng)速的微風(fēng)機械風(fēng)速計將無法測量。為了克服傳統(tǒng)風(fēng)杯式風(fēng)速計固有的缺點，一種新型超聲波風(fēng)速計應(yīng)運而生。

　　超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器以其響應(yīng)速度快、測量精度高、維護使用方便等優(yōu)點，在工業(yè)領(lǐng)域和科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器主要利用四個垂直放置的超聲波傳感器發(fā)出的超聲波頻差來計算風(fēng)速和風(fēng)向，并通過傳感器輸出風(fēng)速（m/s）和風(fēng)向（）。

　　三種超聲波測速方法

　　超聲波風(fēng)速測量主要有時差法、頻差法、相位差法和相關(guān)法。

　　1.時差法

　　時差法很常見，其原理是：在平靜的空氣中，聲波的傳播速度會隨著風(fēng)向的氣流而改變。如果風(fēng)向和聲波的傳播方向相同，聲波的傳播速度就會增大，反之，聲波的傳播速度就會減小。

　　超聲波在空氣中傳播時，順風(fēng)方向和逆風(fēng)方向存在速度差。當(dāng)它傳播一定距離時，這個速度差反映了一個時間差，這個時間差與被測風(fēng)速呈線性關(guān)系。因此，超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器以固定頻率依次發(fā)射超聲波，測量超聲波在兩個方向的到達(dá)時間，從而獲得順風(fēng)向和逆風(fēng)向的傳播速度，通過后可得到風(fēng)速值。處理和轉(zhuǎn)換。

　　2.頻差法

　　頻差法是一種具有多個周期的直接方法。這種方法的精度是直接時差法循環(huán)次數(shù)的倍數(shù)。適用于中、小口徑管道。優(yōu)點是精度高，受溫度影響小。缺點是受環(huán)境影響，工作不穩(wěn)定。

　　3.相位差法

　　相位差法是通過將時間差轉(zhuǎn)換為相位來測量風(fēng)速。

　　超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器的問題

　　風(fēng)向角瞬變問題：在分析二維超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器測得的風(fēng)向信號時，風(fēng)向數(shù)據(jù)中普遍存在風(fēng)向角瞬變現(xiàn)象，即風(fēng)向角出現(xiàn)異常嚴(yán)重，短時間內(nèi)大。波動。風(fēng)向角瞬變時段的風(fēng)向信號波動特征與其他時段明顯不同。只有深入了解風(fēng)向角瞬變現(xiàn)象的成因，才能判斷該現(xiàn)象是否會影響后續(xù)的風(fēng)向角信號波動分析。如果有不利影響，還應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆椒▽︼L(fēng)向信號進行合理修正。

　　超聲波風(fēng)速風(fēng)向傳感器目前廣泛應(yīng)用于電力安全監(jiān)測、橋梁隧道、海洋船舶城市環(huán)境監(jiān)測、道路安全等領(lǐng)域。超聲波風(fēng)速計的諸多優(yōu)點使其應(yīng)用越來越廣泛，未來將占據(jù)風(fēng)速測量裝置的領(lǐng)先地位。