為了套用渦度相關法，有必要對風速的垂直成分進行分離測定。用於渦度相關法的風速計要求具有能以10 Hz以上的高頻率測定出風速的三維成分(u,v,w)的性能。其中特別重要的垂直風速(w)與水平風速(u,v)相比小得多，因此要求儀器有較高的解析度，同時在野外能夠連續觀測、具有較高的耐候性和長期的穩定性。現在完全滿足這些條件、最值得信賴的儀器只有三維超聲風速計。三維超聲風速計是利用超音波在空氣中的傳播速度隨風速而變化的原理，測定發生器和接收器之間超音波的到達時間來計算風速。具體地說，就是在發生器和接收器相對方向內置一對聲響元件(傳送接收器)，互動地傳送和接收聲音脈衝信號。
基本介紹
- 中文名：風速脈動測定
- 外文名：Wind speed pulsation
- 基礎：為了套用渦度相關法
- 難點：垂直風速與水平風速相比小得多
- 要求：高解析度，同時能夠連續觀測等
- 原理：互動地傳送和接收聲音脈衝信號
測定要求,超聲風速計的工作原理,超聲風速計的主要類型,
測定要求
為了套用渦度相關法，有必要對風速的垂直成分進行分離測定。用於渦度相關法的風速計要求具有能以10 Hz以上的高頻率測定出風速的三維成分(u,v,w)的性能。其中特別重要的垂直風速(w)與水平風速(u,v)相比小得多，因此要求儀器有較高的解析度，同時在野外能夠連續觀測、具有較高的耐候性和長期的穩定性。現在完全滿足這些條件、最值得信賴的儀器只有三維超聲風速計。三維超聲風速計是利用超音波在空氣中的傳播速度隨風速而變化的原理，測定發生器和接收器之間超音波的到達時間來計算風速。具體地說，就是在發生器和接收器相對方向內置一對聲響元件(傳送接收器)，互動地傳送和接收聲音脈衝信號。
超聲風速計的工作原理
現在，一般的超聲風速計測定的都是利用聲音發生器所發出的聲音沿著固定的路徑傳播時，聲音到達接收器的時間隨著風速而變化的基本原理，即聲波在空氣中傳播的速度等於靜風時速度與傳播方向的風速分量的和。當聲波從兩側的發生器短時間地交替切換聲音傳播方向時，一對相隔一定距離的聲波發生器、在相反的方向上傳送聲波，各發生器所發出的聲波分別被處於相等距離上的接收器接收，利用兩個接受器所接收到的聲波信號的時間差，即可求出不同方向的瞬時風速。超聲風速計是通過風對聲脈衝在路徑已知方向相反的輸送時間內所受的影響來完成其頻響測量的，影響頻響的唯一因素是空間路徑距離。如果在三個互相垂直的方向上同時測量，即可得到風在三個不同方向上的分量(u,v,w)及瞬時總風速。
超聲風速計的主要類型
超聲風速計由於靈敏度高，記錄、存儲數據都方便，是脈動測定的重要儀器。目前用得較多的是三維超聲風速計，它可不間斷地測定風向和風速的變化。但是，現在使用的主導型三維超聲風速計還不能直接測定最為重要的垂直風速成分，需要從三個成分的坐標變換求解，所以在儀器安裝時要作嚴格的水平調整，通量計算時需進行坐標軸變換。超聲風速計能得到特定的風向成分，對於渦度相關法來說具有很大的優點，而且在精度和時間回響方面也具有優良的特性。可是，聲波發生器有限的大小也會妨礙氣流的流動，雖然不可能配置對應任何風向都沒有影響的聲波發生器，但為了儘可能減少發生器的影響，工程師們想出了各種各樣的方法，開發了不同類型的超聲風速計。
商用的三維超聲風速計由具有三對發生一接收器的探測器與數據轉換器構成。最近，探測器與數據轉換器成為一體的小型超聲風速計也普及起來另外，也有內裝A/D(模擬/數字，analog/digital)轉換器，輸入其他探頭的模擬信號(例如濕度脈動)可以與風速的信號同時以數字形式輸出的儀器，超聲風速計的探頭形狀取決於發生一接收器的三維配置和支撐材料的位置，依儀器種類而異。
