超声风传感器 自动气象站如何精确测量冬奥比赛风数据？加热风改造 秒级风观测

自动气象站如何精确测量冬奥比赛风数据？加热风改造 秒级风观测

工程师正在赛道旁对自动气象站进行加热风改造工作。 中国航天科工集团二院23所 供图

中新网北京1月30日电 (王昊 陈佳佳 马帅莎)在北京冬奥会气象服务网站上，高山滑雪等雪上项目的气象信息数据每分钟更新一次，包括每一个滑降关键点的平均风速、最大风速、温度、湿度，这些数据其中一部分来自场馆周边的自动气象站。

对户外冰雪运动来说，风是影响很多项目的关键因素，高速运动中，突然的风向改变或风速过大会影响比赛发挥，甚至影响运动员的人身安全，因此，对风数据的精确测量显得尤为重要。在国家跳台滑雪中心场馆四周，中国航天科工集团二院23所建设了多个测风气象站，跳台滑道上也安装超声风传感器，最大可能对风向、风速进行精准测量。

北京冬奥会气象服务网站上的气象信息数据。 中国航天科工集团二院23所 供图

北京冬奥会长达数月的赛前造雪以及赛时不定期造雪，会让自动气象站的风传感器处于低温、高湿环境，部分地方容易结冰，从而影响风向、风速观测数据。为更稳妥保障气象观测，应赛事要求，23所研制了新型加热型风传感器，采用高效节能的加热部件，配备智能算法精准温度控制，使风传感器可以在零下20℃的天气下正常工作，保证风数据的准确性。

在风传感器上加装加热装置是解决风传感器表面覆冰、无法正常工作的有效手段。为了达到最佳的除冰效果，保证设备正常工作，研制团队先在步入式低温箱中模拟赛场环境，又结合已有项目经验，研究设计了内外加热型机械风与超声风，采取内外加热模块合并使用的方式，解决风传感器的冻结问题。

雪如意旁的自动气象站。 中国航天科工集团二院23所 供图

当温度低于5℃、高于零下25℃时，开启外置加热模块；当温度低于零下25℃时，开启内加热模式。在冬奥赛场实地使用时，“加热风”的装备除冰效果良好。在崇礼和云顶山顶零下二三十摄氏度时，所在站点自动加热除冰，设备运行稳定。

除了保障设备运行稳妥，奥运会分钟级的预报要求气象产品反馈时间也要迅速。有的项目要求风速不能大于5米/秒，有的甚至要求不能大于4米/秒，赛事对风的精细化数据需求使得气象探测设备反馈也要更迅速。

研制团队优化产品，修改了原有采集处理流程，一秒提取一个风向、风速数据，一分钟打包上传一次，最终在中心站软件界面上呈现每分钟60个风向、风速记录。为了实现“秒级”风监测预报，研制团队从数据采集器嵌入式软件、中心站软件、数据传输和存储三个方面进行开发、升级，以满足秒级风数据的采样、存储、传输。

“秒级”风观测数据的实现，在对风数据进行精细化分析、预报的基础上，有效提高风监测预报能力，为对风向、风速十分敏感的雪上比赛提供更完善的数据保障。

北京冬奥会期间，优化后的自动气象站会在各个赛场密切关注风速、风向变化，以网格分辨率、时间分辨率更高的气象观测数据，为冬奥会雪上竞赛场馆气象预报体系提供数据服务。(完)

来源：中国新闻网

一文带你看懂超声波风速传感器

超声波风速传感器是一种全数字化信号检测仪器，可以通过超声波在空气中传播的时间来计算风速，被广泛用于矿井，森林，气象监控等多个领域中。今天工采网小编就来简单介绍一下超声波风速传感器。

超声波风速传感器主要是利用超声波时差法来实现风速的测量，声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快;反之，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应通过计算即可得到精确的风速和风向。

经过压差改变原理

在活动方向上设置一个固定的障碍物(孔板、喷嘴等)，这样依据流速不同便会发作一个压差。经过丈量压差，能够转换成流速的丈量。

热量搬运原理

热量搬运原理

依据卡曼涡街理论(见图一)，在无限界流场中笔直刺进一根无限长的非线性阻力体(即旋涡发作体C，风速传感器的探头横杆)，当风流流经旋涡发作体C时，在漩涡发作体边缘下流侧会发作两排交替的、内旋的旋涡列(即气流旋涡)，而旋涡的发作频率f正比于流速V，用公式表明如下：

f=StV/d;

有以上公式我们还可以得出以下结论当在风速传感器与换能器之间设置一个阻挡体，当流动的空气经过阻挡体时，在其下方产生两列内旋相互交替的旋涡。由于旋涡对超声波的阻挡作用，超声波换能器将会收到强度随旋涡频率变化的超声波，当旋涡没有阻挡超声波时，接收到的超声波强度最大;当旋涡正好阻挡超声波时，接收到的超声波强度最小。超声波换能器将接收到的频率信号送入频率/电压转换模块，转换成电压，二者成线性正比关系，即电压和风速成线性正比关系。因此超声波风速传感器就是使用超声波旋涡调制的原理来测定旋涡频率的。

综上所述可见超声波风速传感器在很多地方给人们带来的不仅是数据，更是安全地保障，而传统的方法对风速、风量的测量，往往存在精确度不高，成本太高，稳定性较差等问题。

超声波风速传感器

工采网技术人员引荐的法国LCJ Capteurs 超声波风速传感器 - CV7-OEM是工釆网最新最精确的坚固型风速传感器，可通过紧凑的风传感器实现较高的准确度和连续的风速风向数据收集。无需维护，能够在最极限条件下达到最高标准操作水平，此外关于声音方面，声音则是在交叉口由流动的物体传输。传输是是由电子声学传感器(1)用超声波信号(2)在他们之间通信，沿着正交轴， 由风速(3)引起声波传输时间不同。法国LCJ Capteurs 超声波风速传感器 - CV7-OEM则是在他们之间通信传输 4 种不同的测试，然而测试得到的食量头部风用于计算。结合测量计算出风速和根据基轴计算出风向。温度测量则是用于校准。传感器的设计减小倾角的影响(4)（传感器倾角的影响能被部分校正是由于传感器空间的形状） 。另一方面CV7 还可以传输了4 个独立的测试数据以保证检查用于头风矢量计算的正确性，这个方法给出了 0.15m/S的风速灵敏度，卓越的线性度，可达到 40m/S。可广泛应用于国防和航空航天气象领域，比如无人机、地面发射及回收站、配套气象站等。

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