超声波风速风向测试仪的设计与应用分享

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最近在研究超声波风速风向测试仪的设计，发现了一篇很有价值的论文《超声波风速风向测试仪的设计》，作者是王华英等人。这篇论文详细介绍了基于时差法的超声波测风技术，分享给大家！

1. 设计亮点

• 低功耗高精度：测试仪功耗仅0.2W，测量范围0～60m/s，精度高且稳定性强。
• 时差法原理：通过测量超声波顺风与逆风传播的时间差，计算风速和风向。
• V型探头布局：采用同侧V型安装，探头间距12cm，结构紧凑且保证测量精度。
• 智能温控：内置加热模块，当探头温度低于4°C时自动加热，防止结冰影响测量。
  
  

2. 核心公式

• 单一方向风速：
  Vw=d2(1t12−1t21)Vw​=2d​(t12​1​−t21​1​)
• 二维风速与风向：
  Vw=Vwx2+Vwy2,θ=arctan⁡(VwyVwx)Vw​=Vwx2​+Vwy2​​,θ=arctan(Vwx​Vwy​​)
  
  

3. 硬件与软件设计

• 硬件：采用dsPIC33F单片机（40MHz时钟），支持0.025μs时间精度，模块包括超声波驱动电路、RS485通信、温度监测等。
• 软件：采样率4Hz，通过多次采样取平均值提高精度，加热控制每15秒监测一次温度。
  
  

4. 实验结果
在模拟风场和风洞测试中，与德国Lufft气象站对比，误差极小（如20m/s实际值对应19.8m/s测量值），完全满足气象计量标准。

5. 应用前景
该设计性价比高，适用于气象站、电力、海洋等领域，有望打破国外垄断，推动国产超声波测风设备普及。

讨论点

• 时差法在极端天气（如暴雨）下的可靠性如何？
• 是否有更优的探头布局方式进一步缩小体积？
  
  

参考文献：
[1] 王保强等. 超声波风速风向检测技术的研究[J]. 声学技术, 2008.
[2] 论文原文附件（见PDF）。

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