超聲波與三維實景結合的應用

喬盈 后剛 尤用 金浩

摘 要：超聲波是近年來在氣體介質(zhì)超聲相關檢測技術中應用最新的技術。本文介紹了超聲波與三維真實景觀緊密結合的應用。給出了超聲波的基本原理，詳細介紹了直接選取時區(qū)風場的方法。

關鍵詞：超聲波;三維實景;應用

1、前言

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

2、超聲波風速風向測量方法

當超聲波原理通過各種介質(zhì)中的通道傳播時，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，從而導致聲波的前向有效傳播時間和反向再傳播時間。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，當導彈信號重新與障礙物接觸時，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。因為可以獲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果對應于上述不利現(xiàn)象。一種方法是的時差法，多普勒法和渦流風向風速的精確測量方法。根據(jù)上述時差問題的不同形式，的時差方法可分為時區(qū)法，頻率差法和土壤差法四種。顧名思義，時差法可以通過多種方式獲得沿風傳播和單通道傳播的距離差，直接計算風向，風速和風向變化。頻差法是多周期直接選擇法。它的高精度高于的時差法。適用于中，小，大直徑管道。具有精度高，驗收方便的優(yōu)點。然而，優(yōu)點是它受到小的環(huán)境的極大影響，并且工作相對不穩(wěn)定。土壤差異法是將時間僅轉(zhuǎn)換為相位并進行測量。在開放環(huán)境中，精確測量風向和風向變化的技術，時區(qū)方法是最廣泛直接使用的方法。

3、應用領域

3.1、氣象站風速風向信息采集

風速、風向以及風相關信息的采集一直是氣體成像平臺必須成功完成的任務。與最傳統(tǒng)的二維風速儀相比，三維超聲風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。對測風坐標變換進行了優(yōu)化升級。今天的氣象數(shù)據(jù)是全面的，適合這樣的應用。該方法可以提供更多的同時參考信息。作為天氣預報等，更適合需要更多相關專業(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，船舶需要時刻注意天氣狀況。如果是現(xiàn)代風帆助推器船，更需要獲得高精度的風向數(shù)據(jù)。在航行中，船舶需要全面收集風速、風向、氣壓、濕度等信息，進行氣象條件分析，確保航行安全。在此基礎上，現(xiàn)代風帆助推器船還要求風帆盡可能保持最佳面風角產(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。這些都對風速和風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重震顫的持續(xù)時間。一是結構截面和空氣動力學形狀;二是空氣動力學性能，是影響整體結構的重要因素，這方面是結構形狀的強度和剛度，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果。為了測試空氣動力學設計的外部因素，需要更多建筑物的風荷載信息。各種建筑物或結構的外表面上的法向力也是所有建筑物表面上的強風產(chǎn)生的力。它是所有新建筑中最重要，最獨特的設計。在這種背景下，傳統(tǒng)的二維測風儀只能提供平面上的風矢量信息，很難完成這種分析工作所需要的信息采集，而三維超聲測風儀則有所不同。由于它提供了三維空間的風矢量，可以全面地監(jiān)測建筑物各個方向的實時受力情況，并提供詳細的風荷載信息，以滿足擴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;它的高靈敏度還可以捕捉風力的突然變化，幫助設計師在風洞實驗中對建筑物模型進行更全面的評估。

3.3、機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)機場的重點之一。因此必須時刻保持謹慎，以避免飛機突然發(fā)生崩潰。風切變是常見的現(xiàn)象，即在相同的實際高度或不同的最大高度下，風向和風力在短距離內(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;當平均風速和風向的變化引起劇烈振動發(fā)生變化時，客機的升力點和壓力點將發(fā)生變化，并且將出現(xiàn)原始的穩(wěn)定飛行形狀。當飛機在俯沖攻擊中時，通常很難對這種突然的變化做出不同的反應，這非常危險，多普勒近代天氣探測雷達通常使用西南風的觀測來獲得低空風，低渦和平行氣旋結構形狀的標準水平，然后綜合分析風切變線的概率。但是，多普勒多雨遠程雷達在改進有關近地氣流直接流動的其他信息方面有其自身的缺點。因此，有必要直接介紹一系列以三維超聲成像風速計為代表的氣象傳感器。獲取有關近地氣流直接量的信息，作為近地氣流分析的基礎。由于低風速和低渦度的存在，最傳統(tǒng)的二維風速計很難獲得空氣質(zhì)量的上升和下降變化的信息量，這提供了全面的多維風向變化，極大地改變了信息量和更準確的綜合數(shù)據(jù)，更適合在大型機場的水泥地面上選擇自動氣象站。

3.4、航海中風速風向的檢測

在遠洋航行期間，船舶應始終注意寒冷的天氣條件。對于現(xiàn)代技術的帆輔助船，他們必須獲得有關風和風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)代帆輔助船的基礎在上面，還明確要求帆盡可能保持最佳的風向角度組合，以免產(chǎn)生最大的驅(qū)動力，同時使側面不會產(chǎn)生比較小的力，以免造成傷害。其他船舶安全保證對風向，風速和風向變化的準確測量精度有很高的要求，四維空間超聲成像風速儀提供了更多的位置坐標旋轉(zhuǎn)軸上風向變化的信息。結合氣壓表相關資料，可以重建海面上升氣流的重大變化，方便航運公司有關人員對航行中的最新天氣情況作出正確而重要的決策，增加船舶運輸?shù)膰篮鞖怙L險。特別是對于現(xiàn)代科技助航船舶來說，二維風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，三維超聲風速儀無疑是導航風速測量應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)的建設是關系到國家各項資源、優(yōu)質(zhì)資源和保障安全發(fā)展的根本經(jīng)濟利益的重大問題。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。及時的反饋處理機制強烈影響著深海深部和厚層氣相邊界層的整體結構。這種結構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，風速、風向以及測風方法是必不可少的多個環(huán)節(jié)。

4、結束語

超聲波逐漸受到越來越多人的青睞。基于時差法的三維超聲波風速儀原理簡單，受溫度影響較小，因此與傳統(tǒng)的二維風速儀相比，可以提供更詳細的風向矢量。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速計，將有助于相關科研人員更好地了解氣流變化的實時情況，并幫助氣象預報部門獲取更準確的氣象信息。

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作者簡介：

喬盈（2000年5月），女，安徽六安人，本科，學生，研究方向為機械設計與制造。

后剛（1976年11月），男，安徽金寨人，本科，政工師，研究方向為大學生思想政治。

尤用（2000年4月），男，安徽六安人，?？疲瑢W生，研究方向為機電一體化。

金浩（1998年9月），男，安徽六安人，專科，學生，研究方向為機電一體化。

基金項目：三聯(lián)學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助“超聲波與三維實景結合的應用”（201810959057）

（安徽三聯(lián)學院 ?安徽 ?合肥 ?230601）