หลักการและการประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลม

ในสภาพแวดล้อมปัจจุบัน การขาดแคลนทรัพยากรและการเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมได้กลายเป็นปัญหาสำคัญทั่วประเทศ การพัฒนาและการใช้พลังงานหมุนเวียนอย่างเหมาะสมจึงกลายเป็นประเด็นร้อนที่ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง พลังงานลมเป็นพลังงานหมุนเวียนที่ไม่ก่อให้เกิดมลพิษ มีศักยภาพในการพัฒนาสูง อุตสาหกรรมพลังงานลมได้กลายเป็นสาขาพลังงานใหม่ที่มีความเติบโตและมีแนวโน้มการพัฒนาที่ดีมาก ในขณะเดียวกัน เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมและเซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเช่นกัน

ประการแรก การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลม
เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลม พลังงานจลน์ของลมจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์เชิงกล จากนั้นพลังงานเชิงกลจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ไฟฟ้า ซึ่งก็คือพลังงานลม หลักการของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานลมคือการใช้ลมในการขับเคลื่อนให้ใบพัดกังหันลมหมุน จากนั้นเพิ่มความเร็วในการหมุนผ่านตัวลดความเร็วเพื่อกระตุ้นให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตกระแสไฟฟ้า
แม้ว่ากระบวนการผลิตพลังงานลมจะเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมอย่างยิ่ง แต่ความไม่เสถียรของการผลิตพลังงานลมทำให้ต้นทุนการผลิตสูงกว่าการผลิตพลังงานประเภทอื่น ดังนั้น เพื่อควบคุมพลังงานลมให้มีประสิทธิภาพ ปรับให้สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของลมเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุดและลดต้นทุน เราจึงต้องวัดทิศทางและความเร็วลมอย่างแม่นยำและทันท่วงที เพื่อควบคุมกังหันลมให้เหมาะสม นอกจากนี้ การเลือกสถานที่ตั้งฟาร์มกังหันลมยังต้องมีการคาดการณ์ความเร็วและทิศทางลมล่วงหน้า เพื่อเป็นพื้นฐานในการวิเคราะห์ที่สมเหตุสมผล ดังนั้น การใช้เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมเพื่อวัดพารามิเตอร์ลมอย่างแม่นยำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการผลิตพลังงานลม

ประการที่สอง หลักการทำงานของเซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลม
1. เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมแบบกลไก
เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมแบบกลไก เนื่องจากมีเพลาหมุนเชิงกล จึงแบ่งออกเป็นสองประเภท คือ เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมและเซ็นเซอร์วัดทิศทางลม:
เซ็นเซอร์วัดความเร็วลม
เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบกลไกเป็นเซ็นเซอร์ที่สามารถวัดความเร็วลมและปริมาตรอากาศ (ปริมาตรอากาศ = ความเร็วลม × พื้นที่หน้าตัด) ได้อย่างต่อเนื่อง เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมที่พบได้ทั่วไปคือเซ็นเซอร์วัดความเร็วลมแบบถ้วยวัดลม ซึ่งกล่าวกันว่าโรบินสันเป็นผู้คิดค้นเป็นคนแรกในประเทศอังกฤษ ส่วนประกอบการวัดประกอบด้วยถ้วยวัดลมทรงครึ่งวงกลมสามหรือสี่อัน ซึ่งติดตั้งในทิศทางเดียวกันในมุมที่เท่ากันบนขายึดแบบหมุนได้บนพื้นแนวตั้ง
เซ็นเซอร์วัดทิศทางลม
เซ็นเซอร์วัดทิศทางลมเป็นอุปกรณ์ทางกายภาพชนิดหนึ่งที่ตรวจจับและรับรู้ข้อมูลทิศทางลมโดยการหมุนของลูกศรบอกทิศทางลม แล้วส่งข้อมูลไปยังหน้าปัดรหัสโคแอกเซียล และแสดงค่าที่เกี่ยวข้องกับทิศทางลมในเวลาเดียวกัน ตัวเครื่องหลักใช้โครงสร้างทางกลของใบพัดวัดทิศทางลม เมื่อลมพัดไปที่ปีกท้ายของใบพัด ลูกศรของใบพัดจะชี้ไปในทิศทางของลม เพื่อรักษาความไวต่อทิศทาง จึงมีการใช้กลไกภายในที่แตกต่างกันเพื่อระบุทิศทางของเซ็นเซอร์วัดความเร็วลมด้วย
2. เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมแบบอัลตราโซนิค
หลักการทำงานของคลื่นอัลตราโซนิกคือการใช้ความแตกต่างของเวลาอัลตราโซนิกในการวัดความเร็วและทิศทางลม เนื่องจากความเร็วที่เสียงเดินทางผ่านอากาศนั้นจะถูกซ้อนทับด้วยความเร็วของกระแสลมที่พัดขึ้น หากคลื่นอัลตราโซนิกเดินทางไปในทิศทางเดียวกับลม ความเร็วของคลื่นจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน หากทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกตรงข้ามกับทิศทางลม ความเร็วของคลื่นจะลดลง ดังนั้น ภายใต้เงื่อนไขการตรวจจับที่คงที่ ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นอัลตราโซนิกในอากาศสามารถสอดคล้องกับฟังก์ชันความเร็วลมได้ และสามารถคำนวณหาความเร็วและทิศทางลมที่แม่นยำได้ เนื่องจากคลื่นเสียงเดินทางผ่านอากาศ ความเร็วของคลื่นจึงได้รับผลกระทบอย่างมากจากอุณหภูมิ เซ็นเซอร์วัดความเร็วลมตรวจจับสองทิศทางตรงกันข้ามบนสองช่องสัญญาณ ดังนั้นอุณหภูมิจึงมีผลกระทบต่อความเร็วของคลื่นเสียงน้อยมาก
เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมเป็นส่วนสำคัญที่ขาดไม่ได้ในการพัฒนาพลังงานลม ส่งผลโดยตรงต่อความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพการผลิตพลังงานของพัดลม และยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับผลกำไร ความสามารถในการทำกำไร และความพึงพอใจของอุตสาหกรรมพลังงานลม ปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังงานลมส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติที่ทุรกันดาร อุณหภูมิต่ำ มีฝุ่นละอองมาก อุณหภูมิในการทำงานและความต้านทานการดัดงอของระบบมีความต้องการสูงมาก ผลิตภัณฑ์เชิงกลที่มีอยู่ยังขาดประสิทธิภาพในด้านนี้อยู่บ้าง ดังนั้น เซ็นเซอร์วัดความเร็วและทิศทางลมแบบอัลตราโซนิคจึงมีศักยภาพในการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมพลังงานลม