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风速风向传感器的发展历程

建大仁科2020-09-15 16:54发文

风是由空气流动引起的一种自然现象。自古以来,风在人们的日常生活和生产中都起到了重要的作用。人们在与风长期的接触之中,对风速风向的认知逐渐由感性到理性;从远古时期对风的敬畏,到现在发展出多种多样风速风向传感器,人们对风的探索从未有过停止。

风速风向传感器的发展历程


早在先秦时期,人们就已经制造出了风向仪——伣(qìan)。伣的结构非常简单:立一风杆,杆上系有丝帛做成长条形“旗”,称“示风器”,器上系一小铃挂在高竿上,风吹铃响。设有专门的观测者监听铃声并看旗被风吹动的方向以报风向。

西汉时期,人们在原有“伣”的基础上,又发明出了相风鸟。“铸铜凤,高五尺,饰黄金,栖屋上,下有转枢,向风若翔。”每一只相风鸟下部都有转枢,可以插在圆槽内随风转动,而相风鸟头部指向的方向就是风吹来的方向。

风速风向传感器的发展历程


东汉至三国时期,将相风鸟的材质由青铜转为木材。使用木鸟作风向仪,材料更容易获得,整体更为轻便,使用范围较之前也更为普遍了。

到了唐代时期,人们不再满足于对风向的测量,唐代科学家李淳风(公元602年—公元670年)在他的著作《乙巳占·占风远近》中根据风对树产生地力来估测风速。“树叶微动,风速约十里;树叶沙沙作响,风速则日行百里;树枝摇,二百里;堕夜,三百里;折小枝,四百里…。”并且,根据树的摇晃程度创造出了风的级别:“一级动叶,二级鸣条,三级摇枝,四级坠叶,五级折枝,六级折大枝,七级飞沙石,八级拔大树及根。”外加“无风”、“和风”共十级。风速级别发明,奠定了人们对风速认知的标准,并且一直沿用到近代。

风速风向传感器的发展历程


监测风速风向的仪器发展到现在,已经从最简单的伣和相风鸟发展到现在完整的风速风向检测设备、体系。

现在我们用于监测风速风向的仪器共有两类:风向风速传感器和超声波风速风向传感器;这两类传感器,一类是机械式,另一类是超声波式。有了这两款设备的存在,支撑起了监测风速风向的半壁江山。

一、风速风向传感器包括风向传感器和风速传感器:

1、风向传感器

风向传感器是一种电阻式风向监测仪。它采用类似滑动变阻器的结构,将产生的电阻值的最大值与最小值分别标成360°与0°,当风向标产生转动的时候,滑动变阻器的滑杆会随着顶部的风向标一起转动,而产生的不同的电压变化就可以计算出风向的角度或者方向了;它机械强度大,硬度高,设备结构及重量经过精心设计及分配,转动惯量小,响应灵敏;采用高性能轴承,转动阻力小,测量精确;具有良好的防电磁干扰处理能力。

风速风向传感器的发展历程


2、风速传感器

风速传感器采用三杯设计理念,使用高性能进口轴承,转动阻力小,测量精确;当风杯转动时,带动同轴的多齿截光盘或磁棒转动,通过电路得到与风杯转速成正比的信号,该信号由计数器计数,经换算后得出实际风速值;其外形小巧轻便,具有良好的防电磁干扰功能;设备结构及重量经过精心设计及分配,转动惯量小,响应灵敏;外壳采用聚碳酸酯复合材料设计,具有良好的防腐、防侵蚀、抗暴晒等特点;

风速风向传感器的发展历程


二、超声波风速风向传感器

超声波风速风向传感器基于超声波原理而研发,利用发送的声波脉冲,测量接收端的时间差来计算风速和风向。整机外壳采用优质ABS材质,重量轻,无启动风速限制,零风速工作,360°全方位无角度限制,不需维护和现场校准,同时测量和输出风速的瞬时数值能和风向。

风速风向传感器的发展历程


风向变送器和风速变送器都采用机械式结构设计,存在转动部件,因此监测前有最低风速最为启动条件,如风速低于启动值将不能驱动螺旋桨或风杯进行旋转,就无法进行监测。与之相对的是超声波风速风向传感器,该设备的最大特点是:启动无风速限制,能够在零风速下工作,并且可以同时监测风速和风向两项数据,并输出。

从先秦的伣和相风鸟,到现代的风速风向传感器,风速风向仪的每一次进步都倾注了先辈们大量的心血和智慧,经历了一个漫长而艰苦的过程,成为了风速风向仪发展历程中,不可磨灭的印记。

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