Princípio e aplica??o do sensor ultrass?nico de velocidade e dire??o do vento para medi??o de velocidade.

Princípio e aplica??o do sensor ultrass?nico de velocidade e dire??o do vento para medi??o de velocidade.

O vetor vento refere-se à velocidade e dire??o do vento, sendo um dos elementos básicos de monitoramento meteorológico.

Com o desenvolvimento da Internet das Coisas e da tecnologia de sensores, as esta??es meteorológicas modernas tornaram-se cada vez mais inteligentes e est?o gradualmente evoluindo para esta??es meteorológicas aut?nomas que operam 24 horas por dia, 7 dias por semana. Portanto, as esta??es meteorológicas modernas precisam urgentemente de um sensor de velocidade e dire??o do vento com alta precis?o e que n?o necessite de manuten??o.

Os anem?metros mec?nicos tradicionais de velocidade e dire??o do vento possuem partes rotativas, que s?o propensas ao desgaste. A estrutura mec?nica pode ser danificada por intempéries. Poeira de areia e maresia também podem causar corros?o. Além disso, o anem?metro mec?nico ainda possui uma velocidade inicial de vento devido ao atrito. Velocidades de vento inferiores a esse valor inicial n?o ser?o capazes de acionar a hélice ou a concha anemométrica. Portanto, o anem?metro mec?nico n?o conseguirá medir a brisa com velocidades abaixo da inicial. Para superar as deficiências inerentes aos anem?metros tradicionais de concha anemométrica, surgiu um novo tipo de anem?metro ultrass?nico.

Sensores ultrass?nicos de velocidade e dire??o do vento têm sido amplamente utilizados em setores industriais e pesquisas científicas devido à sua resposta rápida, alta precis?o de medi??o e facilidade de manuten??o e uso. O sensor ultrass?nico de velocidade e dire??o do vento utiliza principalmente a diferen?a de frequência ultrass?nica emitida por quatro sensores ultrass?nicos posicionados verticalmente para calcular a velocidade e a dire??o do vento, fornecendo como saída a velocidade do vento (m/s) e a dire??o do vento (°).

Três métodos de medi??o da velocidade ultrass?nica

A medi??o da velocidade do vento por ultrassom inclui principalmente o método da diferen?a de tempo, o método da diferen?a de frequência, o método da diferen?a de fase e o método de correla??o.

Método da diferen?a de tempo

O método da diferen?a de tempo é muito comum e seu princípio é o seguinte: em ar calmo, a velocidade de propaga??o das ondas sonoras é alterada pelo fluxo de ar na dire??o do vento. Se a dire??o do vento e a dire??o de propaga??o da onda sonora forem as mesmas, a velocidade de propaga??o da onda sonora aumentará e, inversamente, a velocidade da onda sonora diminuirá.

Quando uma onda ultrass?nica se propaga no ar, existe uma diferen?a de velocidade entre a dire??o a favor do vento e a dire??o contra o vento. Ao percorrer uma dist?ncia fixa, essa diferen?a de velocidade reflete uma diferen?a de tempo, e essa diferen?a de tempo tem uma rela??o linear com a velocidade do vento a ser medida. Portanto, o sensor ultrass?nico de velocidade e dire??o do vento emite ondas ultrass?nicas sequencialmente em uma frequência fixa e mede o tempo de chegada das ondas ultrass?nicas em duas dire??es, obtendo-se assim a velocidade de propaga??o a favor e contra o vento. O valor da velocidade do vento pode ent?o ser obtido após processamento e convers?o.

Método da diferen?a de frequência

O método da diferen?a de frequência é um método direto com múltiplos ciclos. A precis?o deste método é o dobro do número de ciclos do método direto da diferen?a de tempo. ? adequado para tubula??es de di?metro médio e pequeno. A vantagem é a alta precis?o e menor influência da temperatura. A desvantagem é a instabilidade do funcionamento devido a influências ambientais.

Método da diferen?a de fase

O método da diferen?a de fase converte a velocidade do vento, através da diferen?a de tempo, em fase para medi??o.

Problemas com o sensor ultrass?nico de velocidade e dire??o do vento

Problema de transientes no ?ngulo de dire??o do vento: Ao analisar o sinal de dire??o do vento medido pelo sensor ultrass?nico bidimensional de velocidade e dire??o do vento, o fen?meno de transientes no ?ngulo de dire??o do vento é comum nos dados de dire??o do vento. O ?ngulo de dire??o do vento flutua de forma extremamente acentuada e significativa em um curto período de tempo. As características da flutua??o do sinal de dire??o do vento durante o período de transientes no ?ngulo de dire??o do vento s?o claramente diferentes de outros períodos. Somente compreendendo profundamente as causas do fen?meno de transientes no ?ngulo de dire??o do vento podemos determinar se ele afetará a análise subsequente da flutua??o do sinal de dire??o do vento. Caso haja um efeito adverso, métodos apropriados devem ser adotados para realizar corre??es adequadas no sinal de dire??o do vento.

Os sensores ultrass?nicos de velocidade e dire??o do vento s?o atualmente amplamente utilizados no monitoramento da seguran?a energética, em pontes e túneis, no monitoramento ambiental urbano de embarca??es, na seguran?a rodoviária e em outras áreas. As inúmeras vantagens do anem?metro ultrass?nico fazem com que seu uso se torne cada vez mais comum, e ele deverá ocupar a posi??o de lideran?a entre os dispositivos de medi??o da velocidade do vento no futuro.

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