SE426426B

SE426426B - Arrangement for measuring of wind direction and wind speed

Info

Publication number: SE426426B
Application number: SE8103232A
Authority: SE
Inventors: Ulf Anders Thoren
Original assignee: Ulf Anders Thoren
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-05-21
Publication date: 1983-01-17
Also published as: SE8103232L

Abstract

An instrument for wind measurement, especially designed for use aboard recreational boats. The instrument measures both wind direction and wind speed and utilises only a single pickup for this. The design contains a propeller 12, which is firmly mounted on a rotating axle 10. The axle can turn about an axle line running at an angle to it. At an interval from the rotating axle and in close contact with said axle line is arranged a stationary, photosensitive element 24, which responds to radiation from different parts of the axle depending on the speed of rotation of the axle and the angle of rotation, and which correspondingly puts out signals to an electrical evaluation circuit. <IMAGE>

Description

8105232-8 lämpligen ett parti av den roterbara axeln, vilket inne- fattar en ljusreflekterande del med en variabel bredd utmed axelns längdriktning. 8105232-8 suitably a portion of the rotatable shaft, which comprises a light-reflecting part with a variable width along the longitudinal direction of the shaft.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i form av ett föredraget utföringsexempel under hänvisning till den bi- fogade ritningen.The invention is described in more detail below in the form of a preferred embodiment with reference to the accompanying drawing.

Figur l visar uppifrån och delvis i genomskärning en vindmätningsanordning, som är utformad enligt uppfinningens principer.Figure 1 shows from above and partly in section a wind measuring device, which is designed according to the principles of the invention.

Figur 2 visar den i fig. l åskådliggjorda anordningen frân sidan, likaledes delvis i genomskärning.Figure 2 shows the device illustrated in Figure 1 from the side, also partly in section.

Figur 3 visar ett diagram, som åskådliggör från an- ordningen enligt figurerna l och 2 härrörande signalpulser, angivna utmed en tidaxel.Figure 3 shows a diagram illustrating signal pulses originating from the device according to Figures 1 and 2, indicated along a time axis.

Den nya vindmätningsanordningen innefattar en axel l0, vid vars ena ände en propeller l2 är fast monterad. Axeln l0 är roterbart lagrad i ett stativ l4. Detta innefattar en rörkonstruktion l6 med lager l8, 20 i anslutning till axelns respektive ändar och axeln 10 förlöper centralt i rörkonstruktionen. Till stativet hör också ett vinkelrätt mot rörkonstruktionen fast monterat rör 22, som i förelig- gande fall har samma diameter som rörkonstruktionen l6.The new wind measuring device comprises a shaft 10, at one end of which a propeller 12 is fixedly mounted. The shaft 10 is rotatably mounted in a frame 14. This comprises a pipe construction 16 with bearings 18, 20 adjacent to the respective ends of the shaft and the shaft 10 extending centrally in the pipe construction. The frame also includes a tube 22 permanently mounted perpendicular to the tube structure, which in the present case has the same diameter as the tube structure 16.

Röret 22 är öppet vid den mot axeln 10 vettande änden, så att axeln ligger fri, sett från rörets inre. Genom att röret 22 är fritt lagrat - vid 23 - för vridning vinkel- rätt mot axelriktningen kommer propellern l2 att inriktas i beroende av vindriktningen. Propellerns rotationshastig- het bestämmas då av vindhastigheten. I figurerna l och 2 åskådliggöres vindmätningsanordningen med snitt genom stativet l4.The tube 22 is open at the end facing the shaft 10, so that the shaft is free, seen from the inside of the tube. Because the pipe 22 is freely mounted - at 23 - for rotation perpendicular to the shaft direction, the propeller 12 will be aligned depending on the wind direction. The rotational speed of the propeller is then determined by the wind speed. Figures 1 and 2 illustrate the wind measuring device with sections through the frame 14.

Inuti röret och på något avstånd från dess centrala axellinje är ett ljuskänsligt element 24, som i förelig- gande fall kan utgöras av en fotodiod, placerat. Foto- dioden 24 är stationärt anordnad och följaktligen oavhängig av rörets 22 vridning. Fixeringen av fotodioden kan åstad- kommas med icke visade fästorgan, som sträcker sig inuti röret 22 mellan nämnda element 24 och ett stativet upp- l0 8103232-8 bärande stödelement - icke visat. Fotodetektorn 24 är så placerad, att den avkänner den roterbara axeln l0 dels med avseende på samtliga förekommande inriktningslägen i förhållande till nämnda axellinje, dels med avseende på rotationshastigheten. Det avkännbara partiet av axeln 10 innefattar delar med olika ljusreflektionsförmåga och olika strålning från nämnda delar kan sålunda detekteras.Inside the tube and at some distance from its central axis, a light-sensitive element 24, which in the present case may be a photodiode, is placed. The photodiode 24 is arranged stationary and consequently independent of the rotation of the tube 22. The fixing of the photodiode can be effected by fastening means (not shown), which extend inside the tube 22 between said element 24 and a support element supporting the frame - not shown. The photodetector 24 is positioned so that it senses the rotatable shaft 10 partly with respect to all existing alignment positions in relation to said axis line, partly with respect to the rotational speed. The sensible portion of the shaft 10 comprises parts with different light reflectance and different radiation from said parts can thus be detected.

