CN210037859U - 一种基于光点位移的测风装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于光点位移的测风装置,一种基于光点位移的测风装置,包括桅杆和密封腔,所述桅杆上设置有一台阶面,密封腔顶部平面开设有孔,桅杆底端穿过孔伸入密封腔内并通过台阶面支撑在密封腔顶面;所述桅杆的底端安装有激光头,所述密封腔内设置有光点感应屏,所述光点感应屏设置在密封腔的底部,所述光点感应屏用于感应激光头投射的光斑落点;本实用新型根据风吹草动的常识,风吹动桅杆而倾斜,光斑在光点感应屏上的位置随时间而变化,而根据记录的位移数据,经数据处理后可以得到被测风的速度、方向和湍流度;并且,本实用新型通过合理的结构设计,能够适应风速突变、温度剧变、盐雾腐蚀等条件恶劣的风速测量。
Description
技术领域
本实用新型属于风电场测风技术领域,具体涉及一种基于光点位移的测风装置。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视。我国风电事业发展迅速,目前装机容量世界第一。建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、风向稳定的风能资源。风能资源和评估水平直接影响风电场选址和发电量预测,进而影响风电场的投资决策。故一般拟建风电场场址处都应设立测风装置,进行连续1~3年的连续风速观测。
传统的风速测量装置有风杯式风速计、螺旋桨式风速计、热线式风速等装置和声学风速计。风杯式风速计、螺旋桨式风速计原理简单,但是存在相对运动部件磨损,长时间运转有测量误差;热线风速计对工作环境要求较高,灰尘不宜过多,空气密度变化不能过大;声学风速计一般采用超声波对风速进行测量,这也导致了造价高昂。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的问题,本实用新型目的是提出一种基于光点位移的测风装置,利用安装在桅杆底部的激光头测量倾斜位移的大小,即通过光点感应屏上捕捉的光点位移,计算出风的速度、方向、湍流。该风速测量装置结构简单,质量牢靠,价格低廉等优点。
为了达到上述目的,本实用新型采用的技术方案是,一种基于光点位移的测风装置,包括桅杆和密封腔,所述桅杆上设置有一台阶面,密封腔顶部平面开设有孔,桅杆底端穿过孔伸入密封腔内并通过台阶面支撑在密封腔顶面;
所述桅杆的底端安装有激光头,所述密封腔内设置有光点感应屏,所述光点感应屏设置在密封腔的底部,所述光点感应屏用于感应激光头投射的光斑落点;
当桅杆处于初始状态时,桅杆底部的激光头的光斑落点与光点感应屏的中心点重合。
所述桅杆伸入密封腔中的一段上套设有弹簧,弹簧一端固定在桅杆上,另一端固定在密封腔的顶面。
桅杆伸入密封腔中,其中桅杆的应变角度α<arctan(R/h),R为光点感应屏的半径,h为密封腔的高度,即光点位移的大小不应超出光点感应屏的范围。
桅杆的下段直径小于桅杆上段,上段和下段的交界面形成支撑在密封腔顶面的台阶。
在使用状态时,所述密封腔固定在测风位置,且固定后无风状态下,桅杆处于初始状态时。
所述弹簧成压缩状态。
所述激光头固定在桅杆的底部,并随桅杆的摆动而倾斜;相应的,风速越大,激光头投射的光斑在光点感应屏上的位移越大;风速越小,激光头投射的光斑在光点感应屏上的位移越小;当无风时,激光头投射的光斑落在光点感应屏的中心。
所述光点感应屏上划分出不同的方位坐标,使得光点感应屏不仅能够感应出激光头投射的光斑距离中心的距离,而且能够记录光斑落在不同的方位位置;光点感应屏通过记录光斑的偏离中心距离,光斑的方位,以及随时间的变化,通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
本实用新型还提供了基于光点位移的测风装置的使用方法,通过光点感应屏记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位,通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
与现有技术相比,本实用新型至少具有以下有益效果,本实用新型根据风吹草动的常识,风吹动桅杆而倾斜,光斑在光点感应屏上的位置随时间而变化,而根据记录的位移数据,经数据处理后可以得到被测风的速度、方向和湍流度;并且,本实用新型通过合理的结构设计,能够适应风速突变、温度剧变、盐雾腐蚀等条件恶劣的风速测量;另外,本实用新型通过桅杆的摆动实现光斑发生偏移进行记录,进而实现测风,装置中无相对运动部件,结构简单,实施方便,能够有效的避免部件磨损,即使长时间使用后也能保证测量的精密准确;本实用新型的结构简单,能够极大程度的降低成本。
进一步的,所述桅杆伸入密封腔中的一段上套设有弹簧,弹簧一端固定在桅杆上,另一端固定在密封腔的顶面,使得桅杆在不受力的情况下恢复至垂直状态。
所述桅杆为风速受力装置。风掠过桅杆,桅杆受力而倾斜。风速越大,桅杆的受力而倾斜的幅度越大;相反风速越小,桅杆受力而倾斜的幅度越小。
附图说明
图1为本实用新型装置的结构示意图。
图2为本实用新型装置的工作原理。
图3为光点感应屏5上的记录光斑位置的示意图。
附图中:桅杆1,弹簧2,激光头3,密封腔4,光点感应屏5。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
如图1所示,本实用新型的一种基于光点位移的测风装置主要包括桅杆1,弹簧2,激光头3,密封腔4和光点感应屏5,桅杆1上的台阶使得插在密封腔4的上表面,而不至于掉落,弹簧2串在桅杆1的上面,一端固定在桅杆1上,另一端固定在密封腔4的上表面,激光头3固定在桅杆1的底部,并随着桅杆1的倾斜而倾斜。激光头3发出的光斑落在光点感应屏5上。光点感应屏5安装在密封腔4的底部,不仅能够感应激光头3发出的光斑,而且能够记录光斑随时间而移动的不同位移,密封腔4以及内部的光点感应屏,固定在测风位置,保证密封腔4不会受到风力的影响发生移动。
