SE435326B - Anordning for att meta vindhastighet och/eller riktning - Google Patents

Description

_kommit. szoeevv-4_ _ 2 -lg 'iDe mätsystem som nu finns tillgängliga är dimensionerade för att under rätt gynnsamma förhållanden klara höjdområdet 50-500 meter. De tre antennenheterna, som tillhör systemet, är emellertid två-meter höga och väger 130 kg/enhet, vilket gör att dessa måste placeras på en släpvagn, om systemet skall kunna vara mobilt. Därtill erfordras att släpvagnen alltid orienteras i en och samma riktning, exmpelvis nord-sydlig rikt- ning, för att erhållna utvärderade värden för vindhastigheten skall bli rätt relaterade.t I ' REDOGURELSE FUR UPPFINNINGEN.

TEKNISKT PROBLEM. _ I anslutning av utvecklingen av anordningar av tidigare känd konstruktion har ett flertal olika kvalificerade tekniska problem. fram- Förhållandet att ljudvågor, utsända mot vindriktningen,_av# böjes något i vindriktningen, innebär att reflekterat eko blir svagare.

Därtill kommer att det s.k. bakgrundsbruset, d.v.s. ljudvâgor från omkringliggande miljö, framträder tydligare mot vindriktningen, vilket även det menligt påverkar mätresultatet i denna riktning. Ljudvâgor utsända mot vindriktningen kommer saledes vid reflektionen i luftrummet att dels bli svagare i mottagaren dels kommer emottagna ljudvågor att vara blandade med ett kraftigt bakgrundsbrus, vilket gör det svårt att, speciellt i denna riktning, fa exakt definierade mätresultat. Detta smedför vidare en diskrepans mellan mätvärdena erhållna från de tre riktningarna, som i sin tur ger en begränsning i säkerheten hos det utvärderbara resultatet. _ Det är vidare ett kvalificerat tekniskt problem att skapa sådana förutsättningar att mätriktningen kan väljas avvikande i förhållande till en regnriktning, enär regn i.sändare och mottagare minskar känslig- heten.

Det är därför ett kvalificerat tekniskt problem att skapa så- danan förutsättningar att, om exempelvis tre mätriktningar väljes, mät- riktningarna skall godtyckligt kunna väljes, så att manlig inverkan från olika felkällor kan minimeras i största möjliga mån.

' Grundläggande för den här angivna tekniken ligger i att ljud- vågor reflekteras i skikt mellan temperaturlager i luftrummet. Speciellt via haga vinahastighafier mir dessa skikt ner eiier mindre diffusa och 8206977-*4 _ 3 _ det är experimentellt fastslaget att det bästa mätresultatet kan erhål- las om två mätningar göres med 45° vinkel till var sida om vindrikt- ningen. i Detta innebär att det blir ett kvalificerat tekniskt problem att skapa sådana förutsättningar att oberoende av vindriktningen de för mätning valda riktningarna kan väljas så att effekterna av de diffusa skikten minimeras från mätresultatet och ett i förhållande till förut- sättningarna (vindhastighet och andra meteorologiska förhållanden) optimalt mätresultat kan erhållas. _' Vidare är det ett kvalificerat tekniskt problem att skapa så- danan förutsättningar att anordningen, för att sända och mottaga ljud- vâgorna för mätningen utav vindhastigheten och/eller riktningen och utnyttjande en som en parabol utformad skiva, kan utformas så att den kan koncentrera hög energi till smala lober och med relativt små anten- ner.i l Det är vidare ett kvalificerat tekniskt problem-att skapa sådana förutsättningar att mottagna ekosignaler icke skymrnes utav den ljud- sändande anordningen utan dessa ekosignaler kan reflekteras i parabol- skivan till parabolens fokus för att därefter ledas vidare med små förluster till mikrofonen.

LUSNINGEN.

