找寻这届冬奥会各场景中传感器的身影之一——风向传感器(品牌FSG)，那么探空气球是个啥？

75 年来，FSG 远程控制设备一直是德国和全球最高效和创新的传感器制造商之一。凭借好奇心和知识，我们塑造了角度、倾角、长度和位置传感器技术的发展。

关于气象

由于气象因素本身不仅关乎比赛成绩，还涉及运动员的人身安全，冬奥会的室外项目对气象条件的要求极为苛刻。因此，北京2022年冬奥会张家口赛区在核心区布置了几十个气象站，以提供精准化的气象服务，保障赛事顺利举办。气象站的监测功能就主要通过各类传感器来实现。

冬奥里的风传感器

加热型、超声风传感器

风是影响冬奥会室外项目的关键气象因素之一，特别是我国的大陆性季风气候有着风速快、风向更替明显的特点。23所为了精准测量风向、风速，在国家跳台滑雪中心建了多个带有风传感器的测风气象站以及在跳台滑道上安装了超声风超声传感器。前文提及严寒条件对传感器的使用会造成一些不良影响。23所当然也预测了这种情况的出现，研制了采用高效节能的加热部件的新型加热型风传感器，使风传感器在零下20℃的天气下仍可正常工作，保证风数据的准确性。

赛道旁，工程师正在对自动气象站进行加热风改造工作航天科工二院23所

除了风传感器外，冬奥会室外赛场的气象站还应用了温度传感器、湿度传感器、能见度传感器、红外雪温传感器、称重式降水传感器等传感器来获取精准的气象数据。

应用与发展

在今天的环境下，资源短缺、和环境恶化已经成为全国各地非常突出的问题。如何合理开发和利用可再生能源已经成为人们普遍关注的热点。风能作为一种无污染的可再生能源，具有巨大的发展潜力，风能产业已经成为新能源领域中一个成熟且有前景的产业。同时，风速风向传感器和超声波风速风向传感器也得到广泛应用。

1、风速风向传感器的应用

风速和风向传感器广泛应用于风力发电。风的动能转化为机械动能，再将机械能转化为电动能，称为风力发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，然后通过增速器加快转速，促使发电机发电。

虽然风力发电的过程极其环保，但风力发电缺乏稳定性，使得风力发电的成本高于其他能源。因此，为了更好地控制风力发电机的发电，需要准确及时地测量风向和风速，从而对风力发电机进行控制。此外，风电场的选址还需要提前预测风速和风向，以提供合理的分析依据。因此，在风力发电中，利用风速和风向传感器准确测量风力参数非常重要。

2、风速和风向传感器的原理

（1）机械风速和风向传感器

机械式风速风向传感器因其机械转轴分为风速传感器和风向传感器：

机械结构的风速传感器是一种可以连续测量风速和风量(风量=风速截面积)的传感器。比较常见的风速传感器是风杯式风速传感器，最早是英国的罗宾逊发明的。测量部分由三个或四个半球形的空气杯组成，空气杯沿一个方向等角度垂直于地面安装在旋转支架上。

风向传感器随着风向箭头的旋转检测、，并传送到同轴码盘，同时输出与风向对应的物理器件；其主体采用风向标的机械结构，当风吹向风向标的尾翼时，风向标的箭头会指向风吹的方向。为了保持对方向的灵敏度，使用不同的内部机制来识别风速传感器的方向。

（2）、超声波风速风向传感器超声波的工作原理是利用超声波时差法测量风速和风向。因为声音在空气中的传播速度，会与风中的气流速度叠加。如果超声波的传播方向与风向相同，其速度会加快；反之，如果超声波的传播方向与风向相反，其速度就会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以对应于风速函数。通过计算可以得到准确的风速和风向。因为声波在空气中传播时速度受温度影响很大；风速传感器在两个通道上检测两个相反的方向，因此温度对声速的影响可以忽略不计。

风速风向传感器作为风力发电发展不可或缺的一部分，直接影响风力发电机的可靠性和发电效率，也直接影响风电行业的利润、盈利能力、满意度。目前大部分风力发电站位于野外恶劣的自然环境中，温度低、，粉尘重，所以系统的工作温度和抗弯强度都非常严格。现有的机械产品在这方面有些不足。因此，超声波风速风向传感器在风力发电行业可能具有广阔的应用前景。

探空气球探个啥？

还记得电影《关于我妈的一切》中，母亲曾经的工作吗？

那就是放探空气球。

探空气球的球体内填充有氢气，也有可能是氦气，下面带有传感器，可以探测风力、温度、湿度等等，将实时数据传回地面。

我国有120个探空气象站，从东北到海南，从岛屿到高山，从滨海到大漠，无处不在。

放探空气球可不像放普通气球那么简单，它必须在每天的规定时间放，而且无论下雨、下雪还是台风天气，气球都必须要上天。

每当遇到恶劣天气，放探空气球就成为一项考验，被狂风吹倒，跑丢了鞋，这些都是家常便饭，无论有多难，他们都一定会让气球准时上天。、

中国科学院大气物理研究所刘毅研究员课题组使用的探空气球结构示意图

（图片来源：Ren et al. 2021）

如果有一天探空气球没有顺利升空，那么这个气象站在当天的全球气象交换资料中将是空白。

品牌介绍及产品选型

一件好的=N个普通的

75 年来，FSG 远程控制设备一直是德国和全球最高效和创新的传感器制造商之一。

FSG 风传感器的优势：

磁测量系统

它实现了无磨损和非接触式测量，即使在极端环境条件下也能可靠地工作。由星盘驱动的防腐蚀永磁体在磁传感器中产生信号变化，磁传感器安装在电子设备上的一个单独的，四面封闭的铝外壳中。处理器将脉冲转换为速度成比例的模拟或数字信号。

星壳系统刚性设计：

风传感器标配刚性，不生锈的风壳。弹性设计：为了避免机械应力，也可以使用弹性外壳星形件。这种设计通常用于起重机和挖掘机的摆式风速计。

转速电机

在相同的设计中，在传感器壳体室中安装转速电机，该转速电机由风力驱动。发电机产生风速成比例的输出电压，该输出电压通过两条线路继续。由此可以在没有附加的供电电压的情况下检测风速。

阀杆加热器阀杆加热器是一种电子控制的加热器，在+5°C的温度下开启。它适用于两种风速计型号。功率为5W的加热器可根据客户要求通过工作电压或单独供电。

产品选型