風(feng)的探索(suo)史
風(feng)的(de)力量遍及世界(jie)的(de)各個角落，這種看似(si)無形的(de)自然力量，既是塑(su)造(zao)地表環境(jing)的(de)重要(yao)因(yin)素，也在(zai)很(hen)大(da)程度上推(tui)動了人(ren)類文明(ming)的(de)進程。自古(gu)以來，人(ren)類對風(feng)的(de)探索從未停歇。早在(zai)氣象觀(guan)測技(ji)術尚未形成體系的(de)古(gu)代(dai)，人(ren)類便通過(guo)觀(guan)察自然現(xian)象、發明(ming)簡易器(qi)械來測量風(feng)：2000多(duo)年(nian)前的(de)漢代(dai)，科學家張衡發明(ming)的(de)“相風(feng)鳥”，便是人(ren)類最早的(de)“風(feng)向標”；唐宋時期，出現(xian)了“風(feng)向旗”與“風(feng)鐸”作為輔(fu)助測風(feng)工具。
18世紀，歐洲人發明了(le)機械風(feng)(feng)杯式(shi)風(feng)(feng)速(su)儀，通(tong)過(guo)風(feng)(feng)杯轉(zhuan)動的(de)圈數計算風(feng)(feng)速(su)。步(bu)入現代(dai)，科(ke)學家在風(feng)(feng)杯式(shi)風(feng)(feng)速(su)儀的(de)基礎(chu)上進行優化，發明了(le)機械式(shi)風(feng)(feng)速(su)風(feng)(feng)向傳感器，能夠將(jiang)機械運動轉(zhuan)換為電信號以測量風(feng)(feng)力參數，但其核心(xin)原理(li)并未(wei)改變，因此固有的(de)局限性仍舊存(cun)在。
1啟(qi)動閾值高
因風(feng)(feng)杯軸承、風(feng)(feng)向標轉軸等部件(jian)存在摩(mo)擦力，傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)達(da)到最低(di)風(feng)(feng)速才能(neng)啟動，無法有效(xiao)測量低(di)于(yu)此值(zhi)的微風(feng)(feng)，難以(yi)滿足農業溫室(shi)通(tong)風(feng)(feng)等需(xu)要精密(mi)微風(feng)(feng)監測的場(chang)景需(xu)求。
2運維成(cheng)本(ben)高(gao)
易(yi)損部件多、環境適應性(xing)差且維護頻繁，需要(yao)人工進行高(gao)頻次的現場(chang)清潔、校準和更(geng)換，運維成本高(gao)昂。
3使(shi)用壽命短
機械磨損(sun)(sun)不可(ke)避免，核(he)心部件(jian)(jian)需長期(qi)轉動或活動，隨著使(shi)用時間(jian)增加，磨損(sun)(sun)間(jian)隙會逐漸擴(kuo)大，風速(su)測量精度逐漸下降，使(shi)用壽命遠低于無機械部件(jian)(jian)的測風設備。
這些局限性(xing)導致機(ji)械式風(feng)(feng)速風(feng)(feng)向(xiang)傳感器僅能(neng)適用(yong)于常(chang)規（二維(wei)(wei)）氣象(xiang)監測，而在通量(liang)觀測、風(feng)(feng)能(neng)高(gao)級評估及科學研究等領域則無法滿(man)足要求。為(wei)此，山(shan)東仁科推出了基于超聲波原理的超聲波三維(wei)(wei)風(feng)(feng)速風(feng)(feng)向(xiang)變送器。這款專業的測風(feng)(feng)設(she)備能(neng)夠提供完整的三維(wei)(wei)風(feng)(feng)矢量(liang)信息，具(ju)備其他類型設(she)備無法替代的獨(du)特(te)優勢(shi)。
變(bian)送器(qi)是怎樣工作的?
