空間任意方向風(fēng)力監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利在技術(shù)上屬于自然界信息與數(shù)據(jù)檢測技術(shù)，具體屬于空間風(fēng)力信息檢測，即空間風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)一體化監(jiān)測，裝置用于風(fēng)力發(fā)電場空間立體風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)測量并判定，使可依據(jù)用于風(fēng)場選擇最佳位置和最佳高度安裝風(fēng)力發(fā)電機，有效提高風(fēng)力發(fā)電效率。
【背景技術(shù)】
[0002]一片風(fēng)力發(fā)電場通常由多臺風(fēng)力發(fā)電機組成，使達到預(yù)定功率發(fā)電能力；為了提高每臺發(fā)電機的發(fā)電效率，必須使每臺風(fēng)力發(fā)電機在該處受到的風(fēng)力最大，即每臺都工作在主風(fēng)流區(qū)域一一風(fēng)速最大、風(fēng)向最便于利用的區(qū)域；在一片風(fēng)力豐富的空間里，從地面到高空、從山坡到山的峽口，其風(fēng)力分布并不是均勻的，風(fēng)向也不是固定的，而是都有變化；為了利用其發(fā)電，找出并區(qū)別出風(fēng)場的主風(fēng)流和邊際風(fēng)流是非常有必要的；所謂邊際風(fēng)流就是風(fēng)場中靠近主風(fēng)流但風(fēng)力偏小、風(fēng)向相對于主風(fēng)向偏移、或向上、或向下、且常常不穩(wěn)定的風(fēng)流，主風(fēng)流則是風(fēng)場中風(fēng)力強勁、風(fēng)向在一段時間相對穩(wěn)定的風(fēng)流，顯然邊際風(fēng)流處不適合安裝風(fēng)力發(fā)電機，以免發(fā)電效率低；主風(fēng)流空間區(qū)域才發(fā)電效率高，才是優(yōu)先用于風(fēng)力發(fā)電的區(qū)域。這樣，在一個空間風(fēng)場中哪些區(qū)域是主流風(fēng)場、哪些區(qū)域是邊際風(fēng)流風(fēng)場，是非常有必要調(diào)查清楚的。截至目前為止，社會上可測風(fēng)向的裝置主要測量平行于地面的或東或西或南或北風(fēng)向，缺少一種有效的同時可測向上或向下風(fēng)向、即可測任意方向風(fēng)速的裝置，用以劃分并確定風(fēng)場內(nèi)主風(fēng)流區(qū)域和邊際風(fēng)流區(qū)域。
[0003]申請?zhí)枮?01110152515.x的發(fā)明專利《一種風(fēng)速風(fēng)向測試裝置》，該裝置在風(fēng)向球中心使用了一根固定的中心軸，使得其只能測量水平的風(fēng)向，測量不出在空間向上或向下變動的風(fēng)向，測量結(jié)果會誤導(dǎo)風(fēng)力發(fā)電機的定位和安裝，因為它測出的風(fēng)力可能是向上或向下風(fēng)流分解的風(fēng)力。
[0004]申請?zhí)枮?011101483956的發(fā)明專利《超聲波風(fēng)速風(fēng)向儀》，其使用2對收發(fā)的超聲波，雖能測出風(fēng)速但實際測不準(zhǔn)，因為風(fēng)波對超聲波有干擾和影響，且由于風(fēng)向是變化的使得它對超聲波的影響不可預(yù)估和修正，使得測量的風(fēng)速不可信；該裝置的結(jié)構(gòu)有限制，實際測不出向上向下空間角度有變化的風(fēng)向，對平行于地面向左向右變化的風(fēng)向?qū)嶋H也測不準(zhǔn)。
[0005]申請?zhí)枮?012100388268的發(fā)明專利《基于偏轉(zhuǎn)角度監(jiān)測的單方向風(fēng)壓監(jiān)測裝置》，裝置依靠重力板受風(fēng)偏轉(zhuǎn)給出角度的方法實際測不準(zhǔn)轉(zhuǎn)角，因為垂板具有重力使影響風(fēng)力的作用，同時板子偏轉(zhuǎn)以后接收風(fēng)力的作用本身被分解而變小了，這是非線性關(guān)系，難于修正；再說只測量單方向風(fēng)壓不能說明風(fēng)力性狀。
