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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，用于測量艦船在航行過程中的風(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。但由于機械式風(fēng)速儀的測量部分是旋轉(zhuǎn)部件，在強風(fēng)和長期暴露于室外的工作環(huán)境下容易磨損，而且存在“過高效應(yīng)”，造成測量精度不高，使用條件受到制約。近年來，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，無機械部件，壽命長，而且有的精度很高，正在逐步取代傳統(tǒng)機械式風(fēng)速儀，應(yīng)用越來越廣泛。超聲波風(fēng)速儀是新型風(fēng)速儀中性能較為突出的一種，精度能達到不僅結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用，而且能準(zhǔn)確測出自然風(fēng)中陣風(fēng)脈動的高頻成分。

    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，驗證了超聲波風(fēng)速儀的可行性，但其采用的是三對收發(fā)分制探頭和芯片，用模擬方式處理超聲波信號，據(jù)我們實際測試，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)判斷聲波到達時間，所得的結(jié)論較有意義。唐慧強等人提出了一種利用DSh實現(xiàn)超聲風(fēng)速測量的方案，采用數(shù)字前后向濾波、窄帶濾波等信號處理手段判斷聲波接收脈沖的到達時刻的方法有一定的理論價值，但過于復(fù)雜不易工程實現(xiàn)。另外張建蘭等人針對聲納系統(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)，雖然對改善接收信號判斷聲波到達時刻非常有利，但是增加了發(fā)射系統(tǒng)的復(fù)雜性。國外超聲波風(fēng)速儀已經(jīng)有成熟產(chǎn)品，如芬蘭的VAISALA系列和英國的GILL系列，都包括二維和三維測風(fēng)向的產(chǎn)品，有的還能構(gòu)建無人值守氣象站。目前，國內(nèi)還未開發(fā)出成熟可靠的超聲波風(fēng)速儀，我們研制的原理樣機正在進行測試

 

    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，認為實現(xiàn)超聲波風(fēng)速儀需要同時考慮風(fēng)對超聲波傳播時間和信號強度兩個特性的雙重影響，研制了原理樣機，并進行了實際測試，取得了和理論模型較為一致的結(jié)果，為下一步工程實現(xiàn)提供了依據(jù)。