KR20160009293A - 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계 - Google Patents

자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자가발전이 가능하도록 하여 선박 등으로부터 공급되는 전력을 최소화할 수 있고, 고효율의 풍력발전을 수행하면서 초음파에 의한 풍향풍속 계측이 안정되고 원활하게 지속적으로 수행될 수 있으며, 초음파 계측부의 송신센서와 수신센서를 이용하여 위상차를 측정하고 이를 통해 풍속과 풍향을 구할 수 있는 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 설치면 상에 배치되는 하부 베이스; 하부 베이스 상면 외주연을 따라 수직으로 배치되는 복수개의 지지체; 하부 베이스 상측으로 이격 배치되어 지지체에 의해 지지 고정되는 상부 베이스; 하부 베이스와 상부 베이스 사이에 삽입되되 지지체 내부에 복수개가 배치되며, 중심의 회전축에 결합되어 회전하는 복수개의 회전날개; 하부 베이스 내부에 구비되며, 회전축의 회전에 의해 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생성하는 자가발전부; 자가발전부에서 생성된 전기에너지로 배터리를 충전하거나 특정 전압의 형태로 변환하는 전력 제어부; 및 상부 베이스 상면에 고정 설치되고, 초음파에 의해 풍향정보와 풍속정보를 계측하는 초음파 계측부를 포함하고, 자가발전부는 서로 이격된 상부 로테이터와 하부 로테이터를 구비하고, 상부 로테이터와 하부 로테이터의 가장자리에는 각각 복수개의 네오듐 자석이 원형을 이루도록 방사상으로 배치되되 상부 로테이터의 네오듐 자석과 하부 로테이터의 네오듐 자석은 서로 반대 극성끼리 마주보도록 배열되며, 각 네오듐 자석은 부채꼴 또는 사다리꼴 형상이며, 네오듐 자석의 중앙에는 코일이 위치하는 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계를 제공한다.

Description

자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계{omitted}
본 발명은 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 자가발전이 가능하도록 하여 선박 등으로부터 공급되는 전력을 최소화할 수 있고, 고효율의 풍력발전을 수행하면서 초음파에 의한 풍향풍속 계측이 안정되고 원활하게 지속적으로 수행될 수 있으며, 초음파 계측부의 송신센서와 수신센서를 이용하여 위상차를 측정하고 이를 통해 풍속과 풍향을 구할 수 있는 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계에 관한 것이다.
풍향풍속계는 지상의 바람을 관측하는 장비로, 프로펠러나 회전하는 컵을 사용하는 풍배형 방식, 디지털 센서를 사용하는 디지털 방식, 초음파 센서를 이용한 초음파 방식, 레이저를 이용한 레이저 방식 등으로 크게 구분할 수 있다.
이 중 초음파 방식과 레이저 방식은 풍향 및 풍속의 측정을 대기 중의 공기 매질을 이용하여 전달되는 초음파 또는 레이저의 송신 및 수신 간 주파수 변이 또는 시각차를 이용하여 풍향과 풍속을 측정한다.
초음파 방식은 최근 보급율이 증가하고 있으나, 특수 센서의 사용, 외란에 대한 민감도, 유지 보수의 어려움 등의 문제점이 그 과제로 남아 있다.
풍향풍속계의 사용목적은 육상과 해상의 기상 상태 측정, 풍력 발전 등이 있으며, 특히 최근의 그린 선박 개념 도입에 따라 저전력 소비의 풍향풍속계 개발의 필요성이 대두되고 있다.
또한, 풍향풍속계를 위한 신호처리 시스템 및 타 시스템과의 연동을 위한 모듈에 대한 기술개발이 필요하며, 사용자 인터페이스를 위한 인디케이터의 개발이 필요하다. 구체적으로, 선박에서는 VDR(Voyage Data Recorder)과 같은 기록 장치와의 연동, 육상에서는 자체적인 데이터 로깅 또는 무선통신 모듈을 이용한 데이터 전송 등을 위한 통신모듈 개발의 필요성이 대두된다.
