喬盈 后剛 尤用 金浩

摘 要：超聲波是近年來在氣體介質(zhì)超聲相關(guān)檢測技術(shù)中應(yīng)用最新的技術(shù)。本文介紹了超聲波與三維真實(shí)景觀緊密結(jié)合的應(yīng)用。給出了超聲波的基本原理，詳細(xì)介紹了直接選取時(shí)區(qū)風(fēng)場的方法。

關(guān)鍵詞：超聲波;三維實(shí)景;應(yīng)用

1、前言

超聲是一種新的技術(shù)，超聲成像可以探測不同氣體介質(zhì)中的各種技術(shù)。與傳統(tǒng)的各種機(jī)械式風(fēng)速儀相比，超聲波風(fēng)速儀在快樂微選址過程中沒有金屬機(jī)械表面磨損。在此中間階段，二維超聲圖像風(fēng)速儀的應(yīng)用方法得到了技術(shù)基礎(chǔ)。因此，平均風(fēng)速是一個三維矢量，疊加在大尺度規(guī)則氣流上，隨機(jī)分布一些小尺度脈動，時(shí)空轉(zhuǎn)換和隨機(jī)選擇變化明顯。因此，三維超聲對比風(fēng)速儀可以提供比風(fēng)速矢量更真實(shí)的人，傳統(tǒng)二維風(fēng)速儀具有更詳細(xì)的信息內(nèi)容，也可以成功地完成一些傳統(tǒng)二維形式的風(fēng)場分量信息的內(nèi)容采集應(yīng)用風(fēng)速計(jì)無法實(shí)現(xiàn)。

2、超聲波風(fēng)速風(fēng)向測量方法

當(dāng)超聲波原理通過各種介質(zhì)中的通道傳播時(shí)，介質(zhì)的速度將疊加在聲波的加速度上，這將影響340m的形成，從而導(dǎo)致聲波的前向有效傳播時(shí)間和反向再傳播時(shí)間。介質(zhì)的速度可以通過測量方法的差異來獲得。在超聲波的快速傳播過程中，當(dāng)導(dǎo)彈信號重新與障礙物接觸時(shí)，就會發(fā)生多普勒頻移和頻移。它的大小與超聲傳播介質(zhì)的快速重傳密切相關(guān)。因?yàn)榭梢垣@得接收和生成信號與發(fā)送各種信號之間的高頻差，所以可以推導(dǎo)各種媒體的速度。在超聲的廣泛傳播過程中，超聲成像和流量檢測結(jié)果對應(yīng)于上述不利現(xiàn)象。一種方法是的時(shí)差法，多普勒法和渦流風(fēng)向風(fēng)速的精確測量方法。根據(jù)上述時(shí)差問題的不同形式，的時(shí)差方法可分為時(shí)區(qū)法，頻率差法和土壤差法四種。顧名思義，時(shí)差法可以通過多種方式獲得沿風(fēng)傳播和單通道傳播的距離差，直接計(jì)算風(fēng)向，風(fēng)速和風(fēng)向變化。頻差法是多周期直接選擇法。它的高精度高于的時(shí)差法。適用于中，小，大直徑管道。具有精度高，驗(yàn)收方便的優(yōu)點(diǎn)。然而，優(yōu)點(diǎn)是它受到小的環(huán)境的極大影響，并且工作相對不穩(wěn)定。土壤差異法是將時(shí)間僅轉(zhuǎn)換為相位并進(jìn)行測量。在開放環(huán)境中，精確測量風(fēng)向和風(fēng)向變化的技術(shù)，時(shí)區(qū)方法是最廣泛直接使用的方法。

