世界上最經(jīng)典的測風(fēng)儀——機械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器

說起測風(fēng)儀，第一時間就會想到最經(jīng)典的機械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器。它通過機械結(jié)構(gòu)與物理原理實現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)向的測量，經(jīng)典性源于成熟的技術(shù)體系和廣泛的應(yīng)用實踐。

就結(jié)構(gòu)來說，傳感器由風(fēng)速測量單元和風(fēng)向測量單元兩部分構(gòu)成。

風(fēng)速測量單元使用風(fēng)杯或螺旋槳結(jié)構(gòu)。風(fēng)杯式風(fēng)速傳感器由 3 - 4 個半球形或拋物錐形風(fēng)杯，按均勻角度安裝在垂直于氣流的旋轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)氣流流過時，風(fēng)杯因迎風(fēng)面和背風(fēng)面所受空氣動力差異產(chǎn)生轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速與風(fēng)速呈線性關(guān)系。通過安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的光電編碼器或磁感應(yīng)元件，將機械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)電路處理后得到精確風(fēng)速數(shù)值。螺旋槳式風(fēng)速傳感器則依靠螺旋槳葉片在風(fēng)中的旋轉(zhuǎn)，利用類似原理實現(xiàn)風(fēng)速測量，優(yōu)勢在于對低風(fēng)速變化更敏感。

風(fēng)向測量單元通常使用風(fēng)向標(biāo)結(jié)構(gòu)。風(fēng)向標(biāo)設(shè)計為不對稱形狀，重心與轉(zhuǎn)動軸偏移，使其在氣流作用下能自動對準(zhǔn)風(fēng)向。風(fēng)向標(biāo)尾部與電位器或角度傳感器相連，當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)向轉(zhuǎn)動時，帶動傳感器輸出相應(yīng)的電信號，通過對電信號的解析可確定風(fēng)向角度，一般以 16 個方位或 360° 全角度表示。

上述這種機械結(jié)構(gòu)簡單直觀，經(jīng)過長期驗證，可靠性高，測量精度也滿足多數(shù)常規(guī)氣象監(jiān)測和工業(yè)應(yīng)用需求，而且維護方便，更換磨損部件即可恢復(fù)性能。不過也存在局限性，機械轉(zhuǎn)動部件易受沙塵、冰凍等環(huán)境因素影響，導(dǎo)致測量誤差，且響應(yīng)速度相對較慢，不適用于快速變化的湍流環(huán)境測量。

而在實際應(yīng)用中，機械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器廣泛應(yīng)用在氣象站、機場、港口、風(fēng)力發(fā)電廠等場所。氣象站利用風(fēng)速風(fēng)向數(shù)據(jù)進行天氣預(yù)測和氣候研究；機場和港口依靠它監(jiān)測環(huán)境風(fēng)速風(fēng)向，保障飛機起降和船舶航行安全；風(fēng)力發(fā)電廠則通過測量結(jié)果優(yōu)化風(fēng)機運行角度，提高發(fā)電效率。

盡管新型超聲波、激光等測風(fēng)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但機械式風(fēng)速風(fēng)向傳感器還是靠著成本低廉的優(yōu)勢，依然是當(dāng)前基礎(chǔ)測風(fēng)領(lǐng)域必采購的經(jīng)典儀器。

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