Тема3-4_Акустические анемометры

3.4. Акустические анемометры.
Акустические анемометры основаны на измерении времени
прохождения акустического сигнала от передатчика к
приемнику.
V
Приемник
Передатчик
Сзв.
L.
Рис. 3.4.1. Действие акустического анемометра.
Это время можно
рассчитать по формуле:
L

(C  V )
(3.4.1)
3.4. Акустические анемометры.
Но скорость звука зависит и от температуры воздуха. Для
исключения этой зависимости собирают установку (Рис.3.4.2):
V
Направление ветра
Пр
2
П
L
Пр
1
L
Рис. 3.4.2. Схема акустического анемометра.
Выходным параметром является разность времени прихода
акустического сигнала на первый и второй приёмники:
 
2 LV
2 LV
L
L
L(C  V )  L(C  V )



 2
C V 2
C2
(C  V ) (C  V )
(C  V )  (C  V )
С учетом С 2  V 2 .
(3.4.2)
3.4. Акустические анемометры.
 
Соответственно чувствительность акустического анемометра:
2L
d ( )

S
dV
C2
(3.4.3)
Значит, для увеличения чувствительности необходимо
увеличивать базу – L.
Реальная длина базы – несколько десятков сантиметров.
В этой схеме звук испускается короткими импульсами.
Поэтому такой тип акустических анемометров называется
импульсным.
2 LV
C2
3.4. Акустические анемометры.
Рассмотрим другой тип – фазовый акустический анемометр.
В анемометрах этого типа акустический сигнал генерируется
непрерывно.
Принятые приемниками сигналы отличаются по фазе на Δφ.
T
Δ
Сдвиг по фазе:
 


 3600 
 2
T
T
(3.4.4)
3.4. Акустические анемометры.
 

 3600
T
 
2 LV
C2
Подставив в (3.4.4) выражение для Δ (3.4.3), имеем:
 
Здесь

2 LV
2 LV
0
0

360




360
C 2T
C2
(3.4.5)
- частота акустического сигнала.
Тогда чувствительность фазового акустического анемометра:
S
d (  )
2L
 2   360 0
C
dV
(3.4.7)
Значит, для увеличения чувствительности фазового
акустического анемометра можно увеличивать частоту сигнала.
3.4. Акустические анемометры.
Обычно в акустических анемометрах используется
ультразвуковой сигнал.
Достоинства акустических анемометров:
1. Практически полное отсутствие инерции.
2. Отсутствие движущихся механических частей.
Недостатки акустических анемометров:
1. Высокая стоимость и сложность конструкции.
3.4. Акустические анемометры.
Обычно для определения полного вектора скорости ветра делают
две или три пары «приемник-передатчик» и располагают их в
перпендикулярных направлениях
Рис. 3.4.3. Датчик акустического анемометра.