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(cè)量艦船在航行過(guò)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(cè)量部分是旋轉(zhuǎn)部件，在強(qiáng)風(fēng)和長(zhǎng)期暴露于室外的工作環(huán)境下容易磨損，而且存在“過(guò)高效應(yīng)”，造成測(cè)量精度不高，使用條件受到制約。近年來(lái)，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(cè)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(wú)機(jī)械部件，壽命長(zhǎng)，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(lái)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(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用，而且能準(zhǔn)確測(cè)出自然風(fēng)中陣風(fēng)脈動(dòng)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(duì)收發(fā)分制探頭和芯片，用模擬方式處理超聲波信號(hào)，據(jù)我們實(shí)際測(cè)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(cè)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(shí)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(cè)量的方案，采用數(shù)字前后向?yàn)V波、窄帶濾波等信號(hào)處理手段判斷聲波接收脈沖的到達(dá)時(shí)刻的方法有一定的理論價(jià)值，但過(guò)于復(fù)雜不易工程實(shí)現(xiàn)。另外張建蘭等人針對(duì)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(duì)改善接收信號(hào)判斷聲波到達(dá)時(shí)刻非常有利，但是增加了發(fā)射系統(tǒng)的復(fù)雜性。國(guó)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(guó)的GILL系列，都包括二維和三維測(cè)風(fēng)向的產(chǎn)品，有的還能構(gòu)建無(wú)人值守氣象站。目前，國(guó)內(nèi)還未開(kāi)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(cè)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(shí)考慮風(fēng)對(duì)超聲波傳播時(shí)間和信號(hào)強(qiáng)度兩個(gè)特性的雙重影響，研制了原理樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)際測(cè)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)。