三維超聲(sheng)波風(feng)速風(feng)向變送器的(de)工作(zuo)原理建立在 “超聲(sheng)波傳播速度受氣流影響” 的(de)物理特(te)性之上，與(yu)常規的(de)風(feng)杯(bei)或旋翼(yi)式風(feng)速儀(yi)相比，這(zhe)種測量(liang)方法的(de)最大特(te)點在于整個測風(feng)系統沒(mei)有(you)任何機械轉動部(bu)件，屬于無慣性測量(liang)。
為實(shi)現三(san)(san)維空(kong)間(jian)的全(quan)面測(ce)量(liang)(liang)，設(she)(she)備采(cai)用三(san)(san)根(gen)支(zhi)撐桿(gan)結構，可以有效減少風(feng)阻，使測(ce)試數據(ju)(ju)更精準；搭載六個超聲(sheng)(sheng)波探頭，這些探頭按特定結構分布在三(san)(san)維平面內，分別對應 X、Y、Z 三(san)(san)個空(kong)間(jian)坐標軸方向(xiang)，探頭在三(san)(san)維平面內循環發送和(he)接收超聲(sheng)(sheng)波，通過超聲(sheng)(sheng)波在空(kong)氣中(zhong)傳(chuan)播(bo)的時(shi)差(cha)來測(ce)量(liang)(liang)風(feng)速(su)和(he)風(feng)向(xiang)。在測(ce)量(liang)(liang)風(feng)速(su)風(feng)向(xiang)的同時(shi)，設(she)(she)備還能通過精確計算超聲(sheng)(sheng)波傳(chuan)播(bo)時(shi)間(jian)直接得到聲(sheng)(sheng)速(su)值(zhi)，并據(ju)(ju)此推(tui)導出聲(sheng)(sheng)溫數據(ju)(ju)，可廣(guang)泛應用于氣象觀測(ce)、風(feng)電(dian)運維、環境監測(ce)等對數據(ju)(ju)精度和(he)實(shi)時(shi)性要(yao)求極高的場景。
功能優勢介紹
三維(wei)超(chao)聲(sheng)波(bo)風速(su)風向變送器具有多參數同(tong)步(bu)采(cai)集(ji)、全方位無死角(jiao)監(jian)測、使用壽命長(chang)、防護性強、操作簡(jian)單、安裝方便等(deng)優勢，不(bu)僅大幅提高了監(jian)測可靠性，也為相關領域提供了更為完整和科學(xue)的數據(ju)基礎(chu)。
多參數(shu)同步(bu)采(cai)集
在氣(qi)象研究、環(huan)境評估(gu)、工業生產等依賴(lai)大(da)氣(qi)參數分(fen)析的領域(yu)，數據維度完整性直(zhi)接決定了決策的科(ke)學性與有效(xiao)性。
三維超聲波風(feng)(feng)(feng)(feng)速風(feng)(feng)(feng)(feng)向變送器能夠(gou)同步監(jian)測(ce)三維空(kong)間(jian)內(nei)X軸、Y軸、Z軸方向的(de)風(feng)(feng)(feng)(feng)速狀況及水(shui)平(ping)、垂直風(feng)(feng)(feng)(feng)向，實(shi)現對氣(qi)流(liu)(liu)運動的(de)立(li)體化(hua)感知(zhi)。這種全(quan)維度的(de)測(ce)量方式(shi)不僅完整覆蓋空(kong)間(jian)中風(feng)(feng)(feng)(feng)場(chang)的(de)分布(bu)特征，還(huan)可實(shi)時追(zhui)蹤氣(qi)流(liu)(liu)的(de)動態(tai)變化(hua)過程(cheng)。即使面對復雜(za)多變的(de)氣(qi)流(liu)(liu)，設備仍(reng)可快速響應(ying)并穩定輸出(chu)數據(ju)，為風(feng)(feng)(feng)(feng)場(chang)研究、環境監(jian)測(ce)、工業安全(quan)等(deng)需全(quan)面掌(zhang)握氣(qi)流(liu)(liu)狀態(tai)的(de)領域提供(gong)了堅實(shi)可靠(kao)的(de)數據(ju)基礎。
