风力发电机组风向风速仪原理及注意事项

1. 二维超声波风速风向仪产品介绍：

JC-NU60F-2D1型超声风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风

速的测量。声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；本风速仪检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。

它具有重量轻、没有任何移动部件，坚固耐用的特点，而且不需维护和现场校准，能同时输出风速和风向。客户可根据需要选择风速单位、输出频率及输出格式。也可根据需要选择加热装置（在冰冷环境下推荐使用）或模拟输出。可以与电脑、数据采集器或其它具有RS485或模拟输出相符合的采集设备连用。如果需要，也可以多台组成一个网络进行使用。

JC-NU60F-2D1型超声波风速风向仪是一种较为先进的测量风速风向的仪器。由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷，因而能全天候地、长久地正常工作，越来越广泛地得到使用．它将是机械式风速仪的强有力替代品。

2.二维超声波风速风向仪产品技术参数说明：

3. 二维超声波风速风向仪产品尺寸以及安装固定方式：

对于对于风力发电机组来说红色标记必须对准机头，寻找风向。

问题一、这个东西怎么测量风速风向呢？

超声波风速仪广泛应用于气象、风电、环境、桥梁、隧道等各种领域。风速仪的种类繁多，其中风杯式和螺旋桨式应用最为广泛。但是由于传统的风杯式和螺旋桨式风速仪存在旋转部件，存在摩擦损耗，而且很容易受到冰冻和雨雪天气的干扰，这种风速仪的精度不高。超声波风速仪拟补了以上缺陷，它测量精度高、使用寿命长、体积小而且能够测量瞬时风速，超声波风速仪根据原理可分为时差法、反射法、多普勒法等类型，其中时差法的应用最为广泛。时差法是通过已知的距离计测超声波的传播时间，从而计算出超声波的传播速度，实现风速的测量。对于风力发电机来说所处的环境是非常的复杂的包括风速大、温度变化大、沙尘天气、雨雪天气、暴风雨天气等极端天气对风速的测量产生不良影响，综合来看时差法测量风速是比较合适的，因为反射法、多普勒法等类型对空气的要求太高了。

为什么反射法、多普勒法等类型对空气的要求高呢？

首先超声波是一种声音，那么它就具有声音的一切特征。

科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率，它的单位是赫兹(Hz)。我们人类耳朵能听到的声波频率为20Hz-20000Hz。因此，我们把频率高于20000赫兹的声波称为"超声波"。通常用于医学诊断的超声波频率为1兆赫兹-30兆赫兹。

1、声音的产生：一切正在发声的物体都在振动；振动停止,发声也停止.

2、声音的传播：

(1)声音靠介质传播,气体、液体和固体都可以传播声音.真空不能传声；

(2)声音在介质中以声波形式传播,声音在介质中的传播速度与介质有关,声音在固体中传播速度最快,在液体中第二,气体排第三.（软木是例外,软木细胞壁薄,内部气泡多）

(3) 声速还与温度有关,声音在15℃的空气中的传播速度为340m/s左右,温度越高声的传播速度越快.

(4)声波在两种介质的交界面处发生反射,形成回声.人耳要想区分原声和回声,回声到达人耳要比原声晚0.1s以上.如果不到0.1s,则回声和原声混在一起,只能使原声加强.

(5)利用回声可以测距离,如测海有多深,离障碍物有多远.（这是一种仿生技术,出自蝙蝠,海豚一类）声音可以传递能量和信息.

所以前面提到的风速大、温度变化大、沙尘天气、雨雪天气、暴风雨天气等极端天气对超声波的传递的介质（空气）产生重要影响，用发射法、多普勒法测出来的风速误差很大。这两种法怎么测风速我们就在不研究了。我们就看时差法怎么测量风速和方向的。

时差法怎么测量风速呢？

超声风速风向仪的工作原理是利用超声波时差法来实现风速的测量。由于它很好地克服了机械式风速风向仪固有的缺陷，因而能全天候地、长久地正常工作，越来越广泛地得到使用．它将是机械式风速仪的强有力替代品。

声音在空气中的传播速度，会和风向上的气流速度叠加。若超声波的传播方向与风向相同，它的速度会加快；反之，若超声波的传播方向若与风向相反，它的速度会变慢。因此，在固定的检测条件下，超声波在空气中传播的速度可以和风速函数对应。通过计算即可得到精确的风速和风向。由于声波在空气中传播时，它的速度受温度的影响很大；风速仪检测两个通道上的两个相反方向，因此温度对声波速度产生的影响可以忽略不计。

从风速仪的外形上看，测风原理确定为二维时差法。对于二维风速，可以采用两对垂直放置的超声波探头，形成X 轴、Y 轴，将风速进行矢量分解，转

化成了两个一维风速的测量。声波风速风向仪使用四个超声波探头在二维平面内循环发送和接收超声波,通过超声波在空气中传播的时差来测量风速和风向。

如图假设从探头1到探头3超声波需要t13，从探头3到探头1超声波需要t31.探头2到探头4超声波需要t14，探头,4到探头2超声

波需要t42.通过风速和超声波的叠加原理推导风速和风向。

对X轴和Y轴上的风速分量进行矢量合成，

综合以上两公式可知：

这样就得到了风速的具体值。那么风向是怎么确定的呢？

转换得到：

那么风向也就确定了：

风速风向仪底部有一个8脚防水插头，用以通过屏蔽电缆线连接外部电源和通信接口。

管脚功能分布如下

1 供电电源

供给超声波风速风向仪的电源为24V±20%，并且此电源应具有较小的纹波电压。

4.2 模拟输出接口电路

两个模拟输出接口可以提供模拟信号的输出。

引脚1可以以4-20mA电流值的方式表示风速值0-50m/s，也可以以2-500Hz 频率脉

冲波形式输出0-50m/s风速值。以何种方式输出需要根据客户要求订制。

如果以电流模式为输出方式，则最大负载电阻为300Ω

技术指标

6.1 操作电压

仪器工作供电：24V±20% / 0.3A

仪器加热供电：24V±20% / 3A

6.2 风速