超声波风速仪是如何测量风速的

超声波风速仪最早于 1950 年代被开发出来。

它的原理是测量超声波脉冲在两个探头之间传播的时间来计算空气移动的速度，也就是风速。

当空气移动时，超声波在两个探头之间的时间会变长或变短。超声波在空气里就像水里的鱼，水的流动方向，顺流而下或逆流而上，会影响鱼行进的速度。

上图是一个最常见的超声波风速仪，它有一个超声波发射探头，三个超声波接收探头。这样，就可以测量在二维平面上 3 个方向上的风速。

根据平面几何原理，要计算风速和方向，我们只需要两个不同方向上的风速就够用了。但为了提高计算的精度和稳定性，通常会提供一个冗余的测量值，就像上图的结构。

另外，上图的这个结构，可以提供三维空间上的风速和风向测量，它的原理并没有本质的区别，就是各个方向上的向量合成。

但是，在很多场合，由于结构上的特点，上述两个结构会出现一些问题。比如，超声波风速仪的一个重要特点就是防结冰，但是上述结构在加热方面还是会有一些欠缺，在极端情况下，仍然会发生结冰，比如，下图的情况：

为了扩展使用场合，适应更严苛的环境，如下图的结构被开发出来：

它没有裸露在外的探头，它整个结构更紧凑，可以做的更小，并且加热更容易。

它的原理在传统基础上做了改进，如下图：

它的发射和接收器件完全封装在上部的密闭器件里，发射器和接收器之间通过底部平面的反射来进行超声波的传递。通过计算气流对超声波发射和接收的影响来计算风速。

以上，是超声波的基本工作原理和产品形式。