3、應(yīng)用領(lǐng)域

3.1、氣象站風(fēng)速風(fēng)向信息采集

風(fēng)速、風(fēng)向以及風(fēng)相關(guān)信息的采集一直是氣體成像平臺必須成功完成的任務(wù)。與最傳統(tǒng)的二維風(fēng)速儀相比，三維超聲風(fēng)速儀可以提供一個較低的極限，其精度更高，量程更大，其它信息更多。對測風(fēng)坐標(biāo)變換進(jìn)行了優(yōu)化升級。今天的氣象數(shù)據(jù)是全面的，適合這樣的應(yīng)用。該方法可以提供更多的同時(shí)參考信息。作為天氣預(yù)報(bào)等，更適合需要更多相關(guān)專業(yè)航空影像數(shù)據(jù)的自動氣象站的不斷升級。在航行過程中，船舶需要時(shí)刻注意天氣狀況。如果是現(xiàn)代風(fēng)帆助推器船，更需要獲得高精度的風(fēng)向數(shù)據(jù)。在航行中，船舶需要全面收集風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、濕度等信息，進(jìn)行氣象條件分析，確保航行安全。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)代風(fēng)帆助推器船還要求風(fēng)帆盡可能保持最佳面風(fēng)角產(chǎn)生最大驅(qū)動力和最小橫向力，以避免對船舶安全造成危害。這些都對風(fēng)速和風(fēng)向的測量精度提出了很高的要求。

3.2、建筑的震顫分析

對建筑物外觀地震的詳細(xì)分析是指在外力作用下建筑物的不穩(wěn)定振動的分析。有重要因素會影響嚴(yán)重震顫的持續(xù)時(shí)間。一是結(jié)構(gòu)截面和空氣動力學(xué)形狀;二是空氣動力學(xué)性能，是影響整體結(jié)構(gòu)的重要因素，這方面是結(jié)構(gòu)形狀的強(qiáng)度和剛度，路感和質(zhì)量。地震的突然發(fā)生是兩者共同作用的最終結(jié)果。為了測試空氣動力學(xué)設(shè)計(jì)的外部因素，需要更多建筑物的風(fēng)荷載信息。各種建筑物或結(jié)構(gòu)的外表面上的法向力也是所有建筑物表面上的強(qiáng)風(fēng)產(chǎn)生的力。它是所有新建筑中最重要，最獨(dú)特的設(shè)計(jì)。在這種背景下，傳統(tǒng)的二維測風(fēng)儀只能提供平面上的風(fēng)矢量信息，很難完成這種分析工作所需要的信息采集，而三維超聲測風(fēng)儀則有所不同。由于它提供了三維空間的風(fēng)矢量，可以全面地監(jiān)測建筑物各個方向的實(shí)時(shí)受力情況，并提供詳細(xì)的風(fēng)荷載信息，以滿足擴(kuò)展的三維震害理論對數(shù)據(jù)的要求，為震害分析提供了良好的分析數(shù)據(jù)以及建筑物的維護(hù);它的高靈敏度還可以捕捉風(fēng)力的突然變化，幫助設(shè)計(jì)師在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中對建筑物模型進(jìn)行更全面的評估。

3.3、機(jī)場低空氣切變的檢測

動態(tài)監(jiān)測低空氣流仍然是國內(nèi)機(jī)場的重點(diǎn)之一。因此必須時(shí)刻保持謹(jǐn)慎，以避免飛機(jī)突然發(fā)生崩潰。風(fēng)切變是常見的現(xiàn)象，即在相同的實(shí)際高度或不同的最大高度下，風(fēng)向和風(fēng)力在短距離內(nèi)如何突然發(fā)生變化，而短距離內(nèi)的提升氣流從內(nèi)部突然發(fā)生變化;當(dāng)平均風(fēng)速和風(fēng)向的變化引起劇烈振動發(fā)生變化時(shí)，客機(jī)的升力點(diǎn)和壓力點(diǎn)將發(fā)生變化，并且將出現(xiàn)原始的穩(wěn)定飛行形狀。當(dāng)飛機(jī)在俯沖攻擊中時(shí)，通常很難對這種突然的變化做出不同的反應(yīng)，這非常危險(xiǎn)，多普勒近代天氣探測雷達(dá)通常使用西南風(fēng)的觀測來獲得低空風(fēng)，低渦和平行氣旋結(jié)構(gòu)形狀的標(biāo)準(zhǔn)水平，然后綜合分析風(fēng)切變線的概率。但是，多普勒多雨遠(yuǎn)程雷達(dá)在改進(jìn)有關(guān)近地氣流直接流動的其他信息方面有其自身的缺點(diǎn)。因此，有必要直接介紹一系列以三維超聲成像風(fēng)速計(jì)為代表的氣象傳感器。獲取有關(guān)近地氣流直接量的信息，作為近地氣流分析的基礎(chǔ)。由于低風(fēng)速和低渦度的存在，最傳統(tǒng)的二維風(fēng)速計(jì)很難獲得空氣質(zhì)量的上升和下降變化的信息量，這提供了全面的多維風(fēng)向變化，極大地改變了信息量和更準(zhǔn)確的綜合數(shù)據(jù)，更適合在大型機(jī)場的水泥地面上選擇自動氣象站。