Föreliggande uppfinning anvisar nu en lösning av de ovan an- givna problemen genom att vid en anordning för att mäta vindhastigheten och/eller riktning med hjälp av en sändare för ljudvågor och en motta- gare för reflekterade ljudvågor och där ljudvågorna är utsända i ett flertal riktningar varvid sammanställningen av erhållna mätresultat för varje mätning ger ett mått på vindhastighet och/eller riktning, anvisa att sändaren och/eller mottagaren är anordnade att rotera för att under ett varv kunna utvärdera mätresultat från ett flertal mättillfällen och att sändaren och/eller mottagaren är anordnad att luta i förhållande till deras rotationsaxel.

' Uppfinningen anvisar vidare att sändaren och eventuellt mottagaren är anordnade till en roterbar skiva; från vilken sträcker sig ett uppåt avsmalnande konformat hölje. I a2oa97v=4 _ 4 _ Sändaren och eventuellt mottagaren är anordnade i anslutning till periferin för skivan.

Rotationen och skivans läge vid sändning och mottagning skall med fördel vara utvärderbar mot en som referens tjänande riktning.

Vidare föreslås att i erhållna mottagna ekosignaler uppträdande dopplerförskjutningar skall relateras till utsända ljudvâgor och detek- teras och behandlas för att ge en mot signalkaraktären svarande vind- komponent till storlek och riktning, och om så önskas projicerade på vinkelräta koordinater. '- Vidare föreslår föreliggande uppfinning en anordning för att sända och mottaga ljudvågor för_mätning av vindhastighet och/eller riktning utnyttjande en som en parabol utformad skiva. Vid en sådan anordning föreslås att ett rör är anordnat att med sin ena ände vara placerad i fokus för parabolskivan och med sin andra ände samverka med en högtalare/mikrofon. Uppfinningen anvisar vidare att röret skall vara e krökt till väsentligen ett “U", varigenom högtalaren/mikrofonen kommer att bli belägen vid sidan om parabolskivan. _ Genom denna anvisning kan ljudvâgorna utsändas med hjälp av smala lober och därigenom utnyttjas liten energi.

. FURDELAR.

De fördelar som främst kan få anses vara förknippade med en anordning i enlighet med föreliggande uppfinning är att antennsystemet på detta sätt kan få en kompakt och robust utformning, samtidigt som det nu blivit möjligt att välja riktningarna för de utvärderbara mätresul- taten så att bakgrundsbrus och andra omständigheter, som tidigare be- gränsade anordningens känslighet, numera kan minimeras.' Vidare är det möjligt att genom föreliggande uppfinning sända smala ljudvâgslober och därmed förknippad liten energimängd samt där: jämte förbättra mottagningsförhållandet för mottagna i skikt i luftrum- met reflekterade signaler.

Det som främst kan få anses vara kännetecknande för en anord- ning enligt föreliggande uppfinning anges i de efterföljande patent- kraven. 8206977-4 kgßl FIGURBESKRIVNING.

En för närvarande föreslagen utföringsform, uppvisande de för föreliggande uppfinning signifikativa kännetecknen, skall närmare be- skrivas med hänvisning till bifogad ritning där; figur 1 visar ett tidigare känt antennsystem pla- cerat på en släpkärra och därtill kopplad elektronikutrustning för att utvärdera re- sultatet av erhållna mätvärden, figur 2 visar i blockschemaform en elektronisk 7 utrustningen för att utvärdera mätresultatet, figur 3 visar schematiskt en enligt föreliggande uppfinning utformad antennanordning samt figur 4 visar en snitt genom antennanordningen ut- nyttjad i figur 3.

BESKRIVNING UVER NU FORESLAGEN UTFURINGSFORM.

Med hänvisning till figur 1 visas således i perspektivvy en an- ordning för att mäta vindhastighet och/eller riktning med hjälp av en sändare för ljudvågor och en mottagare av i temperaturskikt i luftrummet reflekterade ljudvågor och där ljudvâgorna är utsända i ett flertal riktningar, varvid sammanställningen av erhållna mätresultat från varje mätning ger ett mått på vindhastigheten och/eller riktning. För detta ändamål utnyttjar anordningen tre antenner, betecknade A, B och C, placerade på en släpkärra 1. Via en ledning 2 star dessa antenner A, B och C i förbindelse med en elektronikutrustning 3, till vilken kopplats en terminal 4 samt en display 5. I I antennerna A, B och C förefinns en högtalare och antennerna A och B är anordnade att bilda rät vinkel i förhållande till varandra och bildar en vinkel av 60° i förhållande till markplanet, medan den trejde antennen C är vertikalt orienterad.