선행기술문헌 : KR등록특허공보 제0941289호(2010.2.10.공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 그린선박의 도입에 따라 저전력 소비가 가능하고, 위상차 초음파 풍향풍속계를 국산화하며, 신호처리 시스템 및 타 시스템과의 연동이 가능한 초음파 풍향풍속계를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계는 설치면 상에 배치되는 하부 베이스; 하부 베이스 상면 외주연을 따라 수직으로 배치되는 복수개의 지지체; 하부 베이스 상측으로 이격 배치되어 지지체에 의해 지지 고정되는 상부 베이스; 하부 베이스와 상부 베이스 사이에 삽입되되 지지체 내부에 복수개가 배치되며, 중심의 회전축에 결합되어 회전하는 복수개의 회전날개; 하부 베이스 내부에 구비되며, 회전축의 회전에 의해 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생성하는 자가발전부; 자가발전부에서 생성된 전기에너지로 배터리를 충전하거나 특정 전압의 형태로 변환하는 전력 제어부; 및 상부 베이스 상면에 고정 설치되고, 초음파에 의해 풍향정보와 풍속정보를 계측하는 초음파 계측부를 포함하고, 자가발전부는 서로 이격된 상부 로테이터와 하부 로테이터를 구비하고, 상부 로테이터와 하부 로테이터의 가장자리에는 각각 복수개의 네오듐 자석이 원형을 이루도록 방사상으로 배치되되 상부 로테이터의 네오듐 자석과 하부 로테이터의 네오듐 자석은 서로 반대 극성끼리 마주보도록 배열되며, 각 네오듐 자석은 부채꼴 또는 사다리꼴 형상이며, 네오듐 자석의 중앙에는 코일이 위치한다.
또한, 초음파 계측부는 연속적으로 초음파 신호를 송신하는 하나의 송신센서, 송신센서의 초음파 송신 지향성 범위 내에 복수개 구비되는 수신센서, 각 수신센서에서 수신한 초음파 신호들 간의 위상차 측정을 통해 풍향과 풍속을 계산하되 비교하는 어느 두 수신신호 간의 위상차가 풍속에 비례하여 증가하는 것을 측정함으로써 풍속을 구하는 연산부를 포함하고, 제1 수평축 방향의 제1 풍속(vx)과, 제1 수평축과 교차하는 제2 수평축 방향의 제2 풍속(vy)은 각각 아래 수학식으로 계산되고, 전체 풍속은 제1 풍속과 제2 풍속의 벡터합으로 계산된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
(c는 초음파의 전파속도, L은 초음파 이동경로 길이, Δt는 제1 수평축 또는 제2 수평축의 어느 두 수신신호 간의 위상차,
Figure pat00003
는 초음파 이동경로와 바람이 이루는 각, vx와 vy는 각각 제1 풍속과 제2 풍속)
또한, 초음파 계측부는 서로 이격된 상판과 하판, 상판과 하판을 연결하는 바(bar), 상판의 하면에 구비되는 송신센서, 하판의 상면에 복수개 구비되는 수신센서를 포함하고, 상판의 하면은 반사판으로 형성되며, 상판과 하판은 모노캐스트나일론(MC Nylon)으로 형성되고, 상판 하부와 하판의 상부에는 각각 방진고무 재질의 흡음판이 서로 마주보도록 삽입된다.