当风吹过测量装置时,桅杆1受到风的吹拂而倾斜,激光头3固定在桅杆1的底部,并随桅杆1的倾斜而倾斜,风速越大,桅杆1的受力越大,倾斜幅度越大;相反风速越小,桅杆1 受力越小,倾斜幅度越小。当无风时,弹簧3的弹力使得桅杆1恢复至垂直状态。
相应的,风速越大,激光头3投射的光斑在光点感应屏5上的位移越大;风速越小,激光头3投射的光斑在光点感应屏5上的位移越小,当无风时,激光头3投射的光斑落在光点感应屏5的中心,激光头3投射的光斑离光点感应屏5中心的位移的大小,与风速大小呈一定的函数关系,通过风洞实验标定,即可准确测量风速的大小。
如图2所示,桅杆1受到风吹的吹拂而倾斜。倾斜的角度α随着风速的增大而增大,相应的光斑距离感应屏5中心的距离也随之增大。为了保证光斑的位置不出超出光点感应屏的范围。桅杆1的应变角度α应小于arctan(R/h),其中R为光点感应屏5的半径,r为光斑距光点感应屏中心点的距离,h为密封腔4的高度,即桅杆的角度应满足光点位移的大小不应超出光点感应屏5的范围要求。
R>r=h*tanα
在光点感应屏5上划分出不同的方位坐标。激光头3投射的光斑落在不同的方位上,表示此时风的方向。
如图3所示,随时间的变化,光点感应屏5通过记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位,经时间积分的方法计算可以得到风的大小、方向和湍流度。
以上所述,仅是本装置的较佳的实施而已,并非对本实用新型任何形式上的限制,本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单、等同变化或修饰,均落在本实用新型的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于光点位移的测风装置,其特征在于,包括桅杆(1)和密封腔(4),所述桅杆(1)上设置有一台阶面,密封腔(4)顶部平面开设有孔,桅杆(1)底端穿过孔伸入密封腔(4)内并通过台阶面支撑在密封腔顶面;
所述桅杆(1)的底端安装有激光头(3),所述密封腔(4)内设置有光点感应屏(5),所述光点感应屏(5)设置在密封腔(4)的底部,所述光点感应屏(5)用于感应激光头(3)投射的光斑落点;
当桅杆(1)处于初始状态时,桅杆(1)底部的激光头(3)的光斑落点与光点感应屏(5)的中心点重合。
2.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置,其特征在于,所述桅杆(1)伸入密封腔(4)中的一段上套设有弹簧(2),弹簧(2)一端固定在桅杆(1)上,另一端固定在密封腔的顶面。
3.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置,其特征在于,桅杆(1)伸入密封腔中,其中桅杆(1)的应变角度α<arctan(R/h),R为光点感应屏(5)的半径,h为密封腔(4)的高度,即光点位移的大小不应超出光点感应屏(5)的范围。
4.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置,其特征在于,桅杆(1)的下段直径小于桅杆(1)上段,上段和下段的交界面形成支撑在密封腔顶面的台阶。
5.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置,其特征在于,在使用状态时,所述密封腔(4)固定在测风位置,且固定后无风状态下,桅杆(1)处于初始状态时。
6.根据权利要求2所述一种基于光点位移的测风装置,其特征在于:所述弹簧(2)成压缩状态。
7.根据权利要求1所述一种基于光点位移的测风装置,其特征在于:所述激光头(3)固定在桅杆(1)的底部,并随桅杆(1)的摆动而倾斜;相应的,风速越大,激光头(3)投射的光斑在光点感应屏(5)上的位移越大;风速越小,激光头(3)投射的光斑在光点感应屏(5)上的位移越小;当无风时,激光头(3)投射的光斑落在光点感应屏(5)的中心。
8.根据权利要求1所述一种基于光点位移的测风装置,其特征在于:所述光点感应屏(5)上划分出不同的方位坐标,使得光点感应屏(5)不仅能够感应出激光头(3)投射的光斑距离中心的距离,而且能够记录光斑落在不同的方位位置;光点感应屏(5)通过记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位,通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
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CN201921234044.5U CN210037859U (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种基于光点位移的测风装置 |
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CN201921234044.5U Active CN210037859U (zh) | 2019-07-31 | 2019-07-31 | 一种基于光点位移的测风装置 |
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CN (1) | CN210037859U (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110275044A (zh) * | 2019-07-31 | 2019-09-24 | 中国华能集团有限公司 | 一种基于光点位移的测风装置及方法 |
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2019
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