常用測風(fēng)儀器介紹

測風(fēng)儀器的類型豐富多樣，常見的有機械式測風(fēng)儀、超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀以及激光雷達(dá)。

機械式測風(fēng)儀由風(fēng)速傳感器和風(fēng)向傳感器構(gòu)成。其中，風(fēng)速傳感器采用三杯旋轉(zhuǎn)架結(jié)構(gòu)，為了降低啟動風(fēng)速，風(fēng)杯采用輕質(zhì)塑制材料，并以錐形軸承支撐。當(dāng)風(fēng)吹動旋轉(zhuǎn)架時，軸上固定的齒狀葉片會在光電開關(guān)的光路中不斷切割光束，將風(fēng)速線性地變換成光電開關(guān)的輸出脈沖頻率，再經(jīng)計數(shù)器采樣計數(shù)與換算，便能得出實際風(fēng)速值。風(fēng)向傳感器則以風(fēng)向標(biāo)的機械結(jié)構(gòu)，通過風(fēng)向箭頭的轉(zhuǎn)動來探測、感受外界風(fēng)向信息，并傳遞給同軸碼盤，進而輸出對應(yīng)風(fēng)向的相關(guān)數(shù)值。常見的風(fēng)向傳感器依據(jù)工作原理可分為電磁式、光電式和電阻式三類。

超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀基于超聲波時差法原理工作。儀器內(nèi)部設(shè)有多組超聲波發(fā)射器和接收器，在相對的位置兩兩成對。工作時，超聲波在空氣中傳播，順風(fēng)時傳播速度加快，逆風(fēng)時傳播速度減慢。通過測量超聲波在兩個相對方向傳播的時間差，結(jié)合固定的發(fā)射接收距離，利用公式即可計算出風(fēng)速。而風(fēng)向的測定，則是通過多個方向的超聲波傳播時間差綜合計算得出。由于其沒有機械轉(zhuǎn)動部件，不存在磨損問題，具備響應(yīng)速度快、測量精度高、免維護等特點，能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行。

激光雷達(dá)運用多普勒頻移原理推導(dǎo)風(fēng)速和風(fēng)向。它先將激光信號或聲波信號按照固定的波長和頻率發(fā)射到空中，當(dāng)激光信號接觸到隨風(fēng)運動的氣溶膠，或聲波信號遇到不均一溫度場后，信號會發(fā)生散射并返回被設(shè)備接收，返回信號與發(fā)射信號之間產(chǎn)生的頻率差就是多普勒頻移。由于信號往返的頻率差與氣流速度存在特定的函數(shù)關(guān)系，由此可以推導(dǎo)出氣流沿激光或聲波束的徑向移動速度。在實際測風(fēng)過程中，激光雷達(dá)會同時發(fā)射多束信號源，先將每個徑向速度水平和垂直分解成分量，最后把所有水平分量合成帶有風(fēng)向的水平風(fēng)速矢量，所有垂直分量合成垂直風(fēng)速矢量，以此實現(xiàn)對風(fēng)速風(fēng)向的精準(zhǔn)測量。

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