كيفية الاختيار بين أجهزة استشعار سرعة واتجاه الرياح الميكانيكية والموجات فوق الصوتية؟
في البيئة الطبيعية، تعد سرعة الرياح واتجاهها من عوامل الأرصاد الجوية المهمة في المراقبة البيئية. تؤثر الرياح على حياتنا طوال الوقت. في المجتمع الحديث، مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، أصبحت أجهزة استشعار سرعة الرياح واتجاهها المستخدمة لمراقبة اتجاه الرياح وحجمها أكثر شيوعًا. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في الأرصاد الجوية.
يوجد حاليًا نوعان من المعدات المستخدمة لمراقبة سرعة الرياح واتجاهها: أحدهما هو مستشعر سرعة الرياح واتجاهها بهيكل ميكانيكي، والآخر هو مستشعر سرعة الرياح واتجاهها الذي يستخدم القياس بالموجات فوق الصوتية؛ يعد هذان المستشعران جهازين شائعين في الحياة اليومية، ما هي أوجه التشابه والاختلاف بينهما، وما إذا كانت هناك مشكلات في الدقة، وكيفية الاختيار. دعونا نستمع إلى المحرر وهو يشرح بالتفصيل:
بادئ ذي بدء، دعونا نتحدث عن سرعة الرياح الميكانيكية ومستشعر اتجاه الرياح. مستشعر سرعة الرياح الميكانيكية ومستشعر اتجاه الرياح ليس كاملاً، وينقسم إلى مستشعر سرعة الرياح ومستشعر اتجاه الرياح:
مستشعر سرعة الرياح
مستشعر سرعة الرياح ذو الهيكل الميكانيكي عبارة عن مستشعر يمكنه قياس سرعة الرياح وحجم الهواء بشكل مستمر (حجم الرياح=سرعة الرياح × مساحة المقطع العرضي). مستشعر سرعة الرياح الأكثر شيوعًا هو مستشعر سرعة الرياح من نوع كأس الرياح. ويقال أن هذا المستشعر تم اختراعه لأول مرة بواسطة روبنسون كروزو في إنجلترا. يتكون جزء القياس من ثلاثة أو أربعة أكواب رياح نصف كروية. يتم تثبيت أكواب الرياح على دعامة دوارة عمودية على الأرض بزوايا متساوية في اتجاه واحد.
مستشعر اتجاه الرياح
يستخدم مستشعر اتجاه الرياح دوران سهم اتجاه الرياح للكشف عن معلومات اتجاه الرياح الخارجية واستشعارها، وينقلها إلى لوحة الكود المحورية، وفي نفس الوقت يقوم بإخراج جهاز مادي يتوافق مع القيم المتعلقة باتجاه الرياح؛ جسمها الرئيسي يعتمد الهيكل الميكانيكي لريشة الرياح. عندما تهب الرياح باتجاه دوارة الريح، عندما تكون ريشة الريح على الذيل، سيشير سهم دوارة الريح إلى اتجاه الريح. ومن أجل الحفاظ على حساسية الاتجاه، يتم أيضًا استخدام آليات داخلية مختلفة لتحديد اتجاه مستشعر سرعة الرياح.
مستشعر سرعة الرياح واتجاهها بالموجات فوق الصوتية
مبدأ عمل الموجات فوق الصوتية هو استخدام طريقة فرق التوقيت بالموجات فوق الصوتية لقياس سرعة الرياح واتجاهها. لأن سرعة انتشار الصوت في الهواء سوف تتراكب مع سرعة تدفق الهواء في اتجاه الريح. إذا انتشرت الموجات فوق الصوتية في نفس اتجاه الريح، فإن سرعتها ستزداد؛ وعلى العكس من ذلك، إذا انتشرت الموجة فوق الصوتية في الاتجاه المعاكس للريح، فسوف تتباطأ سرعتها. لذلك، في ظل ظروف الكشف الثابتة، يمكن أن تتوافق سرعة الموجات فوق الصوتية المنتشرة في الهواء مع وظيفة سرعة الرياح. ويمكن الحصول على سرعة الرياح واتجاهها بدقة من خلال الحساب. وبما أن الموجات الصوتية تنتشر في الهواء، فإن سرعتها تتأثر بدرجة الحرارة بشكل كبير؛ يكتشف مستشعر سرعة الرياح اتجاهين متعاكسين على قناتين، وبالتالي فإن تأثير درجة الحرارة على سرعة الموجات الصوتية لا يكاد يذكر.
خلاصة القول، نظرًا لأن مستشعر اتجاه الرياح ومستشعر سرعة الرياح كلاهما مصممان ميكانيكيًا ولديهما أجزاء دوارة، فإن الحد الأدنى لسرعة الرياح هو حالة البدء قبل المراقبة. إذا كانت سرعة الرياح أقل من قيمة البداية، فلن يتم دفع المروحة أو كوب الرياح للدوران. ولذلك فإن المراقبة غير ممكنة. في المقابل، يوجد مستشعر سرعة الرياح واتجاهها بالموجات فوق الصوتية. الميزة الأكبر لهذا الجهاز هي أنه يمكنه العمل حتى عند سرعة الرياح الصفرية دون بدء سرعة الرياح. وعلى عكس مستشعر سرعة الرياح واتجاهها الميكانيكي، الذي يتطلب جهازين، يجمع المستشعر بالموجات فوق الصوتية بين طريقتين للمراقبة مدمجتين في طريقة واحدة، والكشف والإخراج في نفس الوقت.
ومع التطور السريع لإنترنت الأشياء، هناك طلب متزايد على دقة مراقبة عناصر الأرصاد الجوية. يمكن أن يؤدي استخدام أجهزة استشعار سرعة الرياح واتجاهها بالموجات فوق الصوتية إلى التغلب على أوجه القصور الكامنة في أجهزة استشعار سرعة الرياح واتجاهها الميكانيكية، حتى تتمكن من العمل بشكل طبيعي طوال اليوم ولفترة طويلة. إذا أمكن تخفيض التكلفة في المستقبل، فسيكون ذلك بديلاً قويًا لأجهزة قياس شدة الريح الميكانيكية.