Det beskrivna systemet kan utvärdera vindkomponenter i inter- vall mellan 50 och 500 meter och under speciellt gynnsamma förhållanden även upp till 1000 nieter. Att utvärdera 'vindkomponenter under 50. m torde vara omöjligt i denna utrustning. l _ Systemet fungerar väsentligen på följande sätt. aeasavv-4_ _ 5 _ De tre antennerna A, B och C, av vilka två, Å Och B, är lutande och en C är vertikal, sänder alternativt ut ljudvägor. Samtliga antenner A, B, och C arbetar såväl som sändare som mottagare och genom erhållna informationer i mottagna i temperaturskikt reflekterade signaler relate- rade till utsända signaler kan aktuella radiella vindkomponenter utvär- deras vad avser storlek och riktning. " ' De två lutande antennerna A och B är riktade 9D° i förhållande u till varandra och lutar i förhållande till markplanet 6D° och dessa två antenner kan ge ortogonala vindkompdnenter, vilka utvärderas och sam- manställes till horistonala vindvektorer, vars riktning och styrka kan presenteras. Vindriktningen och styrkan utvärderas genom att jämföra utsänd frekvens med mottagen frekvens för ekosignalerna.

Samtidigt med vindutvärderingen avkännes ekointensiteten från vertikalantennen.

Den elektronikutrustning som utnyttjas för att kunna utvärdera vindhastigheten och/eller riktningen med hjälp av sändare och mottagare A, B och C visas i figur 2. Antennerna är via var sina ledningar 6 I kopplade direkt (utan omkopplare D) till en sändar- och mottagaromkopp-l _-lare 7, som står i förbindelse med dels en förförstärkare 8 dels med en effektförstärkare 9, kopplad till en tonpulsgenerator 10.

Förförstärkaren 8 står i förbindelse med ett högpassfilter 11, som i sin tur är kopplat till en dopplerdetektor 12 samt en ekointensi- tetsdetektor 13. Dopplerdetektorn 12 samt ekoidensitetsdetektorn 13 står i förbindelse med en A/D-omvandlare 14. Vidare förefinnes en triggkrets 15, avsedd att trigga tonpulsgeneratorn 10 och dopplerdetektorn 12.

Med hjälp av A/D-omvandlaren 14 samt en dataprocessor 16 med tillhörande programm l6a är det möjligt att Via ett interface 16b översända önskad information till olika terminaler, av Vilka endast en visats som terminal 17. Det är dock möjligt att överföra informationen till magnetband, kassettband eller färgdisplay.

Med hänvisning till figur 3 visas schematiskt en flntennanord- ning 20 utformad i enlighet med föreliggande uppfinning och denna an- tennanordning kan med fördel ha inbyggd effektförstärkare och förför- stärkare. Med hjälp utav en ledning 21 står antennanordningen i förbin- delse med en beräknings- och presentationsenhet 22, i Princip utformad enligt den som är visad i figur 2. I 8206977-4 _ 7 _ I figur 4 har antennanordningen 20 visats delvis i genomskärning.

Med hänvisning till figur 4 visas således en anordning för att mäta vindhastighet och/eller riktning med hjälp utav en sändare 25 för ljud~ vågor samt en mottagare av reflekterade ljudvågor. Såväl sändaren som mottagaren är inbyggda i en enda enhet 29. Ljudvågorna 25' är utsändbara i ett flertal riktningar, varvid sammanställningen av erhållna mätresul- tat från varje mätning ger ett mått på vindhastighet och/eller riktning på det sätt som tidigare schematiskt beskrivits. Sändaren och mottaga- ren 25 är i utföringsexemplet anordnade att rotera, för att under ett varv kunna utvärdera mätresultatet från ett flertal mättillfällen.