본 발명에 의하면 자가발전이 가능하도록 하여 선박 등으로부터 공급되는 전력을 최소화할 수 있고, 고효율의 풍력발전을 수행하면서 초음파에 의한 풍향풍속 계측이 안정되고 원활하게 지속적으로 수행될 수 있으며, 초음파 계측부의 송신센서와 수신센서를 이용하여 위상차를 측정하고 이를 통해 풍속과 풍향을 구할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계의 사시도,
도 2는 도 1 중 자가발전부의 사시도,
도 3 및 도 4는 각각 도 2 중 상부 로테이터와 하부 로테이터의 사시도,
도 5는 초음파 계측부의 센서 배열을 설명하기 위한 개념도,
도 6은 초음파 계측부의 분리 사시도,
도 7은 초음파 계측부의 센서 어레이를 도시한 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계의 사시도,
도 10 내지 도 13은 도 8 중 자가발전부의 내부 구조도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계의 사시도이고, 도 2는 도 1 중 자가발전부의 사시도이며, 도 3 및 도 4는 각각 도 2 중 상부 로테이터와 하부 로테이터의 사시도이다. 도 5는 초음파 계측부의 센서 배열을 설명하기 위한 개념도이고, 도 6은 초음파 계측부의 분리 사시도이며, 도 7은 초음파 계측부의 센서 어레이를 도시한 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계는, 도 1 내지 도 7을 참조하면, 하부 베이스(10), 지지체(20), 회전날개(30), 상부 베이스(40), 초음파 계측부(50), 자가발전부(60), 및 전력 제어부(미도시)를 포함하여 이루어진다.
하부 베이스(10)는 설치면 상에 배치되며, 본 발명에 따른 풍향풍속계 전체를 지지한다. 하부 베이스(10) 내부에는 자가발전부(60)와 전력 제어부가 구비될 수 있다. 하부 베이스(10) 상측으로 지지체(20), 회전날개(30), 상부 베이스(40), 초음파 계측부(50)가 설치된다. 하부 베이스(10)는 설정 크기 이상의 중량을 갖는 블록 형상의 중량체로 이루어져 본 발명의 풍향풍속계가 강풍 등의 외력을 강하게 받는 기상 조건에서도 움직이지 않고 안정적으로 정위치를 유지할 수 있도록 한다.
지지체(20)는 하부 베이스(10) 상면 외주연을 따라 수직으로 복수개 배치되어 하부 베이스(10)에 상부 베이스(40)를 지지 고정한다. 지지체(20)는 바(bar) 형상의 수직대 복수개가 하부 베이스(10) 상면 가장자리 부위 둘레를 따라 이격 배치될 수 있다.
회전날개(30)는 하부 베이스(10)와 상부 베이스(40) 사이에 삽입되되 지지체(20) 내부에 복수개가 배치된다. 회전날개(30)는 중심의 회전축에 결합되어 회전함으로써 회전동력을 생성한다. 회전날개(30)는 회전축에 방사상으로 연결되며, 항력을 이용하여 회전하는 프로펠러 형태로 형성될 수 있다. 회전날개(30)의 회전축에는 자가발전부(60)가 연결된다.
상부 베이스(40)는 하부 베이스(10) 상측으로 이격 배치되어 지지체(20)에 의해 지지 고정된다. 상부 베이스(40)는 평판 형상으로 형성될 수 있다.
초음파 계측부(50)는 상부 베이스(40) 상면에 고정 설치되고, 초음파에 의해 풍향정보와 풍속정보를 계측한다. 초음파 계측부(50)는, 도 5 내지 도 7을 참조하면, 베이스 컬럼(base column)(51), 하판(52), 수신센서(53), 하부 흡음판(54), 바(bar)(55), 상부 흡음판(56), 상판(57), 및 송신센서(58)를 포함한다.
상판(57)과 하판(52)은 바(55)에 의해 서로 소정간격 이격된다. 바(55)는 상판(57)과 하판(52)을 서로 연결한다. 송신센서(58)는 상판(57)의 하면에 구비되고, 수신센서(53)는 하판(52)의 상면에 복수개 구비된다. 이때, 상판(57)의 하면은 반사판으로 형성되어 반사형으로 구현할 수 있다.