I föreliggande fall finns en mörk del 26, som har variabel bredd utmed axelns l0 längdriktning. Detta är på ritningen markerat genom ett koniskt fält. I beroende av axelns l0 vridning kommer fotodetektorn 24 att avkänna olika breda delar av fältet 26, som ger upphov till mot vridningsvin- keln svarande signaler. Belysning av axelns l0 avkännbara parti åstadkommes med hjälp av en ljuskälla 28, som är placerad nära intill fotodetektorn och riktad direkt mot axeln. Ljuskällan 28 är fixerad i röret 22 på samma sätt som fotodetektorn 24.In the present case there is a dark part 26, which has a variable width along the longitudinal direction of the shaft 10. This is marked in the drawing by a conical field. Depending on the rotation of the shaft 10, the photodetector 24 will sense different wide parts of the field 26, which give rise to signals corresponding to the angle of rotation. Illumination of the sensible portion of the shaft 10 is provided by means of a light source 28, which is located close to the photodetector and directed directly towards the shaft. The light source 28 is fixed in the tube 22 in the same way as the photodetector 24.

I diagrammet enligt fig. 3 betecknar t den tid, under vilken fotodetektorn 24 registrerar ett mörkt fält 26.In the diagram of Fig. 3, t denotes the time during which the photodetector 24 detects a dark field 26.

Tiden T mellan efter varandra följande pulser ger ett mått på rotationshastigheten. Förhållandet t/T ändras i beroen- de av propelleraxelns l0 riktning i förhållande till den fasta fotodetektorn 24. Detta förhållande är direkt beroen- de av vindriktningen.The time T between successive pulses gives a measure of the rotational speed. The ratio t / T changes depending on the direction of the propeller shaft 10 in relation to the fixed photodetector 24. This ratio is directly dependent on the wind direction.

Genom att mäta T eller l/T kan vindhastigheten bestäm- mas och genom att mäta t/T kan vindriktningen bestämmas.By measuring T or l / T the wind speed can be determined and by measuring t / T the wind direction can be determined.

Med hjälp av en enda fotodetektor erhålles vindriktnings- information i intervallet 0 - l80°. Om två fotodetektorer är förskjutna 900 i förhållande till varandra kring rörets 22 axellinje blir det möjligt att erhålla information om vindriktningen mellan 0 och 3600, vilket kan vara värde- fullt i speciella meteorologiska sammanhang.With the help of a single photodetector, wind direction information is obtained in the range 0 - 180 °. If two photodetectors are offset 900 relative to each other about the axis of the tube 22, it will be possible to obtain information about the wind direction between 0 and 3600, which can be valuable in special meteorological contexts.

Den på ritningen visade fotodetektorn 24 är lämpligen via elektriska ledare 30 inkopplad i en icke visad elektrisk krets av konventionellt slag, vilken kan innefatta en optisk förstärkare och ett differentierande nät. Den elek- triska kretsen gör det möjligt att direkt bestämma vind- 8103232-8 riktning och víndhastighet.The photodetector 24 shown in the drawing is suitably connected via electrical conductors 30 to an electrical circuit of a conventional type (not shown), which may comprise an optical amplifier and a differentiating network. The electric circuit makes it possible to directly determine the wind direction and wind speed.

Modifíkatíuner av den ovan beskrivna anordningen kan åstadkommas inom uppfinníngens ram.Modifications of the device described above can be made within the scope of the invention.

Claims

8103232-8 PATENT REQUIREMENTS

1. A device for measuring wind direction and wind speed using a propeller (l2), which is fixedly mounted on a shaft (10) rotatable with respect to its longitudinal axis, which is adjustable in a horizontal plane by rotation A vertical, light-sensitive element (24), which reacts to radiation from different parts of the rotatable shaft, is arranged around a vertical axis, characterized therefrom, adjacent to the rotatable axis and in close proximity to the vertical axis. (l0) partly depending on the riding speed of the shaft about the longitudinal axis line, partly depending on the position of the rotatable shaft in the horizontal plane, an electric evaluation circuit being arranged to receive corresponding output signals.

Device according to claim 1, characterized in that said shaft parts comprise a part (26) of variable width along the longitudinal direction of the shaft (lü).

Device according to claim 2, characterized in that said one part (26) is dark, preferably black.

Device according to any one of claims 1-3, characterized in that the light-sensitive element comprises a photodetector (24).

5. '5. Device according to any one of claims 1-3, characterized in that the light-sensitive element comprises two photodetectors, which are offset 90 ° from each other with respect to said axis line.

Device according to any one of claims 1-5, characterized in that the rotatable shaft (10) is mounted in a frame (14), comprising a hollow shaft (22) rotatable perpendicular to the shaft, about said shaft line, in which the light-sensitive element (24) is mounted. 8105232-8

7. Device according to claim 6, characterized in that a light beam (28) located in the housing (22) is arranged to illuminate said parts of the rotatable shaft (10).

8. A device according to claim 6 or 7, characterized in that the light-sensitive element (24) is so positioned that it senses the rotatable axis (10) at the same existing alignment positions thereof with respect to said axis.