想知道風(fēng)多大、往哪吹,氣象站、高速旁的監(jiān)測(cè)設(shè)備??砍暡L(fēng)速風(fēng)向儀 —— 它沒有風(fēng)杯、風(fēng)標(biāo)等轉(zhuǎn)動(dòng)部件,卻能精準(zhǔn)捕捉風(fēng)的動(dòng)態(tài),核心秘訣藏在超聲波的傳播特性里。
超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀工作原理基于一個(gè)簡(jiǎn)單規(guī)律:聲音順風(fēng)傳播變快,逆風(fēng)變慢。設(shè)備利用這一特性,通過(guò)計(jì)算超聲波在不同方向的傳播時(shí)間差,反推風(fēng)速與風(fēng)向。
設(shè)備內(nèi)部通常有 4 個(gè)呈 X 形 / 十字形分布的超聲波探頭,兩兩相對(duì)負(fù)責(zé)發(fā)射與接收信號(hào),比如一組沿東西方向、一組沿南北方向,覆蓋所有風(fēng)向。
無(wú)風(fēng)時(shí),超聲波在相對(duì)探頭間傳播時(shí)間相等,因?yàn)槁曀僭陟o止空氣中保持固定。有風(fēng)時(shí),順風(fēng)方向的超聲波被推著走,傳播時(shí)間縮短;逆風(fēng)方向則頂著風(fēng),時(shí)間變長(zhǎng)。計(jì)時(shí)器記錄時(shí)間差后,結(jié)合探頭間的固定距離,通過(guò)公式即可算出風(fēng)速,時(shí)間差越大,風(fēng)速越快。
風(fēng)向判斷也依賴探頭時(shí)間差:對(duì)比東西、南北兩組探頭的時(shí)間差,若東西方向時(shí)間差大、南北方向小,說(shuō)明風(fēng)沿東西向吹;哪組方向時(shí)間差最大,風(fēng)就來(lái)自哪個(gè)方向,最終設(shè)備會(huì)輸出精確到度的風(fēng)向。
這種無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)明顯:無(wú)磨損、不結(jié)冰卡殼,能在極端天氣下穩(wěn)定工作;響應(yīng)快,可捕捉陣風(fēng);精度高,能感知微弱風(fēng)力。如今它廣泛用于氣象站、高速、橋梁、光伏電站,成了感知風(fēng)的重要工具。
簡(jiǎn)言之,它像給風(fēng)裝了計(jì)時(shí)器,靠超聲波的時(shí)間差,讓看不見的風(fēng)變得可測(cè)可知。