3.4、航海中風(fēng)速風(fēng)向的檢測

在遠(yuǎn)洋航行期間，船舶應(yīng)始終注意寒冷的天氣條件。對于現(xiàn)代技術(shù)的帆輔助船，他們必須獲得有關(guān)風(fēng)和風(fēng)向變化的高精度綜合數(shù)據(jù)。在航行過程中，分析晴天和惡劣條件，并確保海上航行的安全;西方現(xiàn)代帆輔助船的基礎(chǔ)在上面，還明確要求帆盡可能保持最佳的風(fēng)向角度組合，以免產(chǎn)生最大的驅(qū)動力，同時(shí)使側(cè)面不會產(chǎn)生比較小的力，以免造成傷害。其他船舶安全保證對風(fēng)向，風(fēng)速和風(fēng)向變化的準(zhǔn)確測量精度有很高的要求，四維空間超聲成像風(fēng)速儀提供了更多的位置坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)軸上風(fēng)向變化的信息。結(jié)合氣壓表相關(guān)資料，可以重建海面上升氣流的重大變化，方便航運(yùn)公司有關(guān)人員對航行中的最新天氣情況作出正確而重要的決策，增加船舶運(yùn)輸?shù)膰?yán)寒天氣風(fēng)險(xiǎn)。特別是對于現(xiàn)代科技助航船舶來說，二維風(fēng)的大小和方向的各種信息可以為人員提供一個二維的表面，三維超聲風(fēng)速儀無疑是導(dǎo)航風(fēng)速測量應(yīng)用中的一個很好的選擇。

3.5、海氣界面的通量交換檢測

海洋氣象變化望遠(yuǎn)鏡觀測是各方自然氣象與天文觀測軟件系統(tǒng)集成的重要組成部分。海洋天文觀測數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)是關(guān)系到國家各項(xiàng)資源、優(yōu)質(zhì)資源和保障安全發(fā)展的根本經(jīng)濟(jì)利益的重大問題。用于動態(tài)監(jiān)測的奇海頁面的高通量交換也是觀測儀器內(nèi)容主題的一個組成部分。海氣應(yīng)用界面的高通量交換過程是氣候系統(tǒng)各層相互作用過程的兩個方面之一。及時(shí)的反饋處理機(jī)制強(qiáng)烈影響著深海深部和厚層氣相邊界層的整體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)反過來又極大地影響了穩(wěn)定的大氣低渦和深海大氣環(huán)流，導(dǎo)致不同尺度的氣候環(huán)境發(fā)生了顯著變化。在高通量測序監(jiān)測中，風(fēng)速、風(fēng)向以及測風(fēng)方法是必不可少的多個環(huán)節(jié)。

4、結(jié)束語

超聲波逐漸受到越來越多人的青睞。基于時(shí)差法的三維超聲波風(fēng)速儀原理簡單，受溫度影響較小，因此與傳統(tǒng)的二維風(fēng)速儀相比，可以提供更詳細(xì)的風(fēng)向矢量。定量信息適用于開放環(huán)境并且具有廣闊的使用空間。通過合理使用三維超聲風(fēng)速計(jì)，將有助于相關(guān)科研人員更好地了解氣流變化的實(shí)時(shí)情況，并幫助氣象預(yù)報(bào)部門獲取更準(zhǔn)確的氣象信息。

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作者簡介：

喬盈（2000年5月），女，安徽六安人，本科，學(xué)生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造。

后剛（1976年11月），男，安徽金寨人，本科，政工師，研究方向?yàn)榇髮W(xué)生思想政治。

尤用（2000年4月），男，安徽六安人，?？?，學(xué)生，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

金浩（1998年9月），男，安徽六安人，專科，學(xué)生，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化。

基金項(xiàng)目：三聯(lián)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助“超聲波與三維實(shí)景結(jié)合的應(yīng)用”（201810959057）

（安徽三聯(lián)學(xué)院 ?安徽 ?合肥 ?230601）