超声波风向风速仪原理

风矢量是基本的气象要素之一，也是大气边界层最基本的特征量之一。现代气象监测站多向着全天无人值守发展。建立自动气象监测站，迫切需要精度高，免维护的自动监测仪器———包括达到此要求的风向风速记录仪。传统的机械式风速风向仪存在转动部件，容易产生磨损。机械结构可能受到恶劣天气的损害。沙尘和盐雾也会对其造成腐蚀。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。

超声波风速测量技术测量仪器没有活动的机械部件，取而代之的是若干个超声波传感器。理论上可以测量的风速范围下限为零，不存在启动风速；风速上限可以根据传感器间距进行调整。

用超声波测量风速风向，其核心在于测量超声波在空气中传播的时间，即所谓的飞渡时间（TOF，time of flying），超声波从一个探头传送到另一个探头所需要的时间是与风速以及超声通路有关。顺风将使超声信号传播时间递增，逆风将会使之递减。如果风速为零，信号双向的传输时间相等。如果在两个不相关方向上同时测量风速，就可以通过三角学合成计算出风速以及风向。依此原理，超声波风速风向记录仪可仅仅使用三个探头即可确定平面中的风速风向。