除三(san)維(wei)風(feng)速(su)與(yu)風(feng)向外，三(san)維(wei)超(chao)聲(sheng)波風(feng)速(su)風(feng)向變(bian)送(song)器還能同步測量聲(sheng)速(su)及聲(sheng)溫的瞬時數值(zhi)(zhi)。其(qi)中，聲(sheng)速(su)是超(chao)聲(sheng)波傳播過程(cheng)中的直接測量值(zhi)(zhi)，而聲(sheng)溫則(ze)是根據聲(sheng)速(su)與(yu)空氣溫度的物(wu)理關系(xi)推導出的重要參(can)數。同步測量聲(sheng)速(su)與(yu)聲(sheng)溫拓(tuo)展了設備的數據采集維(wei)度，從而構(gou)建出一套更為(wei)完整的大氣參(can)數測量體(ti)系(xi)。
無(wu)死(si)角監測
三維(wei)(wei)超(chao)聲波風速風向(xiang)(xiang)變(bian)送(song)器可(ke)實現(xian)無死角的(de)全方位測量(liang)。傳統(tong)設備受(shou)制于機械慣性，有效測量(liang)范圍有限，在復雜多(duo)(duo)變(bian)的(de)氣流(liu)中極易形成盲(mang)區；而三維(wei)(wei)超(chao)聲波變(bian)送(song)器憑借(jie)其多(duo)(duo)探頭的(de)三維(wei)(wei)布局(ju)與循環工作(zuo)模(mo)式(shi)，能(neng)夠覆蓋整個三維(wei)(wei)空間(jian)，精準捕(bu)捉來自(zi)任何方向(xiang)(xiang)的(de)氣流(liu)信息，確(que)保(bao)了數據(ju)的(de)全面性與準確(que)性。
并且三維超聲波風(feng)(feng)(feng)速(su)風(feng)(feng)(feng)向變送器(qi)不存(cun)在(zai)(zai)啟動(dong)風(feng)(feng)(feng)速(su)限(xian)制，即(ji)便處于(yu)零風(feng)(feng)(feng)速(su)環境中也(ye)能穩定(ding)工(gong)作，精準(zhun)捕捉到微(wei)風(feng)(feng)(feng)、靜(jing)風(feng)(feng)(feng)等微(wei)弱氣流狀態下的大氣參數，有效避免了傳統(tong)機(ji)械設備(bei)因存(cun)在(zai)(zai)啟動(dong)閾值而導致的低風(feng)(feng)(feng)速(su)數據(ju)缺失(shi)問題。
憑(ping)借(jie)在啟動風速和(he)測量角度上的(de)(de)雙重優(you)勢，設備顯(xian)著增強了對復雜(za)氣(qi)流環(huan)境(jing)的(de)(de)適應性，為精準(zhun)、可靠、連續的(de)(de)數據采(cai)集(ji)提(ti)供了關鍵保障。
使(shi)用(yong)壽命長
三維(wei)超聲波風(feng)(feng)速風(feng)(feng)向變送器摒棄了(le)移(yi)動部件(jian)(jian)，通過(guo)超聲波探頭的信號發(fa)送與接(jie)收(shou)完(wan)成測(ce)量(liang)。整個(ge)工作過(guo)程(cheng)中無任何機(ji)械(xie)運轉(zhuan)，從根本(ben)上避免(mian)了(le)因(yin)摩擦、碰撞導致的部件(jian)(jian)損耗(hao)。這種無磨損的運行模(mo)式不僅使設備(bei)能夠長(chang)期保持測(ce)量(liang)精度，還大幅延長(chang)了(le)使用壽命(ming)，降低了(le)因(yin)機(ji)械(xie)故障所需的維(wei)修成本(ben)，從而保障設備(bei)在長(chang)期連續工作中穩定(ding)運行，為不間斷的數據采集提供可靠(kao)支持。
防(fang)護(hu)性強