Sändningsloben 25' är anordnad att luta i förhållande till en rotations- axel 26.

Föreliggande utföringsexempel anvisar att sändaren och mottagaren 25 skall vara anordnade till en roterbar skiva 27. Själva antennanord- ningen består vidare av en bottenplatta 28 samt ett ovanför botten- plattan 28 uppåt sig sträckande och uppåt avsmalnande konformat hölje 29. Sändaren och eventuellt mottagaren skall vara anordnade i anslutning till periferin för skivan 27.

Det är vidare nödvändigt att antennanordningen och speciellt bottenplattan 28 tilldelas en som referens tjänande riktning för att därigenom kunna utvärdera rotationen och sändarens inställningsläge i förhållande till bottenplattan 28. För detta ändamål anvisas i figuren icke närmare beskriven kompassanordning 30.

I figur 2 kan de tre inritade antennerna A, B och C antagas ange olika inställningslägen för en och samma mottagare och/eller sändare. En omkopplare eller kontakt "D" illustrerar att var och en av antennerna är aktiverbar i olika tidsavsnitt och denna styrning av aktiveringen sker via en ledning till A/D-omvandlaren 14.

Eftersom signaler från en kompassanordning och medel för att kunna fastställa sändar- och mottagaranordningens momentana position i förhållande till bottenplattan och kompassriktningen utgör i och för sig tidigare kända konstruktionsdetaljer har dessa icke beskrivits i aetaij. ne: är tiiiräckiigt att konstatera att via en ledning 31 införes till mikrodatorn 16 informationer om referensriktningen samt antennan- ordningens läge i förhållande till nämnda referensriktning vid aktive- ring av sändare och/eller mottagare. saesvvv-4 _ 3 _ ' Det är således uppenbart att i erhållna och mottagna ekosignaler uppträdande dopplerförskjutning relaterade till utsända ljudvågor detek- teras och behandlas för att ge mot dessa kriteria svarande vindkompo- nenter. Genom att mätriktningen för det bästa totala mätresul- tatet från de tre mättillfällena kan utvärderas blir det enligt uppfin- ningen möjligt att selektivt välja ut optimala riktningar. Det är även möjligt att välja ut bästa riktningen för var och en av mätningarna.

Föreliggande uppfinning anvisar även en anordning för att sända och mottaga ljudvâgor för mätning av vindhastighet och/eller -riktning genom att utnyttja en och samma som en parabol utformad skiva 32. Ett rör är anordnat att med sin ena ände 33a vara placerad i fokus för parabolskivan 32 och med sin anda ände 33b samverka med en högtala- re/mikrofon. Röret 33 är krökt till väsentligen ett "U", varigenom högtalaren/mikrofonen kommer att vara belägen vid sidan av parabolskivan 32.

Vidare är röret utformat med parallella väggar för att därige- nom få begränsade förluster i ljudvågornas passage genom röret 33. h _ Det är känt att utstrâlningsloben från en rörmynning 33a är beroende av frekvensen. Det är vidare viktigt att utsänd och speciellt väsentligen alla emottagna ekosignaler kan uppfångas i fokus för para- bolskivan. ' Mot dessa förhållanden skall rörmynningens diameter och avstånd från parabolskivan samt parabolskivans form väljas. Sålunda kan nämnas att om ljudvâgorna tillåtes ligga inom frekvensbandet 2000-3000 Hz bör rörets diameter vara ca 5 cm. Därigenom kan utsändning av ljudvågorna ske med liten energi och med hjälp av en smal lob och samtidigt för- bättras mottagningen av ekosignalerna. _ När det gäller rörmynningen 33a så skall den vara placerad så att parabolens fokus ligger ett stycke in i röret och röret bör ha parallella väggar åtminstone vid mynningen.

