หลักการและการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลม

ในสภาพแวดล้อมปัจจุบัน ปัญหาการขาดแคลนทรัพยากรและความเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมกลายเป็นปัญหาสำคัญทั่วประเทศ การพัฒนาและใช้พลังงานหมุนเวียนอย่างสมเหตุสมผลกลายเป็นประเด็นร้อนที่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง พลังงานลมในฐานะพลังงานหมุนเวียนที่ปราศจากมลพิษมีศักยภาพในการพัฒนาอย่างมาก อุตสาหกรรมพลังงานลมได้กลายเป็นสาขาพลังงานใหม่ที่มีศักยภาพและการพัฒนาที่ก้าวหน้าอย่างมาก ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมและเซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายเช่นกัน

ประการแรก การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ความเร็วและทิศทางลม
เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตพลังงานลม พลังงานจลน์ของลมจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์กล จากนั้นพลังงานกลจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ไฟฟ้า ซึ่งก็คือพลังงานลม หลักการผลิตพลังงานลมคือการใช้ลมขับเคลื่อนใบพัดของกังหันลม จากนั้นจึงเพิ่มความเร็วในการหมุนผ่านตัวลดความเร็วเพื่อกระตุ้นให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้า
แม้ว่ากระบวนการผลิตพลังงานลมจะเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง แต่การผลิตพลังงานลมที่ขาดเสถียรภาพทำให้ต้นทุนการผลิตพลังงานลมสูงกว่าการผลิตพลังงานประเภทอื่น ดังนั้น เพื่อควบคุมพลังงานลมให้มีประสิทธิภาพ สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของลมเพื่อให้ได้กำลังการผลิตไฟฟ้าตามขีดจำกัด และลดต้นทุน เราจึงจำเป็นต้องวัดทิศทางและความเร็วลมอย่างแม่นยำและทันท่วงที เพื่อควบคุมพัดลมให้เหมาะสม นอกจากนี้ การเลือกสถานที่ตั้งฟาร์มกังหันลมยังจำเป็นต้องมีการคาดการณ์ความเร็วและทิศทางลมล่วงหน้า เพื่อใช้เป็นพื้นฐานในการวิเคราะห์อย่างสมเหตุสมผล ดังนั้น การใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมเพื่อวัดค่าพารามิเตอร์ลมอย่างแม่นยำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตพลังงานลม

ประการที่สอง หลักการของเซ็นเซอร์ความเร็วและทิศทางลม
1. เซ็นเซอร์ความเร็วและทิศทางลมเชิงกล
เซ็นเซอร์ความเร็วและทิศทางลมเชิงกล เนื่องจากมีเพลาหมุนเชิงกล จึงแบ่งอุปกรณ์ออกเป็น 2 ประเภท คือ เซ็นเซอร์ความเร็วลมและเซ็นเซอร์ทิศทางลม
เซ็นเซอร์ความเร็วลม
เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบกลไกคือเซ็นเซอร์ที่สามารถวัดความเร็วลมและปริมาตรอากาศได้อย่างต่อเนื่อง (ปริมาตรอากาศ = ความเร็วลม × พื้นที่หน้าตัด) เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมที่พบเห็นได้ทั่วไปคือเซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบถ้วยลม ซึ่งกล่าวกันว่าคิดค้นโดยโรบินสันในสหราชอาณาจักรเป็นครั้งแรก ส่วนวัดประกอบด้วยถ้วยลมทรงครึ่งวงกลมสามหรือสี่ใบ ซึ่งติดตั้งในทิศทางเดียวในมุมที่เท่ากันบนตัวยึดแบบหมุนบนพื้นแนวตั้ง
เซ็นเซอร์ทิศทางลม
เซ็นเซอร์ทิศทางลมเป็นอุปกรณ์ทางกายภาพชนิดหนึ่งที่ตรวจจับและรับรู้ข้อมูลทิศทางลมโดยการหมุนลูกศรทิศทางลม และส่งข้อมูลไปยังหน้าปัดรหัสโคแอกเซียล และส่งออกค่าที่เกี่ยวข้องกับทิศทางลมที่สอดคล้องกันในเวลาเดียวกัน ตัวเครื่องหลักใช้โครงสร้างเชิงกลแบบเดียวกับใบพัด เมื่อลมพัดผ่านปีกหางของใบพัด ลูกศรของใบพัดจะชี้ไปยังทิศทางลม เพื่อรักษาความไวต่อทิศทาง จึงมีกลไกภายในที่แตกต่างกันเพื่อระบุทิศทางของเซ็นเซอร์ความเร็วลม
2. เซ็นเซอร์ความเร็วและทิศทางลมอัลตราโซนิก
หลักการทำงานของคลื่นอัลตราโซนิกคือการใช้เทคนิคความแตกต่างของเวลาอัลตราโซนิกเพื่อวัดความเร็วและทิศทางลม เนื่องจากความเร็วที่เสียงเดินทางผ่านอากาศจะถูกซ้อนทับด้วยความเร็วของอากาศที่ไหลขึ้นจากลม หากคลื่นอัลตราโซนิกเดินทางไปในทิศทางเดียวกับลม ความเร็วของคลื่นจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน หากทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกตรงข้ามกับทิศทางลม ความเร็วของคลื่นอัลตราโซนิกจะลดลง ดังนั้น ภายใต้สภาวะการตรวจจับคงที่ ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในอากาศจึงสอดคล้องกับฟังก์ชันความเร็วลม การคำนวณหาความเร็วและทิศทางลมที่แม่นยำสามารถทำได้ เมื่อคลื่นเสียงเดินทางผ่านอากาศ ความเร็วของคลื่นเสียงจะได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิ เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมจะตรวจจับสองทิศทางที่ตรงกันข้ามกันในสองช่องสัญญาณ ดังนั้นอุณหภูมิจึงมีผลต่อความเร็วของคลื่นเสียงเพียงเล็กน้อย
เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมและทิศทางลมเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการพัฒนาพลังงานลม ส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพการผลิตไฟฟ้าของพัดลม และยังส่งผลโดยตรงต่อผลกำไร ความสามารถในการทำกำไร และความพึงพอใจของอุตสาหกรรมพลังงานลม ปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังงานลมส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมธรรมชาติที่แห้งแล้ง อุณหภูมิต่ำ ฝุ่นละอองหนาแน่น อุณหภูมิการทำงานและความต้านทานการดัดงอของข้อกำหนดของระบบค่อนข้างสูง ผลิตภัณฑ์ทางกลที่มีอยู่ในปัจจุบันยังขาดคุณสมบัติในส่วนนี้อยู่บ้าง ดังนั้น เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมและทิศทางลมแบบอัลตราโซนิคจึงอาจมีโอกาสนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมพลังงานลม