基于MEMS技术无线网络风力传感器的研制

研制了一种严酷环境下使用的无线网络测风传感器,传感器由微型风速芯片、电子罗盘和主控及旋转部件构成。微型风速芯片基于拖动力及热式原理设计、采用Micro Electro Mechanical System(MEMS)技术制作而成,由微型风速芯片和电子罗盘通过感应数据配合获得所测风的瞬时风速和风向信息,气象监测环境风传感器具体工作过程,其无线主控部件接收到测试命令后,采用旋转部件将微型风速芯片旋转一周,通过对比各时刻输出信息获得max值,由风速芯片与电子罗盘解析该时刻的数据即为所测的风速和风向信息,最后由负责传输的部件传输出去。经初步测试,本设计特别适合用在高山、森林等环境恶劣的无线网络气象检测站。     

地面风传感器加热装置设计及试验研究

在冬季雨雪、冻雨、雨凇和雾凇等天气现象发生时,自动气象站风传感器转动部件容易发生冻结,造成风向风速观测数据缺测。为解决风传感器冻结的问题,设计一种基于分级加热技术的风传感器加热装置,采用多级加热元件组合控制的方式,实现自适应启动不同级别的加热模式。通过试验对风传感器加热装置性能进行测试,以及对风向风速观测数据进行处理分析,评估风传感器加热装置在气象观测业务中应用的可行性。结果表明,带有加热装置的风传感器起到了很好的防冻结作用,运行更加稳定;带有加热装置的风向风速数据完整性优于未带有加热装置的风传感器,两者风速具有较强的相关性,相关系数均在95%以上;两者风向一致性显著,均在80%以上,十分钟风向一致性优于两分钟风向一致性。可见,风传感器加热装置可有效减少风传感器冻结发生的次数,及时消除结冰层,降低观测人员设备维护工作量,提高风传感器运行的稳定性和数据的连续性,为风传感器加热装置应用于气象观测业务提供决策支撑。     

具有自定方位功能测风传感器的研究

在原有风速风向传感器基础上,研究介绍了一种具有自定方位功能的新型测风传感器的工作原理和传感器的结构。通过芯片HMC1052的引入测量方位角,进而实现自定方位的功能。     

风向分辨率及零位误差对船舶真风解算误差影响研究

航行中船舶直观给出的传感器实测相对风，需结合航速航向等运用矢量运算法则才能计算出真风。本文通过定量分析风速风向传感器零位安装误差对真风解算的影响，建立了传感器风向分辨率与零位安装误差对真风解算的误差传递模型。研究结果表明，风速风向传感器的零位安装精度5°以内的风向分辨率对真风计算的结果影响不大，但叠加传感器的零位安装误差后，尤其是正向误差（安装误差在11°以上），在高航速高真风的情况下，能达到30%以上的误差。要提高真风解算的准确性，还须严格控制传感器的零位安装精度。     

双经纬仪测风在L波段测风雷达迁移的数据评估应用

利用双经纬仪基线测风是L波段测风雷达迁移进行数据评估的重要方法之一,本文通过榆中国家基准气候站L波段测风雷达迁移,利用双经纬仪在2020年4月7日-4月30日进行近地层高空观测,对各时次新、旧址仰角、方位角、量得风层风向、风速依次进行的数据比对、分析评估,得出榆中国家基准气候站L波段测风雷达迁移后数据资料完整一致.     

一种新型手持式测风装置

介绍了一种手持式测风装置,其内部三轴加速度传感器用来测量船舶的横摇及纵摇摆信息,并通过相关算法来修正测量的风速风向值,利用内部GPS模块中航速、航向信息与测量的合成风通过矢量运算得出真风速、真风向,气压模块与电子罗盘模块可以给用户提供不同的参数信息,为用户的使用提供了极大方便。     

手持式超声波风向风速仪动态比对试验方法研究

本文分析了气象设备鉴定工作中采用动态比对试验的原因，其数据特性及处理原则和目的，研究了超声波测风速风向原理，工作特点．设计了手持式超声波风速风向仪动态比对试验方法。     

三维超声阵列风速风向测量方法

针对传统时差法测风精度受超声波传播时间测量精度直接影响的问题,提出了一种基于空间超声波传感器阵列及波束形成算法的三维风参数测量方法。使用一种新的一发多收的空间超声波传感器阵列结构,利用波束形成算法空域滤波,实现了增强期望信号、抑制干扰、提高测风精度的效果,仿真实验结果表明:在信噪比为5 dB时,所提方法几乎能达到100%的测量成功率,且信噪比越大,测量成功率越高,均方根误差越小。搭建了硬件实验平台对所提测风方法进行实验验证,结果表明:在允许结构误差和设备误差的前提下,所测风洞中的风速为6.363 7 m/s,与机械式测风仪所测结果6.443 m/s仅相差0.079 3 m/s,初步验证了所提方法的工程可行性。所提方法可为测风方法的探索提供一种新思路。     

冷却塔群间“狭管效应”对风速影响的统计分析

为研究群体高层对风速风向的影响,以与群体高层类似的嘉峪关酒钢电厂冷却塔群为例,在电厂冷却塔群附近及空旷地带设立2个测风塔,进行风速、风向对比观测,研究冷却塔群间"狭管效应"对风速风向的影响。数据分析表明,冷却塔群的存在使10 min平均风速降低,但是对2 s瞬时风速影响不大,同时2 s最大风速与10 min平均风速比值增大。     

利用风向风速观测数据的跑道方向确定方法

为提高机场跑道方向确定方法的准确性,针对传统风保障率计算方法中基于风向风速统计分段数据绘制风玫瑰图所存在的误差,提出直接利用风向风速观测数据对跑道所承受的侧风值进行计算,通过与机场跑道所允许的最大侧风值比较,统计满足要求的风向风速观测数据,最终确定最优跑道方向和风保障率的改进方法。通过MATLAB编程建立改进后风保障率数值计算模型,可直接利用风向风速观测数据,确定最优跑道方向;然后利用改进后数值模型计算特定跑道方向下风保障率值,并与传统跑道方向确定方法及其他数值模拟方法计算结果进行对比,进一步验证了改进后的跑道方向确定方法的准确性和可靠性。     

对流层风廓线雷达资料质量分析

为了检验对流层风廓线雷达观测数据的准确性,利用2014年6-7月咸宁的对流层风廓线雷达和GPS移动探空资料,以GPS探空观测值为参考,对对流层风廓线雷达的观测质量进行对比分析,定义两者风向偏差在15°以内或风速偏差在3m/s以下的样本为有效样本,通过比较有效样本占总样本数的比值来判断风向和风速数据的质量。结果表明:降水量对风场影响不明显,风速和风向有效样本数的变化不同,比较时段内,风向数据的质量优于风速,降水提高了风向数据的质量;1~10km高度,风向数据的质量较好,而降水将提高该数据的质量;8km高度以下,风速数据的质量较好,降水对该数据的质量起反效果。总体来说,除近地层(1km以下)外,风速值越大,风向数据的质量越好,降水对高层风向数据的质量有正贡献。     

基于激光雷达的风力机偏航误差纠正策略研究

本文在分析了现有测风系统不足的基础上,通过风洞实验验证了不同入射角来流风速对风速仪测风的影响,证明了现有风速测量的不准确性。在此基础上提出了激光雷达风轮前方测风系统,根据电量损失的百分比和偏航误差的余弦平方关系曲线,通过在风电场安装激光雷达,收集激光雷达和现有测风系统(机舱后方气象架和测风塔)的风况数据,对数据进行相关性及拟合分析,得出现有测风系统所测量风向的偏差值。通过在人机界面(HMI)中修正此偏差值可以减少功率损失。     

基于激光雷达的风力机偏航误差纠正策略

在分析了现有测风系统不足的基础上,通过风洞实验验证了不同入射角来流风速对风速仪测风的影响,证明了现有风速测量的不准确性。在此基础上提出了激光雷达风轮前方测风系统,根据电量损失的百分比和偏航误差的余弦平方关系曲线,通过在风电场安装激光雷达,收集激光雷达和现有测风系统(机舱后方气象架和测风塔)的风况数据,对数据进行相关性及拟合分析,得出现有测风系统所测量风向的偏差值。通过在人机界面(HMI)中修正此偏差值可以减少功率损失。     

