风翼式固态测风仪系统简介

1.测风仪安装及特点

在选定的风电场址，通常需要在50～100m高测风塔，或10m高浮标上安装测风仪，并通过综合浮标测得的长期数据与测风塔测得的短期数据，再经相关性分析后评估待勘测风电场址的风资源。此外，还可以采用超声波雷达测风仪、激光雷达测风仪测风，这些测风设备只需安装在较低的流动平台上就可以测量高空的风资源。

2009年3月上海安装了当时国内首个海上测风塔。该测风塔塔高100m，安装有12只NRG风速计，风速测量分布在100m、90m、80m、60m、40m和20m等6个高度，同时，还能够测量100m、20m高度的风向、温度、气压及相对湿度。

传统测风仪主要分为机械式和电子式两类，其中，机械式测风仪以风杯和风轮为主，由于该测风仪的转轮是可动元件，容易受到机械摩擦、泥沙灰尘堆积等影响，因此，不可靠不高、误差较大；电子式测风仪基于热传导（热线、热球）或超声波检测原理，实际应用中当在湍流环境下使用热敏式探头时，往往会受到来自各个方向的气流同时冲击，影响热元件测量结果的准确性；热传导测风仪存在稳定性差、输出为非线性不足；超声波测风仪价格昂贵。

2.风翼式固态测风仪

（1）固态测风仪系统

固态测风仪的测风装置没有旋转部件，避免了因设备磨损而引起的测量误差，可以长期使用且不影响精度，是当前世界气象组织（WMO）推荐的测风设备。图2-1所示为风翼式固态测风仪系统，由测风部件、数据采集系统及上位监

图2-1 风翼式固态测风仪系统框图

视系统三部分组成。(www.xing528.com)

如图2-2所示测风部件由迎风体1、连接套管2、软管3、保护套管4和底座5组成。其中，迎风体由4片相同的金属叶片呈90°放置焊接而成，套管内装有电阻应变式压力传感器、温度传感器和湿度传感器。电阻应变式压力传感器通过连杆与迎风体相连，从而可以感受迎风体所承受的压力。传感器输出电压信号经放大器放大后送到单片机进行处理。

图2-2 测风部件结构图

1—迎风体 2—连接套管 3—软管 4—保护套管 5—底座

（2）测量原理

迎风体受自然风作用产生作用力，该作用力的大小与风速有关，经分解为分别作用在两个叶片上的力，通过求解这两个叶片上的力的数值，就可以获得风的作用力大小，然后，再利用风的作用力与风速的关系求得风速大小；同样，通过求解两个叶片上的力的比值就可以获得风向。

电阻应变式压力传感器利用弹性体在外力作用下产生弹性形变，粘贴在其表面的电阻应变片随同发生变形，电阻应变片变形后其阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，就可以求得外部作用力的大小。

常用的电阻应变式压力传感器采用桥式电路，在外部作用力作用下，桥式电路中应变片电阻阻值发生变化，桥路失去平衡，桥路的输出由零电位开始变化，这个变化量ΔV反映了压力的变化量。通过判断ΔV的正负即可确认作用力的方向。同理，利用两个垂直放置的电阻应变式传感器的电压输出值，可分别用于判别东西方向和南北方向的力，从而得出确切的风向。由于风作用在物体上通常为持续、微小的力，通过在固态测风仪上安装长杆及风翼，将风的作用效果转换为与其连接的金属的形变，从而引起传感器的输出电压值变化，利于提高测量灵敏度。