상판(57)과 하판(52)은 모노캐스트 나일론(MC Nylon)으로 형성되는 것이 바람직하다. 모노캐스트 나일론은 기계적인 강도와 내마모성이 우수하며, -30 ~ +70℃까지의 사용이 가능하다. 상판(57)과 하판(52)은 2차원의 바람을 측정하기 위하여 수직축 방향으로의 바람을 차단해 주는 역할을 한다.
상판(57) 하부와 하판(52) 상부에는 각각 방진고무 재질의 상부 흡음판(56)과 하부 흡음판(54)이 서로 마주보도록 삽입된다. 상부 흡음판(56)과 하부 흡음판(54)은 구조물 자체 매질에 의한 초음파 전달을 방지하기 위함이다. 이러한 흡음판을 사용하지 않고 센서를 센서판에 완전히 밀착시킬 경우 초음파 신호가 센서 어레이 고체 매질을 통해 전달되어 풍속이 변하여도 수신되는 신호들의 위상차가 발생하지 않는 문제가 발생할 수 있다.
수신신호 간의 위상차를 측정하는 연속파 초음파 풍향풍속계는 도 5와 같이 하나의 송신센서(58)에서 지속적으로 초음파 신호를 송신하고, 송신센서(58)의 초음파 송신 지향성 범위 내에 복수개의 수신센서(53)를 두고 각각의 수신센서(53)에 수신되는 초음파 신호들 간의 위상차 측정을 통해 풍향과 풍속을 구한다.
이를 위해 초음파 계측부(50)는 연속적으로 초음파 신호를 송신하는 하나의 송신센서(58), 송신센서(58)의 초음파 송신 지향성 범위 내에 복수개 구비되는 수신센서(53), 각 수신센서(53)에서 수신한 초음파 신호들 간의 위상차 측정을 통해 풍향과 풍속을 계산하되 비교하는 어느 두 수신신호 간의 위상차가 풍속에 비례하여 증가하는 것을 측정함으로써 풍속을 구하는 연산부(미도시)를 포함한다.
도 5에서 L은 초음파 이동경로의 길이,
Figure pat00004
는 초음파 이동경로와 바람이 이루는 각, d는 하판(52)의 중심에서 각 수신센서(53)까지의 거리, h는 상판(57)과 하판(52) 간의 직선거리를 나타낸다.
비교하는 두 수신신호 간의 위상차가 풍속에 비례하여 증가하는 것을 측정하여 풍속을 구하게 된다. 이러한 방식은 전달시간 측정법과는 달리 송신부와 수신부가 기능적으로 완전히 분리되어 있어 별도의 제어회로가 필요하지 않은 장점이 있다. 그리고, 연속파 형태로 수신되는 신호의 위상차를 측정하므로 40kHz의 초음파 신호를 사용할 경우 각 축 방향으로 한 번에 최대 40,000개의 위상차 측정이 가능하여 동일한 수의 풍향 및 풍속 데이터의 획득이 가능하다.
4개의 수신센서(53)를 사용하여 수신신호 위상차 측정 초음파 풍향풍속계를 구현할 경우, 도 5와 같이 송신센서(58)와 마주보는 지점을 교점으로 하여 직교하는 직선상에 교점으로부터 동일한 거리만큼 떨어진 지점에 수신센서(53)를 배치한다. 두 직선을 x, y축으로 볼 때 풍속과 풍향은 각 축 방향의 풍속성분을 측정하여 이들의 벡터 합으로 구하게 된다. 이하에서는 편의상 제1 수평축을 x축, 제1 수평축과 교차하는 제2 수평축을 y축이라 한다. 또한, 제1 수평축 방향의 제1 풍속을 vx, 제2 수평축 방향의 제2 풍속을 vy라 하기로 한다.
도 5에서 x축 방향의 속도를 구하기 위해서는 RE와 RW를 통해 수신되는 초음파 신호의 위상차를 측정한다. 측정된 위상차(Δt)는 아래 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure pat00005
아래의 수학식 2는 수학식 1을 바람의 속도에 관하여 정리한 것으로, 측정된 위상차를 수학식 2에 대입하여 바람의 x축 방향 속도(vx)를 구한다.
