CN101526549B - 一种风速仪 - Google Patents
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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
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:,
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:
Cd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,Cd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:
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)上部安装一能够绕支杆(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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