风与人们的生活息息相关，准确及时地获得风信息在农作物耕作、工业风道检测、气象监测、船舶航行、风力发电等方面，有巨大的指导意义。相对于传统的机械式风速仪，超声风测量仪采用固态设计，没有旋转部件，不存在因磨损产生的故障和测量误差，非常适合在恶劣的天气条件下使用，且原则上启动风速为0，没有测量上限，是理想的测量风速风向的仪器，具有广泛的应用前景。
目前在国内科研单位的超声测风研究工作中，主要采用谐振频率为40 kHz和 200kHz左右的超声换能器。其中,利用40kHz超声换能器制作的系统精度较低，往往通过采用高主频的ARM、DSP等处理器和增大探头间距来提高测量精度，这必然导致仪器结构较大，外形笨重。而采用更高中心频率的超声换能器意味着对处理器更高的硬件配置要求，这无疑增加了系统的成本。文中从降低系统成本并简化信号处理算法出发，对超声风测量仪系统前端电路进行了设计。其中驱动端选用ICCL7667和脉冲变压器联合升压提高了四路驱动信号的一致性，并突破传统方法中对接收信号进行包络提取的思想，以着力突出接收信号的峰值点设计了相应的峰值检测电路，提出了简单易行的峰值时间确定方法。检波信号降低了接收信号中脉冲干扰的影响，具有良好的稳定性。
1. 超声风测量仪测量原理
超声波在空气中传播的时候，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，因而可以通过风速分量对超声脉冲在固定路径上两个相反方向的输送时间差进行风速测量。文中采用基于直接时差法的超声波风速风向测量，其具有风速测量与温度无关、无需温度补偿等优点，是目前使用较广泛的超声波测量风速的方法。
如图1所示，设两个超声头的间距为d，无风时超声波的传播速度为c,风速为υ,超声波在顺风和逆风下的传输时间分别为t12和t21，则
由式(1)和式(2)得:
用式(3)可测量出沿超声换能器方向的风速分量，为了测量出水平风速，须采用两组正交的探头分别测量两个相应分量，合成后即可得到水平风速。
用户可根据需要选择风速单位、输出频率及输出格式。也可根据需要选择加热装置（在冰冷环境下推荐使用）或模拟输出。可以与电脑、数据采集器或其它具有 RS485 或模拟输出相符合的采集设备连用。如果需要，也可以多台组成一个网络进行使用。
2. 超声波脉冲线路发送电路例示：
3. 智能超声风测量仪关键特征
风速测量范围：0 m/s~75m/s
风速最大允许误差±0.1m/s(<5m/s )±2%(>5m/s )
风速分辨力0.01米/秒
响应时间：250毫秒
启动阈值：0.01米/秒
风向测量范围0~360°
风向最大允许误差土2°
风向分辨力0.1°
响应时间：250毫秒
启动阈值：0.01米/秒
4. 超声风测量仪应用领域
用于气象与环境监测，在气象站、高空探测气球及移动观测车等设备上实时收集风速、风向数据，为气象分析提供关键信息。同时，助力雾霾扩散模型及城市热岛效应研究中的风场分析，以深入了解环境气象变化。航空航天领域监测，机场跑道端和航站楼周边，对风切变、湍流进行监测，为飞机起降安全提供保障，降低飞行风险。能源产业监测，在风力发电场，通过精准测量风速风向，优化风机布局，从而提升发电效率，提高能源产出。工业安全监测，化工厂、炼油厂利用超声风测量仪模拟气体泄漏扩散情况，提前发出安全预警，保障工业生产安全。农业与生态保护监测，在农田防风林设计、温室通风控制中发挥作用，促进农业生产环境优化；在森林火灾预警体系里，用于火势蔓延预测，提升森林防火能力。交通基础设施监测，对跨海大桥、高速铁路进行风振监测，评估结构安全，确保交通设施稳定运行；在港口为船舶靠泊提供实时风速指引，保障船舶停靠安全。海上作业监测，凭借抗盐雾腐蚀特性，应用于石油钻井平台的安全监测，适应海上复杂恶劣环境。
总结：超声风测量仪基于直接时差法，通过检测超声波在顺风 / 逆风路径的时间差计算风速分量，具有无机械磨损、高精度（±0.1m/s）、全量程响应（0-75m/s）等优势。系统采用 40kHz/200kHz 换能器，结合脉冲变压器升压与峰值检测电路，在保证精度的同时降低硬件成本。关键参数包括：风速分辨力 0.01m/s、风向误差 ±2°，响应时间 250ms。广泛应用于气象监测、风电优化、工业安全、交通基建及海上作业等场景，尤其适合恶劣环境下的长期可靠测量。
