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风速风向监测系统
一）简介：
风是由许多小尺度的脉动，叠加在大尺度规则气流上的三维矢量。但在气象学上，却把空气的水平移动叫作风，即把它作为二维矢量来考虑。由两个参数来确定，即风速（风矢量的模数）和风向（风矢量的幅角）。
空气团运动速度的方向称为风向。如果气流从东吹来就称为东风。风向可由风向标，等仪器指示出来，从风向标与一固定不变的主方位指示杆之间的相对位置就可以观测出风向。
风向标是由风尾、指向杆、平衡重锤和旋转主轴四个部分组成，见图1。风尾是感受风力的部件，在风力的作用下产生旋转力矩，使指示杆-风尾轴线不断调整它的取向，与风向保持一致。指向杆指向风的来向。平衡重锤安装在指向杆上，使整个风向标对支点保持重力矩平衡。旋转主轴则是风向标的转动中心，并通过它带动传感器件，把风向标指示的度数传送到室内的指示仪器上。
测量风速的仪表可以分为三大类：旋转式、压力式和其他形式。我们采用的是旋转式风速表。
常用的旋转式风速表是如图1的风杯式风速表。在这种风速表里，由3个风杯与短轴连接组成的转子在球轴承上旋转，转轴下部驱动一个被包围的在定子中的多级永磁体。指示器测出随风速变化的电压，显示对应的风速值。当风速达到1~2m/s时，风杯式风速表就可以启动了。风速由10m/s突然变化到20m/s时。风速表记录到19m/s值的响应时间为1.3s。
还有如同微型多叶片风力机的风速表，如图2所示。由于它的风轮叶片多，因而风轮工作转速低，需要增速齿轮增速后再获取风速测量值；此外，它的启动风速也低。
上面两种各有特点和优劣。风杯式风速表可以保持其转速与所测风速有良好的线性关系，但是所需要的启动风速高，相应的灵敏度也就差些。而微型多叶片风速表刚好与之相反。
所以，多叶片风速表主要用于实验室，而风杯式风速传感器则可用于野外等恶劣气候条件。
由原理可知，我们只需测得转速，便可有转速-风速的线性关系求得风速。我们采用的是电子数字式转速表来作为转速测量的仪器。这是应用**广泛的精密测量转速的方法之一。其特点是具有量程宽，准确度高，便于携带，输出数字信息，可以方便地与微型计算机、打印机相结合，实现转速的自动记录、数字处理和反馈控制。
二）原理与设计：
1）风速部分：
测量原理： 电子数字式转速表由数字式转速传感器和电子计数电路组成。传感器将转轴的速度转换为电脉冲信号，经电路放大、整形后送电子计数器显示相应的被测转速值。一般对中、高转速采用频率法，对低转速采用周期法测量。
风速传感器：其功能是将被测旋转体的转速变换成电脉冲信号，并且能够推动计数器计数。
风向风速传感器风杯由三个抛物锥形的空心杯壳组成。空心杯壳固定在互成120°的三叉星形支架上，杯的凹面顺着一个方向排列，整个横臂架则固定在一根垂直的旋转轴上。风杯结构和尺寸决定了风速传感器的技术性能，较小的起动风速和较好的距离常数要求风杯越轻越好；较大的抗风强度要求风杯越坚固越好，即风杯碗壁应该尽量厚；显而易见该二项是相互矛盾的。因此，合理的设计，就是兼顾各种技术性能。