[0006]申請?zhí)枮?013106659751的發(fā)明專利《壓強感應(yīng)式風(fēng)力監(jiān)測器》，它是靠4個方向相互垂直的應(yīng)變片受力來分析風(fēng)力情況，應(yīng)變片本身是固定的，使到達應(yīng)變片表面的風(fēng)力受到影響，所以測不準(zhǔn)實際風(fēng)力；該裝置由于結(jié)構(gòu)的限制更測不準(zhǔn)風(fēng)向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種空間任意方向風(fēng)力監(jiān)測裝置，使得可以測量任意立體空間中隨時任意變化的風(fēng)力(風(fēng)向和風(fēng)速)，使得利用該裝置可以發(fā)現(xiàn)任意風(fēng)場中風(fēng)力的變化性狀和空間風(fēng)流分布，使得最合理確定風(fēng)力發(fā)電機安裝位置和安裝高度，最能充分利用風(fēng)力以提尚發(fā)電效率。
[0008]這種空間任意方向風(fēng)力監(jiān)測裝置，它包括:球形外罩1、中心轉(zhuǎn)葉2、測量單元4、無線通信單元5、電源6 ;所述監(jiān)測裝置外部形體采用球形結(jié)構(gòu)，中心轉(zhuǎn)葉2在球形外罩I內(nèi)部立體空間內(nèi)可隨風(fēng)幾乎任何方向轉(zhuǎn)動，以測量空間每個瞬時任意方向風(fēng)力；其中測量單元4包括主處理器41和數(shù)據(jù)接口單元42，主處理器41還連接無線通信單元5，電源6向所述監(jiān)測裝置各部分電路供電。
[0009]所述的監(jiān)測裝置中球形外罩I是一種圓球形柵格結(jié)構(gòu)，沿球形表面瑋向使用18根筋11組成9個圓周，每相鄰2根筋間按20°夾角均勻分布；沿球形表面中部經(jīng)向使用一根筋12 ;瑋向筋都相對均勻地固定連接到經(jīng)向筋上；在每根瑋向筋上都等間隔分布著朝向球心的共8個微型空心圓柱體13，全球共146個圓柱體，其中2個公共，每個圓柱體都內(nèi)置I只金屬小彈簧和I只小鋼珠14。
[0010]監(jiān)測裝置中所述中心轉(zhuǎn)葉2厚度21不小于外球半徑的1/2，轉(zhuǎn)葉上有按120°的3個分叉，各分叉上都有一個半球狀窩22，三個窩口方向按圓周一致；半球狀窩的半徑與轉(zhuǎn)葉厚度相當(dāng)、轉(zhuǎn)葉厚度擬大于瑋向筋的一個間隔；轉(zhuǎn)葉端部呈局部球面形狀，在三個端部球面中心各緊貼一個直徑小于相鄰瑋向筋間隔的金屬圓片23，使可耐受轉(zhuǎn)葉高速轉(zhuǎn)動時對圓柱體13中鋼珠的摩擦；三個端部金屬片之間有電氣連接，且與瑋向筋上各個圓柱體能動態(tài)接觸并電氣導(dǎo)通。
[0011]所述監(jiān)測裝置中球形外罩的18根瑋向筋，在每根筋內(nèi)側(cè)開漕均勻分布預(yù)置7個電阻，18根筋中電阻都使用不同的阻值；每根筋各電阻都串聯(lián)，一直向下連接測量單元4的數(shù)據(jù)接口單元42。
[0012]所述的監(jiān)測裝置還包括測量單元4的數(shù)據(jù)接口單元42電氣上順序連接瑋向每一根筋中電阻串聯(lián)線，使采集該線有關(guān)點直流電平；主處理器41從數(shù)據(jù)接口單元42接收數(shù)據(jù)后處理得出具體風(fēng)速和風(fēng)向再交給無線通信單元5，無線通信單元5按本地短程無線通信方式將所述監(jiān)測裝置在線監(jiān)測的風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)發(fā)向所在風(fēng)場的集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。此處集中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)請參考本文作者申請?zhí)枮?01410531673.X的發(fā)明專利《一種風(fēng)場立體風(fēng)流空間分布監(jiān)測系統(tǒng)》。
[0013]所述的監(jiān)測裝置，其中測量風(fēng)速是依靠計數(shù)轉(zhuǎn)葉每秒轉(zhuǎn)數(shù)來完成，測量單元4隨時可以啟動一個時間段的計數(shù)開始和計數(shù)結(jié)束，從而完成風(fēng)速計算，只要把轉(zhuǎn)數(shù)乘以轉(zhuǎn)葉窩心圓周長、再乘以修正系數(shù)即可。修正系數(shù)在裝置調(diào)試時反復(fù)測量確定。
[0014]所述的監(jiān)測裝置，其中測量風(fēng)向基于水平經(jīng)線的圓周和垂直經(jīng)線平面的瑋線來定標(biāo)，確定正北方向的瑋線編號為0，西向另外7根瑋線按逆時針順次定號為I?7 ;正南方向的瑋線編號為-0，東向7根瑋線逆時針順次編號為-1?-7 ;如此則正西向的瑋線編號4-5，正東向的瑋線編號-4-5 ;所述監(jiān)測裝置由這些編號表示風(fēng)向。