Figure pat00006
y축 방향 속도(vy) 역시 y축 상에 위치한 수신센서인 RN과 RS을 통해 수신되는 초음파 신호의 위상차를 측정하여 측정값을 수학식 3에 대입하여 구한다.
Figure pat00007
수학식 1 내지 3에서 c는 초음파의 전파속도, L은 초음파 이동경로 길이, Δt는 제1 수평축 또는 제2 수평축의 어느 두 수신신호 간의 위상차,
Figure pat00008
는 초음파 이동경로와 바람이 이루는 각, vx와 vy는 각각 제1 풍속과 제2 풍속을 의미한다.
동-서, 남-북 방향의 위상차를 수학식 2 및 3에 대입하여 구한 각 축 방향 풍속 성분인 vx와 vy를 벡터합을 구하는 식에 대입하면 실제 바람의 속도와 방향을 구할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 자가발전부(60)는 하부 베이스(10) 내부에 구비되며, 회전축(61)의 회전에 의해 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생성한다. 여기서 회전축(61)은 회전날개(30)의 회전축과 동일하거나 연동된다. 도시되지 않았으나, 전력 제어부는 자가발전부(60)에서 생성된 전기에너지로 배터리를 충전하거나 특정 전압의 형태로 변환한다.
도 2는 상부 로테이터(62)에 네오듐 자석(66)이 배치된 형상을, 도 3은 하부 로테이터(64)에 네오듐 자석(66)이 배치된 형상을 도시하고 있다.
자가발전부(60)는 서로 이격된 상부 로테이터(62)와 하부 로테이터(64)를 구비하고, 상부 로테이터(62)와 하부 로테이터(64)의 가장자리에는 각각 복수개의 네오듐 자석(66)이 원형을 이루도록 방사상으로 배치된다.
이때, 상부 로테이터(62)의 네오듐 자석(66)과 하부 로테이터(64)의 네오듐 자석(66)은 서로 반대 극성끼리 마주보도록 배열된다. 이는 자력의 세기를 증가시키기 위함이다. 각 네오듐 자석(66)은 부채꼴 또는 사다리꼴 형상이며, 네오듐 자석의 중앙에는 코일이 위치하게 된다.
코일은 단상을 사용할 수 있으나, 효율적인 발전을 위하여 3상의 형태를 적용하는 것이 바람직하며, 전압 이득을 위하여 Y결선을 취할 수 있다. 또한, 코일은 가용면적의 효율적인 활용 및 결선의 이점을 위하여 서펀틴(serpentine)의 형태를 취하고, 3상 Y결선의 형태로 제작한다. 코일의 중심부에 고정축이 통과되고, 절연 바니시를 이용하여 코일을 고정할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계의 사시도이고, 도 10 내지 도 13은 도 8 중 자가발전부의 내부 구조도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계는 회전축에서 소정거리 이격된 위치에 대략 반원통 형상으로 복수개의 회전날개(130, 230)가 배치된다.
도 8에는 3개의 회전날개(130)가 120도 간격으로 배치된 예가 도시되어 있고, 도 9에는 4개의 회전날개(230)가 90도 간격으로 배치된 예가 도시되어 있다.
회전축에서 이격된 위치에 회전날개를 배치한 결과, 회전축에 회전날개가 바로 연결된 경우에 비해 보다 큰 토크(torque)가 발생함을 실험에 의해 확인하였다.
하부 베이스(110)의 내부에는 자가발전부(162, 164)가 구비된다.
자가발전부(162, 164)는 고정자(stator, 162)와 회전자(rotor, 164)로 구성된다.
고정자(162)는 하부 베이스(110) 내부에 삽입되며 중앙에 홀이 구비된다. 고정자(162)는 철심(core)과 권선(coil)로 구성되며, 외부에서의 전원인가 여부에 따라 전자석으로 작용한다.
