CN101526549A - 一种风速仪 - Google Patents

Abstract

一种风速仪，可用于水平轴风力机测风装置，也可用于大气测量测风装置，其支杆3垂直安装在底座2上，底座2所在的平面平行于水平面，在支杆3上部安装一可绕支杆3的轴线OO′旋转的球体1，在球体1的下半球上的垂直于支杆3的轴线OO′的同一圆周上分别开设若干个直孔4，直孔4的轴线PP′平行于支杆3的轴线OO′，在每个直孔4中安装一个光源5，在底座2上对应光源5的位置安装位置传感器7。

Description

一种风速仪

技术领域

本发明涉及风速测量装置。

背景技术

现有技术中风速仪有很多形式，如五孔探针、风杯和速压传感器等，一般包括压力传感器和位置传感器用于测量风速大小和方向，也可以根据风速大小换算大气压强(压力)。目前这些装置中五孔探针价格比较昂贵，一般局限于实验室使用，在野外灰尘较大的环境中使用不太适合，风杯是天气预报大气测量常用的装置，价格也较昂贵，在野外环境使用过程中由于风沙作用也容易损坏，由于要随风向经常转动，其转动轴承部件较易损坏，常有转动轴承失效现象发生，需要经常标定和更换，速压传感器可以测量风速和压强，精度也较高。以上这些测风设备价格昂贵，使用过程中需要转动装置对准风向，使用不方便，转动装置长期变换方向磨损严重。总之目前的测风装置价格高，使用环境有限制，操作不方便。

发明内容

本发明的目的是简化结构，提高测量效率。

本发明是一种风速仪，支杆3垂直安装在底座2上，底座2所在的平面平行于水平面，在支杆3上部安装一可绕支杆3的轴线OO′旋转的球体1，在球体1的下半球上的垂直于支杆3的轴线OO′的同一圆周上分别开设若干个直孔4，直孔4的轴线PP′平行于支杆3的轴线OO′，在每个直孔4中安装一个光源5，在底座2上对应光源5的位置安装位置传感器7。

本发明的有益之处在于：使用该测风装置测风，无需转动对风即可测得风速和风向，该装置没有转动装置，不易损坏，成本低廉，可以在野外恶劣环境中使用，是风力机和大大气测风装置的替代产品，且响应速度快，适用范围较广。

附图说明

图1是本发明的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种风速仪，支杆3垂直安装在底座2上，底座2所在的平面平行于水平面，在支杆3上部安装一可绕支杆3的轴线OO′旋转的球体1，在球体1的下半球上的垂直于支杆3的轴线OO′的同一圆周上分别开设若干个直孔4，直孔4的轴线PP′平行于支杆3的轴线OO′，在每个直孔4中安装一个光源5，在底座2上对应光源5的位置安装位置传感器7。

以上所述的风速仪，在底座2位于位置传感器7之上安装一透明表面6。

以上所述的风速仪，位置传感器7是一种二维位置传感器。

如图1所示，在球体1的下半球上的垂直于支杆3的轴线OO′的同一圆周上分别开设8个直孔4。在直孔4中安装有光源5，光源5可以是激光和较亮的光源，也可以根据使用环境增多或减少直孔4和光源5的数量，光源的电源连线从支杆中引到底座2，底座2中装有二维位置传感器7。当风从任意角度吹过来时，作用在球体1上的力会使球体1绕支杆3的轴线OO′旋转，球体1的偏离方向则是风的方向，光源5发出的光透过底座2的透明表面6照射到位置传感器7上，通过比较位置传感器测得的信号，可以确定球体1偏离的距离大小，就可以测的风速大小和风向。

当球体1的半径远大于支杆3的半径时，偏离距离S与作用在球体上的力F有如下关系：，

$S=\frac{4l^3}{3}\frac{F}{\mathrm{E\π}{R}^{4}J}$

式中，l是支杆长度，E是弹性模量，R是球体的半径。风作用在球体上的力为：

$F=\frac{1}{2}{C}_d\mathrm{\ρ}{\mathrm{AV}}^2$

C_d是球面的阻力系数，ρ是空气密度，A＝πR²是球体横截面积，V是风速大小，C_d在雷诺数一定范围内(可以试验测定具体范围)基本不变，可以看作常量，这样可以根据使用的雷诺数范围确定可测风速范围，风速与偏离距离的关系为：

$V={\left(\frac{3}{2}\frac{{\mathrm{SER}}^2}{C_d\mathrm{\ρ}{l}^3}\right)}^{\frac{1}{2}}$

当仪器尺寸确定后，很容易根据偏离距离测得风速和风向。

本发明是可用于水平轴风力机测风装置，在风力机机舱上安装该测风装置。当风吹过来时，无需对风向，该装置的球体1在风的作用下带动支杆3向风向方向偏离，安装在球体1下的光源5也随着球体1偏离，光源5发出的光透过底座2的透明表面6照射到安装在底座2内的二维位置传感器7上，通过位置传感器7测得球体1偏离距离大小，这样即可换算得到风速大小，由光源5照射在二维传感器7上的位置可以确定风向。通过简单的转换即可为风力机控制系统提供实时风速大小和风向。

本发明是可用于大气测量测风装置，在测风塔上安装该测风装置。当风吹过来时，无需对风向，该装置的球体1在风的作用下带动支杆3向风向方向偏离，安装在球体1里面的光源5也随着球体1偏离，光源5发出的光透过底座2的透明表面6照射安装在底座2内的二维位置传感器7上，通过位置传感器7测得球体1偏离距离大小，这样即可换算得到风速大小，由光源5照射在二维传感器7上的位置可以确定风向。通过简单的转换即可为实时天气预报提供风速大小和风向，如连接传输和存储装置，则可为风场提供较准确的风速大小和风向数据。

Claims (4)

1、一种风速仪，支杆(3)垂直安装在底座(2)上，底座(2)所在的平面平行于水平面，其特征在于在支杆(3)上部安装一可绕支杆(3)的轴线(OO′)旋转的球体(1)，在球体(1)的下半球上的垂直于支杆(3)的轴线(OO′)的同一圆周上分别开设若干个直孔(4)，直孔(4)的轴线(PP′)平行于支杆(3)的轴线(OO′)，在每个直孔(4)中安装一个光源(5)，在底座(2)上对应光源(5)的位置安装位置传感器(7)。

2、根据权利要求1所述的风速仪，其特征在于在底座(2)位于位置传感器(7)之上安装一透明表面(6)。

3、根据权利要求1所述的风速仪，其特征在于位置传感器(7)是一种二维位置传感器。

4、根据权利要求1所述的风速仪，其特征在于在球体(1)的下半球上的垂直于支杆(3)的轴线(OO′)的同一圆周上分别开设8个直孔(4)。

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