[0015]所述的監(jiān)測裝置，其中采取2級措施測量風(fēng)向，第一級使用球形外罩頂部的風(fēng)向標(biāo)判定水平風(fēng)向的南北風(fēng)、東西風(fēng)；第二級由所述監(jiān)測裝置中心轉(zhuǎn)葉2與瑋線筋接觸的節(jié)點位置精細(xì)測量確定空間風(fēng)力的任意方向。
[0016]所述監(jiān)測裝置中電源6采取太陽能方式供電，由鋰電池儲存充電電能，該電源內(nèi)部電路具有自適應(yīng)太陽光強弱控制充電與放電作用。
[0017]由上述說明可知本監(jiān)測裝置可用于擬建風(fēng)力發(fā)電場空間立體風(fēng)速風(fēng)向測量，也可用于已建風(fēng)力發(fā)電場對風(fēng)機處風(fēng)速風(fēng)向的核定，尤其是可測出一定時間段內(nèi)風(fēng)場某位置的準(zhǔn)確風(fēng)向和風(fēng)速，其中風(fēng)向可測出水平方向的變化和垂直方向的變化，是迄今為止其它風(fēng)力測量裝置都不具備的。
【附圖說明】
[0018]圖1示出本發(fā)明空間任意風(fēng)向風(fēng)速監(jiān)測裝置的外形與組成；
[0019]圖2示出所述監(jiān)測裝置中轉(zhuǎn)葉的形狀和結(jié)構(gòu)；
[0020]圖3示出18根電阻線及測量單元的組成與連接；
[0021]圖4示出平行地面的風(fēng)向標(biāo)；
[0022]圖5示出中心轉(zhuǎn)葉平行于地面時與18根筋的連接位置之一。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明的空間任意方向風(fēng)力監(jiān)測裝置整體如圖1所示，做成了一個球形，外罩是柵格狀結(jié)構(gòu)，可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)葉置于球罩內(nèi)部；外罩球形表面瑋向使用18根瑋向筋條11組成9個圓周，每相鄰2根筋間按20°夾角均勻分布；沿球形表面中部經(jīng)向使用一根筋12 ;瑋向筋都相對均勻地固定連接到經(jīng)向筋上；每根瑋向經(jīng)條上等間隔分布著朝向球心的共8個微型空心圓柱體13，全球共146個圓柱體，其中2個公共，每個圓柱體都內(nèi)置I只金屬小彈簧和I只小鋼珠14，這些筋條通過圓柱體對內(nèi)部轉(zhuǎn)葉起活動支撐作用；由于小鋼珠在圓柱體端口處可轉(zhuǎn)動，使得整個轉(zhuǎn)葉在球罩內(nèi)部既被支撐又可被風(fēng)吹得任意轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動阻力很小，有效感知現(xiàn)場的任意風(fēng)向。
[0024]圖2所示裝置中心轉(zhuǎn)葉的形狀與結(jié)構(gòu)，為了使轉(zhuǎn)葉能很好受到風(fēng)力而轉(zhuǎn)動，特把葉翅做成半球窩狀，3個轉(zhuǎn)葉的球窩葉翅按圓周120°連接，3個窩口到窩心的方向從轉(zhuǎn)動意義上來說是一致的，使任何方向的來風(fēng)都可推動轉(zhuǎn)葉轉(zhuǎn)動。監(jiān)測裝置中所述轉(zhuǎn)葉2厚度21不小于外球半徑的1/2，轉(zhuǎn)葉上有按120°的3個分叉，各分叉上都有一個半球狀窩22 ；半球狀窩的半徑與轉(zhuǎn)葉厚度相當(dāng)、轉(zhuǎn)葉厚度擬大于瑋向筋的一個間隔。
[0025]為了使轉(zhuǎn)葉在球罩內(nèi)轉(zhuǎn)動滑溜，轉(zhuǎn)葉的三個端部做成局部球面形狀，球面弧度與球罩弧度完全一致。
[0026]本裝置完全依靠中心轉(zhuǎn)葉受風(fēng)轉(zhuǎn)動來感知空間點位上的風(fēng)力速度和風(fēng)力方向，這就要測取轉(zhuǎn)葉每個瞬時在球罩內(nèi)的轉(zhuǎn)動位置和轉(zhuǎn)動方向，這里特地采取了三個方面的措施:
[0027]①在中心轉(zhuǎn)葉三個端部中央各緊貼一個直徑小于相鄰瑋向筋間隔的金屬圓片23，依靠金屬圓片與筋上圓柱體接觸，使可耐受轉(zhuǎn)葉高速轉(zhuǎn)動時對圓柱體13中鋼珠的摩擦；三個端部金屬片之間有電氣連接，且與瑋向筋上各個圓柱體能動態(tài)接觸并電氣導(dǎo)通。金屬圓片直徑小于相鄰2根瑋線筋在經(jīng)線上的距離，達到既不聯(lián)通2個相鄰的圓柱體，又使在轉(zhuǎn)動過程中對單個圓柱體接觸有一定時間長度；
[0028]②在每根瑋向筋內(nèi)側(cè)置7個相串聯(lián)的電阻，電阻連接處都固定I個圓柱體；使得當(dāng)轉(zhuǎn)葉轉(zhuǎn)動經(jīng)過這個圓柱體時，金