Tuulen nopeus- ja suunta-anturin periaate ja käyttö

Nykymaailmassa resurssipulasta ja ympäristön tilan heikkenemisestä on tullut erittäin merkittävä ongelma koko maassa, ja uusiutuvan energian järkevästä kehittämisestä ja käytöstä on tullut laajalle levinnyt huolenaihe. Tuulienergialla saasteettomana uusiutuvana energiana on suuri kehityspotentiaali. Tuulivoimateollisuudesta on tullut uusi energia-ala, joka on erittäin kypsä ja jolla on kehitysnäkymiä. Myös tuulennopeusanturia ja ultraäänituulennopeusanturia on käytetty laajalti.

Ensinnäkin tuulen nopeus- ja suunta-anturin käyttö
Tuulen nopeus- ja suunta-antureita käytetään laajalti tuulivoiman tuotannossa. Tuulen liike-energia muunnetaan mekaaniseksi liike-energiaksi, ja sitten mekaaninen energia muunnetaan sähköiseksi liike-energiaksi eli tuulivoimaksi. Tuulivoiman tuotannon periaatteena on käyttää tuulta tuulimyllyn lapojen pyörimiseen ja sitten lisätä pyörimisnopeutta nopeudenrajoittimen avulla, jotta generaattori tuottaa sähköä.
Vaikka tuulivoiman tuotantoprosessi on erittäin ympäristöystävällinen, tuulivoiman tuotannon epävakaus tekee sen kustannuksista korkeammat kuin muun energiantuotannon. Jotta tuulivoimaa voidaan hallita hyvin, saada se seuraamaan tuulen suunnan muutoksia ja saavuttaa raja-arvo sähköntuotannossa sekä vähentää kustannuksia, tuulen suunta ja nopeus on mitattava tarkasti ja oikea-aikaisesti, jotta puhallinta voidaan ohjata vastaavasti. Lisäksi tuulipuistojen paikan valinta edellyttää tuulen nopeuden ja suunnan ennustamista etukäteen kohtuullisen analyysipohjan tarjoamiseksi. Siksi tuulen nopeus- ja suunta-anturin käyttö tuuliparametrien tarkkaan mittaamiseen on ratkaisevan tärkeää tuulivoiman tuotannossa.

Toiseksi, tuulen nopeuden ja suunnan anturin periaate
1, mekaaninen tuulen nopeus- ja suunta-anturi
Mekaaninen tuulen nopeus- ja suunta-anturi mekaanisen pyörivän akselin olemassaolon vuoksi se jaetaan tuulen nopeusanturiin ja tuulen suunta-antureihin kahden tyyppisiä laitteita:
Tuulen nopeusanturi
Mekaaninen tuulennopeusanturi on anturi, joka pystyy jatkuvasti mittaamaan tuulen nopeutta ja ilman tilavuutta (ilman tilavuus = tuulen nopeus × poikkileikkauspinta-ala). Yleisempi tuulennopeusanturi on tuulikuppianturi, jonka sanotaan keksineen ensimmäisenä Robinson Britanniassa. Mittausosa koostuu kolmesta tai neljästä puolipallon muotoisesta tuulikupista, jotka on asennettu yhteen suuntaan yhtä suureen kulmaan pyörivään kiinnikkeeseen pystysuoraan maahan.
Tuulen suunnan anturi
Tuulensuunta-anturi on eräänlainen fyysinen laite, joka havaitsee ja aistii tuulen suuntatiedon tuulen suuntanuolen pyörimisen perusteella ja lähettää sen koaksiaaliseen koodivalitsimeen ja samanaikaisesti tuottaa vastaavan tuulen suuntaan liittyvän arvon. Sen päärunko käyttää tuulisiiven mekaanista rakennetta. Kun tuuli puhaltaa tuulisiiven peräsiipeen, tuulisiiven nuoli osoittaa tuulen suuntaan. Suunnan herkkyyden ylläpitämiseksi käytetään myös erilaisia sisäisiä mekanismeja tuulen nopeusanturin suunnan tunnistamiseen.
2, ultraääni-tuulen nopeus- ja suunta-anturi
Ultraääniaallon toimintaperiaate on käyttää ultraäänen aikaeromenetelmää tuulen nopeuden ja suunnan mittaamiseen. Koska ääni etenee ilmassa nopeudella, tuulesta ylöspäin suuntautuvan ilmavirran nopeus päällekkäin asettaa äänen. Jos ultraääniaalto kulkee samaan suuntaan kuin tuuli, sen nopeus kasvaa. Toisaalta, jos ultraäänen etenemissuunta on vastakkainen tuulen suuntaan nähden, sen nopeus hidastuu. Siksi kiinteissä havaitsemisolosuhteissa ultraäänen etenemisnopeus ilmassa voi vastata tuulen nopeusfunktiota. Tarkka tuulen nopeus ja suunta voidaan saada laskemalla. Kun ääniaallot kulkevat ilmassa, lämpötila vaikuttaa suuresti niiden nopeuteen. Tuulen nopeusanturi havaitsee kaksi vastakkaista suuntaa kahdella kanavalla, joten lämpötilalla on merkityksetön vaikutus ääniaaltojen nopeuteen.
Tuulivoiman kehittämisen välttämättömänä osana tuulen nopeus- ja suunta-anturit vaikuttavat suoraan puhaltimen luotettavuuteen ja sähköntuotantotehokkuuteen, ja ne liittyvät myös suoraan tuulivoimateollisuuden voittoihin, kannattavuuteen ja tyytyväisyyteen. Tällä hetkellä tuulivoimalat sijaitsevat enimmäkseen luonnonvaraisissa ympäristöissä, joissa on ankaria paikkoja, joissa on alhainen lämpötila ja paljon pölyä. Järjestelmän käyttölämpötila ja taivutuskestävyys ovat erittäin vaativia. Olemassa olevat mekaaniset tuotteet ovat tässä suhteessa hieman puutteellisia. Siksi ultraäänituulen nopeus- ja suunta-antureilla voi olla laaja sovelluspotentiaali tuulivoimateollisuudessa.