Med hjälp av denna anordning blir det nu möjligt att utvärdera de riktningar för loben 25a som ger minsta störningen från bakgrunds- brus, regn och svârdefinerbara temperaturskikt o.s.v. i luftrummet. _ Genom den föreslagna anordningen har det visat sig vara möj- ligt utvärdera vindhastighet och riktning ned till 10 metersnivå. vidare bin det majiigt att piacera nagtaiarè och/enar mikro- fon, som vid dessa effekter är fysiskt rätt:stor,-vid sidan om fokus och 51% 3206977-4 dessa skymmer inte signalerna. Det blir då möjligt att konstruera en liten parabol med smal sändarlob för höga effekter och högtalaren ligger utanför lobbildningen, varför endast röret skymmer signalerna.

Den omständigheten att beskrivningen anger ett exemplifierat frek- vensområde får inte betraktas som en begränsning av uppfinningen utan även andra frekvenser blir möjliga; exempelvis inom ultraljudomrâdet.

Den omständigheten att såväl sändare som mottagare är anord- nade till skivan för rotation enligt utföringsformen innebär inte att inte sändare eller mottagare skulle kunna vara fast orienterad och icke följa med i rotationen. 4 , ' Slutligen anges i utföringsexemplet att en given kompassriktning inmatas till anordningen för att relatera mätriktningarna men det är uppenbart att en utnyttjad enhet skulle för varje uppställningsplats kunna orienteras i en på förhand bestämd riktning. e Uppfinningen är givetvis inte begränsad till den ovan såsom exempel angivna utföringsformen utan kan genomgå modifikationer inom .ramen för efterföljande patentkrav.

Claims (9)

aszgssvv-4 _ -_ lo PÅTENTKRÅV.

1. Anordning för att mäta vindhastighet och/eller riktning med hjälp av en sändare (25) för ljudvâgor och en mottagare (25) av reflek- terade ljudvâgor och där ljudvågorna (25a) är utsända i ett flertal riktningar, varv.id sammanställningen av erhållna mätresultat från varje mätning ger ett mått på vindhastighet och/eller riktning, k ä n n e - t e c k n a d därav, att sändaren och/eller mottagaren (25) är anord- nade att rotera, för att under ett varv kunna utvärdera mätresultat från ett flertal mättillfällen, och att sändarloben (25a) är anordnad att luta i förhållande till rotationsaxel för sändare och/eller mottagare.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att sändaren och eventuellt mottagaren (25) är anordnade till en roter~ bar skiva (27), från vilken sträcker sig uppåt ett avsmalnande konformat haije (29). ' ~ ï ' _

3. I Anordning enligt patentkravet 1 eller 2,_k ä n n e t e c k n a d därav, att sändaren och eventuellt mottagaren (25) är anordnade i an- slutning till periferin för skivan (27).

4. Anordning enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a d därav, att läget för rotationen är vid mättillfället utvärderat 'mot en som referens (30) tjänande riktning.

5. Anordning enligt patentkravet 1, 2, 3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d därav, att i erhâllen ekosignal uppträdande doppler~ förskjutning, relaterad till utsänd ljudsignal, detekteras och behandlas för att ge en mot dessa kriteria svarande vindkomponent vad avser stor- lek och riktning.

6. Anordning för att sända och mottaga ljudvågor för mätning av vindhastighet och/eller riktning, användbar i en anordning enligt något av föregående patentkrav, utnyttjande en som en parabol utformad skiva (32), k ä n n e t e c.k n a d därav, att ett rör-(33) är anordnat att med-sin ena ända (33a) vara placerad i fokus för Pêhabolskivan (32) och med sin andra ände (33b) samverka med en högtalare/mikrofon. I 8206977-4 r

7. Anordning eniigt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att röret (33) är krökt tiïï väsentïigen ett “U", och med hög- taiare/ mikrofon beïägna vid sidan om paraboïskivan (32). e

8. Anordning enligt patentkravet 6 e11er 7, k ä n n e t e c k - n a d därav, att röret är utformat med paraïïeïia väggar åtminstone vid mynningen och är tiiidelat en diameter anpassad b1.a. mot frekvensen för utsända ijudvågor.

9. Anordning enïigt patentkravet 6, 7 elïer 8, k ä n n e t e c k- n a d därav, att utsändningen av ïjudvâgor sker med hjäip av en smal iob och med enbart röret skymmande signaierna.