회전자(164)는 고정자(162)의 내부에 삽입된다. 회전자(164)는 복수개의 영구자석이 원통형상으로 배치될 수 있다. 영구자석으로는 네오듐 자석이 적용될 수 있으며, 여기서 영구자석의 종류를 한정하는 것은 아니다.
회전날개(130, 140)의 회전에 의해 회전자(164)가 회전하면서 회전자(164)와 고정자(162) 간의 상호작용에 의한 전자기유도로 자가발전을 수행하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 - 하부 베이스
20 - 지지체
30 - 회전날개
40 - 상부 베이스
50 - 초음파 계측부
60 - 자가발전부

Claims (3)

  1. 설치면 상에 배치되는 하부 베이스;
    하부 베이스 상면 외주연을 따라 수직으로 배치되는 복수개의 지지체;
    하부 베이스 상측으로 이격 배치되어 지지체에 의해 지지 고정되는 상부 베이스;
    하부 베이스와 상부 베이스 사이에 삽입되되 지지체 내부에 복수개가 배치되며, 중심의 회전축에 결합되어 회전하는 복수개의 회전날개;
    하부 베이스 내부에 구비되며, 회전축의 회전에 의해 회전동력을 전달받아 전기에너지를 생성하는 자가발전부;
    자가발전부에서 생성된 전기에너지로 배터리를 충전하거나 특정 전압의 형태로 변환하는 전력 제어부; 및
    상부 베이스 상면에 고정 설치되고, 초음파에 의해 풍향정보와 풍속정보를 계측하는 초음파 계측부
    를 포함하고,
    자가발전부는 서로 이격된 상부 로테이터와 하부 로테이터를 구비하고, 상부 로테이터와 하부 로테이터의 가장자리에는 각각 복수개의 네오듐 자석이 원형을 이루도록 방사상으로 배치되되 상부 로테이터의 네오듐 자석과 하부 로테이터의 네오듐 자석은 서로 반대 극성끼리 마주보도록 배열되며, 각 네오듐 자석은 부채꼴 또는 사다리꼴 형상이며, 네오듐 자석의 중앙에는 코일이 위치하는 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계.
  2. 제1항에 있어서, 초음파 계측부는
    연속적으로 초음파 신호를 송신하는 하나의 송신센서, 송신센서의 초음파 송신 지향성 범위 내에 복수개 구비되는 수신센서, 각 수신센서에서 수신한 초음파 신호들 간의 위상차 측정을 통해 풍향과 풍속을 계산하되 비교하는 어느 두 수신신호 간의 위상차가 풍속에 비례하여 증가하는 것을 측정함으로써 풍속을 구하는 연산부를 포함하고,
    제1 수평축 방향의 제1 풍속(vx)과, 제1 수평축과 교차하는 제2 수평축 방향의 제2 풍속(vy)은 각각 아래 수학식으로 계산되고, 전체 풍속은 제1 풍속과 제2 풍속의 벡터합으로 계산되는 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계.
    Figure pat00009

    Figure pat00010

    (c는 초음파의 전파속도, L은 초음파 이동경로 길이, Δt는 제1 수평축 또는 제2 수평축의 어느 두 수신신호 간의 위상차,
    Figure pat00011
    는 초음파 이동경로와 바람이 이루는 각, vx와 vy는 각각 제1 풍속과 제2 풍속)
  3. 제1항에 있어서,
    초음파 계측부는 서로 이격된 상판과 하판, 상판과 하판을 연결하는 바(bar), 상판의 하면에 구비되는 송신센서, 하판의 상면에 복수개 구비되는 수신센서를 포함하고, 상판의 하면은 반사판으로 형성되며, 상판과 하판은 모노캐스트나일론(MC Nylon)으로 형성되고, 상판 하부와 하판의 상부에는 각각 방진고무 재질의 흡음판이 서로 마주보도록 삽입되는 자가발전형 위상차 기반의 연속파 초음파 풍향풍속계.


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