农业小型气象站的风速测量原理

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　　农业小型气象站的风速测量主要采用机械旋转式与超声波式两种原理，两种原理各有特点，适用于不同农业场景，核心是通过捕捉气流运动对测量元件的作用，将物理运动转化为可量化的电信号，最终计算得出风速数值。

　　机械旋转式原理是农业场景中应用广泛的方式，核心部件为三杯式风速传感器。传感器由三个对称安装的轻质金属杯(通常为铝合金材质，重量轻、耐腐蚀)、旋转轴、角度传感器或霍尔元件组成。当气流作用于风杯时，因风杯凹面与凸面受到的气流压力不同，产生力矩差推动风杯绕旋转轴转动，风速越大，风杯旋转速度越快。旋转轴带动角度传感器或霍尔元件转动，角度传感器通过检测旋转角度变化输出脉冲信号，霍尔元件则通过磁场变化产生周期性电信号，信号频率与风杯旋转速度成正比。气象站的数据采集器接收脉冲信号后，根据预设的换算公式(通常通过校准实验得出，如每转一圈对应 0.3 米的风程)，将信号频率转化为实际风速值，测量范围通常为 0-30m/s，精度 ±0.5m/s，满足农业对风速监测的基本需求。

　　这种原理的优势在于结构简单、成本较低、稳定性强，适应农田多粉尘、高湿度的环境，维护方便，仅需定期清理风杯上的灰尘、蛛网，检查旋转轴是否卡顿即可。例如在小麦种植区，通过机械旋转式风速传感器监测田间风速，当风速超过 10m/s 时，及时预警可能出现的倒伏风险，提醒农户提前采取加固措施;在果园中，监测到风速大于 5m/s 时，暂停果园喷药作业，避免药液被风吹散，提高农药利用率。

　　超声波式原理则通过检测超声波在气流中的传播时间差计算风速，核心部件为两个相对安装的超声波探头(发射器与接收器)。在无风环境下，超声波从发射器传播到接收器的时间固定;当有气流流动时，顺着气流方向的超声波传播速度加快，传播时间缩短，逆着气流方向的传播速度减慢，传播时间延长。通过测量两种方向上的传播时间差，结合探头间距与空气温度(温度影响声速，需同步采集温度数据进行校准)，利用公式 V=(L²/(2T₁) - L²/(2T₂))(其中 L 为探头间距，T₁、T₂为顺、逆气流传播时间)计算得出风速。超声波式测量范围更广(0-60m/s)，精度更高(±0.1m/s)，且无机械转动部件，免维护，适合长期无人值守的农田。

　　在高标准农田或智慧农业园区，常采用超声波式风速传感器，如在水稻种植区，通过高精度风速数据，结合湿度、温度数据，更精准地计算作物蒸腾量，指导灌溉量调整;在设施农业中，超声波传感器可安装在温室顶部，监测室外风速，当风速超过 8m/s 时，自动关闭温室通风口，防止强风损坏温室薄膜。