在氣象監測、環境評估、航空航海、農業灌溉及新能源發電等領域,風速與風向是最基礎且關鍵的氣象要素。風速風向傳感器作為捕捉大氣流動信息的核心設備,如同“空中之眼”,為天氣預報、災害預警和智能控制提供實時、精準的數據支撐。
傳統風速風向傳感器主要包括風杯式風速計與風向標組合。風杯在風力驅動下旋轉,轉速與風速呈線性關系,通過光電或磁電編碼器轉換為電信號;風向標則通過電位器或格雷碼盤輸出方位角。這類機械式傳感器結構簡單、成本低,但存在啟動風速高、易磨損、結冰卡滯等缺點。 現代高性能傳感器則普遍采用超聲波技術。超聲波風速風向傳感器利用多對超聲波探頭(通常為2–3對)沿正交方向發射與接收聲波。風的存在會改變聲波順風與逆風傳播的時間差,通過精確測量該時差即可計算出風速與風向。由于無任何運動部件,超聲波傳感器具有響應快(可達1Hz以上采樣率)、零啟動風速、免維護、抗結冰等顯著優勢,特別適用于風電、機場、高原等嚴苛環境。
此外,還有基于熱式(熱線/熱膜)原理的微型風速傳感器,常用于室內通風或無人機平臺;激光多普勒雷達(LIDAR)則用于高空風場遙測,但成本較高。
優質風速風向傳感器需具備寬量程(如0–75 m/s)、高精度(風速±0.3 m/s,風向±3°)、IP66以上防護等級及-40℃至+70℃工作溫度范圍。在風電場中,它們安裝于測風塔或風機機艙頂部,為功率預測與偏航控制提供依據;在智慧農業中,結合土壤濕度數據可優化噴灌策略;在城市環境監測站,則助力污染擴散模擬。
隨著智慧城市與碳中和目標推進,風速風向傳感器正朝著小型化、低功耗、無線化和智能化方向發展。未來,融合AI算法的傳感器將不僅能“感知風”,還能“理解風”,為氣候適應與可持續發展注入更強大的數據動能。