基于 MVDＲ 波束形成算法的风速风向测量方法

为更好地抑制传统测风方法中噪声的问题,提出了基于 MVDＲ( Minimum Variance Distortioniess Ｒesponse) 波束形成算法,结合一种特殊的弧形阵列的测风研究方法,通过使用四元超声波传感器弧形阵列结构获得冗余空间采样信息,并将阵列所接收信息进行最小方差无畸变响应的波束形成算法处理,从而估计待测的风速风向信息。仿真结果表明,该方法可实现对风速 0 ～ 60 m/s 与风向角 0 ～ 359°的估计,可实现对风速以及风向的准确测量。     

多普勒雷达VAD技术扩展的误差分析

从理论上给出了扩展VAD相对于VAD的误差解析表达式,证明谐波分析方法可从半圆资料中精确地求出一阶富氏系数,因此半圆VAD方法计算出的大尺度风向风速和VAD方法有相同的精度。用1/3圆资料拟合简谐曲线所计算出的风向风速相对于VAD方法存在误差,其大小和简谐曲线的初位相有关,风向误差为0～27°、风速相对误差为0～0.4。理想简谐分布离散数据的模拟实验表明,TVAD的风向平均误差为16°、风速为0.27,与常规测风的误差相近。实际多普勒速度廓线的拟合实验说明半圆VAD技术和TVAD技术所拟合出的简谐曲线可以反映其所代表区域的风场大尺度特征。     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

两种测风仪的动态比对试验及分析

针对超声波测风仪的不断应用,在自然风场条件下实施了超声波测风仪和现有自动气象站机械旋转式测风仪的动态比对试验。通过对风向风速的采集数据进行处理分析,总结了超声波测风仪和机械旋转式测风仪的动态性能。试验结果表明,2种测风仪的2,10min平均值可比较性偏差小于瞬时值;随着风速的增大,风速值的可比较性系统偏差向负向漂移,风速值的标准偏差增大,风向值的标准偏差减小。造成2种测风仪测量结果差异的原因主要是系统惯性特征、风场的自身湍流特性以及测风仪结构的不同造成流场特性的变异。     

风电场风况无线数据采集系统的研制

讨论了研制一套风电场风况无线数据采集系统的基本原理和电路设计 .在分析了风电场风况特性、风速和风向传感器及无线数据传输模块工作原理的基础上 ,设计了风电场无线风况数据采集系统主机模块和从机模块的硬件电路和软件 ,采集了实际来流风速、风向的数据     

基于卡尔曼滤波的舰船传感器信号的小波阈值去噪

采用小波去噪中的阈值方法对舰船传感器的量测信息进行了去噪处理,从而降低了量测信息中噪声对卡尔曼滤波精度的影响.通过对实测船位数据的仿真,并与GPS船位数据比对,证明该方法有效地提高了卡尔曼滤波的估计精度,也使航行曲线更加地“光滑”.     

基于遗传算法的空调风系统突发污染快速溯源

为了在空调风系统内突发污染发生的短时间内辨识到污染源,进而采取相应的应急措施保障室内人员安全,建立了不同污染场景下的风系统传感器模拟浓度数据库,基于遗传算法,以传感器模拟计算浓度与实测浓度差的平方为适应度函数,研究了风系统采用不同的传感器数目、不同的传感器监测位置与时间、传感器性能参数变化及节点间距对反演结果总平均相对误差(ξ)的影响.算例结果表明:针对某一特定风系统,经位置优化后的传感器数目越多,ξ越小,同时考虑ξ的降低幅度及传感器成本,该风系统内宜设置3个传感器;在三传感器系统条件下,溯源计算收敛子代数少且收敛时间短(5s),可实现快速溯源;传感器监测位置与首次监测到污染物的时间对溯源误差的作用是耦合的,传感器监测误差对源位置x0反演没有影响,而传回数据时间间隔越大,源位置x0反演相对误差越大;最后风系统内节点总数存在一个适当范围兼顾全局寻优及降低计算负荷的作用.