超声波风速风向仪，克服传统设备缺点

风，是地球大气层中最基本也是最活跃的气象要素之一。自古以来，人类就需要观测风——从帆船航海、农业生产到天气预报和航空飞行，风的信息都很重要。

最初，我们依靠机械式风速仪和风向标（即常见的风杯和风向标）来测量风。这些设备简单直观，但也存在明显的局限性：存在机械摩擦和惯性，微风难以启动，响应风速变化有延迟；极端天气（如台风、冰冻）下，机械部件容易损坏或冻结卡死；轴承等活动部件会磨损，需要定期维护和校准。

随着现代科技的发展，市面上出现了一种完全摒弃机械结构，利用声波原理进行测量，完美克服传统设备缺点的测风仪器——超声波风速风向仪。

原理是测量超声波脉冲在两个传感器之间顺风传播和逆风传播的时间差。

打个比方，两个人在一条河里划船。顺流而下时，船速（船速+水速）会变快，用时更短。逆流而上时，船速（船速-水速）会变慢，用时更长。

这里的“水流”就是风，“船”就是超声波信号，“船速”是声波在静止空气中的速度。

仪器有2到4个超声波换能器（既能发射也能接收超声波的探头），成对布置。一个典型的三探头设计即可精确测量水平面的风速和风向。

一对换能器（例如A和B）之间，仪器会先后发射两次超声波脉冲：

第一次从A发向B（顺风或逆风）。

第二次从B发向A（方向相反）。

测量两次脉冲的“飞行时间”。

由于风的存在，两个方向的时间会不同。这个时间差（ΔT）与沿着这条路径的风速分量成正比。

通过测量多对换能器（例如在X轴和Y轴方向各有一对）路径上的时间差，就可以计算出二维的水平风速矢量，即风速大小和风向。

更先进的三维模型还可以测量垂直方向的风速，用于科研等特定领域。

超声波风速风向仪可搭配自动气象站，用于桥梁、隧道、高大建筑（如起重机）、化工厂的安全风速监控，或者风力发电场风资源评估、风机性能监控与优化。