基于时差法的三维高精度超声波风速测量

阿萨姆

气象观测可以为气象研究提供重要的观测数据，而风速是气象观测的重要组成元素之一。因此,如何精准地测量风速就成为气象观测的一个重要研究内容。目前,常见的测量风速的仪器有:机械风速仪、热敏式风速仪、超声波风速仪、激光测风雷达等。传统的机械式风速计依靠仪器机械构造进行测量,存在产品机械损耗高、使用寿命短、测量范围小、反应慢以及内部布线复杂等问题。热敏式风速仪通常仅能测量二维风速。超声波风速仪和激光测风雷达可以测量三维风速,但是激光测风雷达成本高昂,设备体积庞大,不利于大规模使用。与上述各类风速仪相比超声波风速仪的测风原理较为简单，制作成本相对较低，是更加适合普及的测量风速的装置。

超声波风速仪分为二维超声波风速仪和三维超声波风速仪。目前,已报道的超声波风速仪多数只能测量二维风速,同时在测量精度上有一定的进步空间。

作者王浩然等人利用超声波在介质中传播的特性进行风速测量,解决了风速测量中存在的精度不高、适应性不强等问题。首先设计了基于STM32 主控芯片电路的三维测风装置,通过时差法矢量合成的方法进行测算,提高了测量效率。进而,采用正方形四角测量方法改良了测风结构,提高了结构稳定性,减少了干扰因素。最后,通过与风轮式电子风速仪对比,验证了测量精度。根据对比结果,可以认为该装置的架构和精度达到一定水平,并且适用范围广泛。

参考文献：

[1]王浩然,胡莎,李卫东,等.基于时差法的三维高精度超声波风速测量[J].自动化与仪器仪表,2025,(03):54-57+61.