日本推廣應(yīng)用超聲技術(shù)測量風(fēng)速和風(fēng)向

本周冷空氣“長駐”北京，驅(qū)散了多日霧霾，帶給北京市民期盼許久的好空氣。隨著這場三四級(jí)的小北風(fēng)光顧京城，也帶來了日本關(guān)于超聲測量風(fēng)向風(fēng)速的最新消息：日本將于2016年在各級(jí)政府推廣使用超聲波高精度測量風(fēng)向和風(fēng)速的裝置。這個(gè)舉措也讓日本風(fēng)速和風(fēng)向監(jiān)測的統(tǒng)計(jì)間隔縮小到0.25秒。超聲波測量風(fēng)速和風(fēng)向？似乎聽著有點(diǎn)意外，因?yàn)槲覀冊陔娋€桿上頻繁看到的還是下面的這種小風(fēng)車
事實(shí)上，根據(jù)超聲波流體測量的基本原理，利用超聲波在流體中傳播時(shí)所載流體的流動(dòng)信息，可以實(shí)現(xiàn)多種流體流動(dòng)狀態(tài)的測量，這種流體包括了水、油、空氣等介質(zhì)，而超聲波測量風(fēng)速和風(fēng)向是超聲波檢測技術(shù)在氣體介質(zhì)中的一種應(yīng)用。這種技術(shù)是利用超聲波在空氣中傳播速度受空氣流動(dòng)的影響來測量風(fēng)速的，與常規(guī)的風(fēng)杯或旋翼式風(fēng)速儀相比這種測量方法的最大特點(diǎn)在于縮短了測量的間隔時(shí)間。另外，利用超聲波的整套測風(fēng)系統(tǒng)沒有任何機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，不僅性能穩(wěn)定，使用壽命長，而且屬于無慣性測量，能夠準(zhǔn)確測量自然風(fēng)中陣風(fēng)脈動(dòng)的高頻成分，可以在更高層次上揭示自然風(fēng)的特性，對(duì)于提高抗風(fēng)減災(zāi)能力以及對(duì)風(fēng)資源的合理利用有重大意義。
下面來具體介紹超聲波測量風(fēng)速的基本原理：超聲波在空氣中的傳播速度，會(huì)和風(fēng)向上的氣流速度疊加。若超聲波的傳播方向與風(fēng)向相同，它的速度會(huì)加快；反之，若超聲波的傳播方向若與風(fēng)向相反，它的速度會(huì)變慢。因此，在固定的檢測條件下，超聲波在空氣中傳播的速度可以和風(fēng)速線性對(duì)應(yīng)，這樣就能通過簡單計(jì)算得到精確的風(fēng)速和風(fēng)向。另外，超聲風(fēng)速儀由于檢測兩個(gè)通道上的兩個(gè)相反方向，故而抵消了超聲波在空氣中傳播時(shí)受溫度影響較大的因素，因此溫度對(duì)超聲風(fēng)速儀的影響可以忽略不計(jì)。
本次日本政府預(yù)采用的是日本橫河電機(jī)公司開發(fā)的超聲波高精度測量風(fēng)向和風(fēng)速的裝置，該公司于今年12月份在日本東京國際會(huì)展中心舉行的“日本系統(tǒng)控制展2015/計(jì)測展2015 TOKYO”上展示了該裝置。這套裝置配備3個(gè)機(jī)械臂，每個(gè)機(jī)械臂的頂端都具備發(fā)送和檢測超聲波的功能。超聲波的速度會(huì)隨著機(jī)械臂頂端空間流過的風(fēng)的速度和方向而變化，根據(jù)這一變化可測量瞬時(shí)風(fēng)速和風(fēng)向。目前，這套系統(tǒng)已經(jīng)完全符合日本氣象廳的規(guī)定，可以每0.25秒測量一次數(shù)據(jù)，輸出值取多個(gè)測量數(shù)據(jù)的平均值。
我們知道，日本是個(gè)氣候?yàn)?zāi)害多發(fā)的國家，一向具有憂患意識(shí)，這次大幅度提高風(fēng)速測量的精度和響應(yīng)時(shí)間，也是希望提高抗災(zāi)減害的能力。對(duì)于超聲測速技術(shù)，我國在科研實(shí)驗(yàn)方面相對(duì)日本來說絲毫不差，甚者很多方面還是超越的，但是一旦到市場應(yīng)用，包括我們的政策配套，始終還存在一個(gè)較大的差距，我們諸多的國家標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)落后以及政府的采購滯后也是相對(duì)嚴(yán)重的。但是隨著國家對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的政策支持，這個(gè)領(lǐng)域相信也會(huì)向更多創(chuàng)業(yè)者開放。