想知道风多大、往哪吹,气象站、高速旁的监测设备常靠超声波风速风向仪 —— 它没有风杯、风标等转动部件,却能精准捕捉风的动态,核心秘诀藏在超声波的传播特性里。
超声波风速风向仪工作原理基于一个简单规律:声音顺风传播变快,逆风变慢。设备利用这一特性,通过计算超声波在不同方向的传播时间差,反推风速与风向。
设备内部通常有 4 个呈 X 形 / 十字形分布的超声波探头,两两相对负责发射与接收信号,比如一组沿东西方向、一组沿南北方向,覆盖所有风向。
无风时,超声波在相对探头间传播时间相等,因为声速在静止空气中保持固定。有风时,顺风方向的超声波被推着走,传播时间缩短;逆风方向则顶着风,时间变长。计时器记录时间差后,结合探头间的固定距离,通过公式即可算出风速,时间差越大,风速越快。
风向判断也依赖探头时间差:对比东西、南北两组探头的时间差,若东西方向时间差大、南北方向小,说明风沿东西向吹;哪组方向时间差最大,风就来自哪个方向,最终设备会输出精确到度的风向。
这种无转动部件的设计优势明显:无磨损、不结冰卡壳,能在极端天气下稳定工作;响应快,可捕捉阵风;精度高,能感知微弱风力。如今它广泛用于气象站、高速、桥梁、光伏电站,成了感知风的重要工具。
简言之,它像给风装了计时器,靠超声波的时间差,让看不见的风变得可测可知。