風(feng)速(su)監(jian)測設備(bei)通常長期暴露于戶外(wai)，面臨雨(yu)水(shui)沖刷、紫外(wai)線(xian)照射、腐(fu)蝕(shi)性(xing)氣體(ti)侵(qin)蝕(shi)等(deng)多重(zhong)挑戰(zhan)。三維超聲波(bo)風(feng)速(su)風(feng)向變送器采用(yong)全金屬外(wai)殼設計(ji)，具有優(you)異的(de)結(jie)構強(qiang)度，能有效抵御外(wai)力沖擊，防止因碰撞(zhuang)或擠壓造成設備(bei)損壞，顯(xian)著增強(qiang)了其(qi)環境(jing)適應性(xing)，能夠(gou)穩定(ding)應對各種復雜(za)惡(e)劣的(de)使(shi)用(yong)場景；其(qi)次，金屬外(wai)殼的(de)表面經過特殊的(de)防腐(fu)蝕(shi)處理，可抵抗雨(yu)水(shui)、濕(shi)氣、鹽(yan)霧等(deng)腐(fu)蝕(shi)性(xing)物質的(de)侵(qin)蝕(shi)，避(bi)免生銹(xiu)與老(lao)化，從而確(que)保設備(bei)在潮濕(shi)、沿海或工業污染(ran)等(deng)強(qiang)腐(fu)蝕(shi)性(xing)環境(jing)中也能長期穩定(ding)運行。
操(cao)作簡單
三維超聲波風速風向變送器無移動部件(jian)，無需頻(pin)繁(fan)拆(chai)解維護；同時(shi)，設備(bei)可(ke)長期保持測量精度，無需工(gong)作人員攜帶專(zhuan)業設備(bei)到現(xian)場(chang)進行二次校(xiao)準(zhun)。這種 “免維護、免校(xiao)準(zhun)” 的特性，讓(rang)設備(bei)在投入使(shi)用(yong)后(hou)可(ke)實(shi)現(xian)長期自主(zhu)運行，極(ji)大減少(shao)了人力投入與(yu)時(shi)間成本，尤其適用(yong)于偏遠地區、高海拔等不便頻(pin)繁(fan)往返的監測場(chang)景(jing)。
安裝方便
三維超聲波風速風向(xiang)變送器(qi)安裝簡單(dan)，部署門(men)檻低(di)，即便非(fei)專(zhuan)業技術人(ren)員也能快速完成。安裝時，只需將設(she)備套(tao)在適配的立桿上，擰緊自帶的螺栓將其(qi)固定，然后(hou)依(yi)據說明書(shu)完成接(jie)線(xian)即可。整個(ge)過程無需焊接(jie)、復(fu)雜(za)調試(shi)或特殊工具(ju)，單(dan)人(ren)短時間(jian)內(nei)便可操作完畢。這種簡便的安裝方式顯著(zhu)降(jiang)低(di)了(le)對人(ren)員專(zhuan)業技能的要求，并減少了(le)因安裝失誤引入測量誤差的風險。
從漢(han)代(dai)“相風(feng)(feng)(feng)鳥”的(de)古樸(pu)觀(guan)測(ce)(ce)，到機械(xie)風(feng)(feng)(feng)杯式風(feng)(feng)(feng)速儀的(de)百年(nian)沿用，人類對風(feng)(feng)(feng)的(de)感知在(zai)不斷(duan)突破(po)局限(xian)。如(ru)今，山東(dong)仁科三維(wei)(wei)超聲波風(feng)(feng)(feng)速風(feng)(feng)(feng)向變(bian)送器以無(wu)機械(xie)部件的(de)設(she)(she)計，突破(po)了傳統(tong)設(she)(she)備啟(qi)動閾值高、維(wei)(wei)護繁瑣(suo)、精度衰減的(de)局限(xian)。其三維(wei)(wei)立體測(ce)(ce)量、零(ling)風(feng)(feng)(feng)速響應、免維(wei)(wei)護運行等優勢(shi)，為(wei)氣(qi)象(xiang)觀(guan)測(ce)(ce)、風(feng)(feng)(feng)電運維(wei)(wei)、環境(jing)監測(ce)(ce)及工業安全等領域提(ti)供(gong)了更精準、可靠、高效的(de)數據支撐，推(tui)動了風(feng)(feng)(feng)場監測(ce)(ce)技術向智能化、高精度和低成(cheng)本(ben)方向不斷(duan)發展。
