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振动频率高于20KHz的机械波被称为超声波,与一般声波相比,超声波的振动频率高,波长短,且具有束射特性,可以定向传播,具有很强的穿透能力。在介质中传播时,随着传播距离的增加,其能量会逐渐衰减[13]。工程上应用超声波进行测速，大部分是为了测量流体流量。因为超声波测速技术被大量应用于超声波流量计中，也可以说超声波测速技术的发展过程就是超声波流量计的发展过程。30386
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利用超声波进行流量测量已经有近百年的历史，德国人吕特根于1928年首先提出了利用时差法进行流速测量的可能性，但由于当时的技术条件落后，他的设想只停留在理论研究上，并未实现。30年代，首次出现了相位差流量计。50年代初期，美国科技工作者提出了“鸣环”测量法，该方法通过多次循环将时差扩大后再进行测量，大大提高了时间测量的精度，推进了超声波流量计的实际应用。1955年，美国研制出世界上第一台超声波流量计。到了70年代中后期，随着大规模集成电路技术飞速发展，以及高性能、动作稳定的PLL（锁相环路）技术的出现，超声波流量计的稳定性和可靠性得到了初步保证。同时出现了频差法、锁相频差法等新的测量方法，这些测量方法测量周期短，响应速度快，几乎完全消除了声速对测量精度的影响。80年代，超声波测量技术又出现了射束位移法、多普勒法和相关噪声法等新方法。同时，随着微电子技术和计算机技术的不断发展，智能化仪器仪表开始出现。智能化仪器仪表不仅解决了传统仪器仪表难以解决或无法解决的问题，还简化了仪表电路，提高了仪表可靠性，使超声波测量仪器获得了更高的测量精度，得到了更为广泛的应用。近十年来，高速数字信号处理技术和微处理技术的发展，都为超声波测量技术提供了新的发展契机，其发展潜力是显而易见的[14][19]。论文网
超声波用于气体测量的设想虽然早已提出，但由于技术条件等方面因素的限制，在很长一段时间内，超声波流体流速测量技术长期只能用于测量液体而不能用于测量气体。20世纪80年代出现了成本更低的数字电子技术、高速数字处理技术、数字超声技术等现代先进技术后，落后的模拟超声技术才逐渐被取代，直到90年代真正的高精度超声波气体流量测量才得以实现[15][23]。
我国国内相关研究起步较晚，但也取得了不少成果，如大口径水流量测量、煤气流量测量等，在学习和借鉴国外技术的基础上有所创新，正逐步缩短与国际先进水平的差距。
2008年8月深圳建恒公司自主研发的建恒PICOFLY技术超声波流量计获得了世界创新技术国际荣誉，并成功获得美国2008年度流量控制创新大奖。证明我国的部分超声波流量计产品已经赶超国际水平。
在用户不断增多，市场不断扩大的同时，超声波流量计正朝着更高精度、更宽量程、便携式小型化、适应条件更广的方向发展。研究方向将主要集中在进一步提高传播时间式流量计的计时频率，进一步研究在多相流、不稳定流和层流情况下的测量方法以及提高系统的抗干扰能力和信号检测能力等方面[13][17]。
1.5本文主要工作
本文基于时差法设计了一套高精度超声波风速测量装置，通过理论分析计算和实验验证的方法对该装置用于风速测量的可行性进行了研究，主要进行了以下几个方面的工作：
1）根据选择的硬件设备和超声波换能器进行超声波测速装置设计计算，为装置的设计提供参考；
2）搭建超声测速装置，并在风洞中对其可行性进行实验；
3）换用不同频率的超声波，探究频率对测量精度的影响；