一、儀器定位與研究背景

托普云農超聲波風速風向監測儀（典型型號TPJ-30-G系列）是基于超聲波渡越時間差法研發的固態微氣象傳感器，可獨立使用或作為農田小氣候自動觀測站（TP-WMS系列）的核心組件。傳統機械式風杯與風向標受軸承摩擦影響存在≥0.5 m/s啟動閾值、強風磨損及凍雨卡死等缺陷，該儀器通過全固態無運動部件設計實現零啟動風速檢測與毫秒級動態響應，為農業微氣候通風分析、施藥飄移評估、風蝕研究與氣象模型邊界層參數化提供連續可信的風矢量數據。

二、測量原理與技術架構

渡越時間差法：傳感器陣列配置兩組或四組收發一體式超聲波換能器，兩兩正交排布。順風向超聲波傳播時間 t? 短于逆風向 t?，風速矢量 V 與渡越時間差 Δt = t?－t? 呈線性關系，經聲速溫度補償算法（內置高精度NTC測溫元件修正空氣中聲速）消除氣溫對聲傳播速度的影響。

信號調理與輸出：MCU對原始時間差做數字濾波（滑動平均+中值濾波）去除雨滴、鳥撞等瞬態脈沖干擾，按RS485或模擬電壓/電流、脈沖方式輸出標準化風場參數，兼容各類自動氣象站數據采集器。

三、硬件組成與結構特性

超聲探頭陣列：防腐鋁合金或不銹鋼外殼包裹壓電陶瓷換能器，IP65/IP67防護等級，耐鹽霧、酸雨及紫外線老化，適用于沿海、荒漠及高寒地區長期野外布設。

一體式支桿與安裝法蘭：低風阻流線型支撐桿減少自身尾流對探頭的遮擋干擾，標配水平氣泡與方位標記便于現場真北校準。

配套采集終端（可選）：便攜型配手持采集主機（LCD顯示、內置鋰電、GPS定位、本地存儲及4G/5G無線透傳），固定站型直接接入數據采集器或物聯網網關。

供電與防雷：工作電壓寬范圍DC 5～24 V或AC 220 V（配適配器），內置瞬態電壓抑制二極管（TVS）防雷擊浪涌，適合無人值守站點。

四、主要功能

1、無線通訊功能：風速風向儀自動上傳測量數據，設備通過5G/4G網絡方式與服務器通訊，實時發送至服務器，上網頁查看檢測數據，無論身在何處只要能上網，均可查看下載數據；

2、含手機APP，支持安卓及蘋果系統，無論身在何處只要能上網，均可查看實時數據。

3．低功耗設計，增加系統監控和保護措施，避免系統死機。

4．中文液晶顯示，可顯示當前日期時間，各傳感器測量數據，存儲容量，已存儲數據條數，等信息。

5、主機數據存儲容量大：設備內部Flash可存儲近期3萬條數據，標配4G內存卡可長期存儲，亦可與Flash中數據同時存儲。

6、內置鋰電池供電：7.4V2.8Ah鋰電池，具有充電保護、電壓過低提示功能。外接電源為8.4V（1000mA以上）直流電源。

7、采集設置：在無人看守的情況下使用，可設置定時采集，也可手動采集。

8、語音設置：可根據需要設置語音播報功能開/關/超限開。

9、語音報警功能：主機語音設置為超限開后，即可語音播報二氧化碳超限信息。

10、主機可通過集線器接入不同類型的傳感器，互不影響精度。

11、自帶GPS定位功能，數據采集時可自動顯示采集點地理坐標。

12、可擴展傳感器類型及數量32個（擴展線為IP67，一體結構）。

管理云平臺功能：

1、自帶儀器云管理平臺包含C/S架構，可將所有便攜式設備及在線設備數據進行匯總分析，數據備份不丟失，查看操作方式包括網頁端及手機端（安卓/蘋果系統均可用）。

2、顯示每種傳感器采集到的數據、檢測時間、采集地點GPS坐標信息。

3、數據可通過5G/4G網絡方式或者USB數據線導入方式上傳至管理云平臺。平臺內數據可下載，分析，打印；

4、平臺支持設備數據存儲，提供足夠容量可長期保存。

5、平臺為設備數據提供曲線與表格等報表形式，且數據可導出與導入。

6、平臺可以結合數據進行報表制作，報表打印，報表導出功能。

7、軟件可在線升級。

五、典型應用領域

農業微氣候與通風研究：監測溫室/大棚內外自然通風速率及機械通風均勻性，評估作物冠層空氣交換效率與蒸騰—蒸發平衡（ET）。

精準植保與飄移評估：獲取施藥時段近地表風矢量，校正無人機/地面噴霧機的飄移模型，優化噴幅與作業方向以減少藥液流失。

土壤風蝕與防風林效應：沙區/農田防護林帶上下風向風速梯度測定，計算防風效能與臨界起沙風速閾值。

氣象與生態邊界層觀測：作為自動氣象站、通量塔或流域生態站的補充風場傳感器，獲取高時間分辨率（可達0.1～1 s）風矢序列用于湍流通量協方差計算前期質控。

教學示范：直觀展示聲波傳播受介質運動調制原理及矢量合成方法，訓練學生微氣象儀器安裝方位校準與數據質控意識。

六、學術價值與國產化意義

TPJ-30-G系列實現了超聲換能器陣列、溫度補償算法至工業級防護結構的全國產化，消除了機械式傳感器啟動死區無法捕捉設施內微風的瓶頸，且無軸承磨損帶來的長期漂移問題。其高頻、連續、免維護的特性使風場數據可與溫濕輻射、CO?通量及作物表型數據同步耦合，直接服務于微氣象模型校驗、G×E分析中環境協變量提取及精準農業風災預警系統構建，國產固態風速風向傳感器在農林科研與數字農業基礎設施中的應用空白。

浙江托普云農科技股份有限公司專業研發生產供應（銷售）風速風向監測儀，廠家直銷，歡迎新老用戶了解咨詢！