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在現(xiàn)代艦船上一般都裝有風(fēng)速儀，作為氣象系統(tǒng)的一部分，用于測量艦船在航行過程中的風(fēng)速風(fēng)向，為航行操縱提供信息。當(dāng)前所使用的風(fēng)速儀種類繁多，工作原理和性能也各不相同，其中使用較多的是機(jī)械式風(fēng)速儀，例如常用的風(fēng)杯式和螺旋槳式風(fēng)速儀。但由于機(jī)械式風(fēng)速儀的測量部分是旋轉(zhuǎn)部件，在強(qiáng)風(fēng)和長期暴露于室外的工作環(huán)境下容易磨損，而且存在“過高效應(yīng)”，造成測量精度不高，使用條件受到制約。近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的風(fēng)速風(fēng)向測量方式，如激光風(fēng)速儀、超聲波風(fēng)速儀、高集成度的風(fēng)速儀等等，這些新型風(fēng)速儀體積較小，無機(jī)械部件，壽命長，而且有的精度很高，正在逐步取代傳統(tǒng)機(jī)械式風(fēng)速儀，應(yīng)用越來越廣泛。超聲波風(fēng)速儀是新型風(fēng)速儀中性能較為突出的一種，精度能達(dá)到不僅結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用，而且能準(zhǔn)確測出自然風(fēng)中陣風(fēng)脈動的高頻成分。

    意大利G.C.Aprilesi等人上世紀(jì)年代制作了熱球式風(fēng)速儀的原理樣機(jī)，驗(yàn)證了超聲波風(fēng)速儀的可行性，但其采用的是三對收發(fā)分制探頭和芯片，用模擬方式處理超聲波信號，據(jù)我們實(shí)際測試，精度和可靠性都不高。等人研究了用于火星大氣風(fēng)速風(fēng)向測量的超聲波傳感器技術(shù)，并提出采用脈沖壓縮技術(shù)判斷聲波到達(dá)時間，所得的結(jié)論較有意義。唐慧強(qiáng)等人提出了一種利用DSh實(shí)現(xiàn)超聲風(fēng)速測量的方案，采用數(shù)字前后向?yàn)V波、窄帶濾波等信號處理手段判斷聲波接收脈沖的到達(dá)時刻的方法有一定的理論價值，但過于復(fù)雜不易工程實(shí)現(xiàn)。另外張建蘭等人針對聲納系統(tǒng)提出了一種壓電陶瓷發(fā)射換能器的瞬態(tài)抑制技術(shù)，雖然對改善接收信號判斷聲波到達(dá)時刻非常有利，但是增加了發(fā)射系統(tǒng)的復(fù)雜性。國外超聲波風(fēng)速儀已經(jīng)有成熟產(chǎn)品，如芬蘭的VAISALA系列和英國的GILL系列，都包括二維和三維測風(fēng)向的產(chǎn)品，有的還能構(gòu)建無人值守氣象站。目前，國內(nèi)還未開發(fā)出成熟可靠的超聲波風(fēng)速儀，我們研制的原理樣機(jī)正在進(jìn)行測試

 

    本文首先給出了超聲波風(fēng)速儀的基本組成及原理，然后在此基礎(chǔ)上深入研究了超聲波在空氣中傳播的特性，建立了超聲波風(fēng)速儀的理論模型，認(rèn)為實(shí)現(xiàn)超聲波風(fēng)速儀需要同時考慮風(fēng)對超聲波傳播時間和信號強(qiáng)度兩個特性的雙重影響，研制了原理樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)際測試，取得了和理論模型較為一致的結(jié)果，為下一步工程實(shí)現(xiàn)提供了依據(jù)。