風(fēng)向風(fēng)速傳感器的原理

1概述

在航空氣象服務(wù)中，風(fēng)向、風(fēng)速是飛機(jī)起降過程中不可缺少的一個(gè)重要?dú)庀笠?，?shù)據(jù)的準(zhǔn)確與否，直接影響飛行安全。昆明機(jī)場(chǎng)使用AWOS2000自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)包含風(fēng)向、風(fēng)速在內(nèi)的12個(gè)氣象要素進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，為飛行和空管保障提供了常規(guī)和光學(xué)類的本場(chǎng)氣象數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)中，在跑道南北各有一套風(fēng)向、風(fēng)速傳感器對(duì)兩端的風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，保障風(fēng)傳感器的正常有效運(yùn)行，是自動(dòng)氣象觀測(cè)系統(tǒng)維護(hù)工作的重要內(nèi)容之一。

2風(fēng)傳感器的原理和結(jié)構(gòu)

風(fēng)向、風(fēng)速傳感器為機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)式傳感器，感應(yīng)距地面11m處的空氣流動(dòng)，對(duì)空氣流動(dòng)速度及方向進(jìn)行檢測(cè)及光電轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字量化、時(shí)間平均、存儲(chǔ)等處理，再通過系統(tǒng)的通信設(shè)備及路由傳輸至室內(nèi)氣象觀測(cè)工作站。室內(nèi)數(shù)據(jù)處理工作站（DPU）計(jì)算并作出一個(gè)2分鐘平均風(fēng)速風(fēng)向報(bào)告，依據(jù)傳感器5秒的風(fēng)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生陣風(fēng)和不定風(fēng)向的報(bào)告，并對(duì)應(yīng)于跑道方向及側(cè)垂方向進(jìn)行矢量風(fēng)的分解。風(fēng)傳感器的維護(hù)、維修、檢測(cè)，必須依據(jù)其原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行。211風(fēng)速傳感器（WAA-15）WAA—15是一種高響應(yīng)、低門限、三風(fēng)杯的光電型風(fēng)速計(jì)，轉(zhuǎn)換器由裝接于風(fēng)速計(jì)轉(zhuǎn)軸上的齒盤組成，齒盤安置于光電耦合器的發(fā)光管與光電三極管之間并能隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，光電耦合器裝于印制電路板上。轉(zhuǎn)盤有多個(gè)齒度，當(dāng)齒盤隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)光管LED發(fā)射的光束被齒盤上的齒度切割，光電三極管即產(chǎn)生脈沖輸出。每個(gè)齒遮住光束時(shí)表現(xiàn)為低電平（即0態(tài)），軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，多次切割光束而輸出一高一低的脈沖信號(hào)。因此VASALA（WAA-15）和國(guó)內(nèi)仿制的風(fēng)速傳感器，均輸出頻率與風(fēng)速成正比的信號(hào)。傳感器使用DC12V電源，風(fēng)速信號(hào)為時(shí)間軸上的12V脈沖頻率信號(hào)。

圖1風(fēng)速傳感器結(jié)構(gòu)原理圖風(fēng)速與脈沖頻率的轉(zhuǎn)換公式為：V（m/s）=011f（Hz）即每10個(gè)脈沖為1m/s的風(fēng)速量。風(fēng)速傳感器主要指標(biāo)為：電源為DC12V，啟動(dòng)風(fēng)速《015m/s，使用環(huán)境-40度～+50度（0～100%RH）212風(fēng)向傳感器（WAV-15）風(fēng)向傳感器也是光電型傳感器，由單風(fēng)標(biāo)、格雷碼盤、光電組件組成，紅外LED和光電三極管分別安裝于6位格雷碼盤上下兩側(cè)的6個(gè)窩型孔內(nèi)。當(dāng)風(fēng)標(biāo)隨風(fēng)向變化而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過其軸帶動(dòng)軸下端固定著的格雷碼盤，在光電組件的狹縫中轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的光電信號(hào)經(jīng)放大整形后，輸出對(duì)應(yīng)當(dāng)時(shí)風(fēng)向的幅度為12V的六位格雷碼（每位格雷碼只有電平高低的區(qū)別，習(xí)慣上高電平為1，低電平為0），轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)風(fēng)向信號(hào)以516度的分辨率為步進(jìn)變化。測(cè)量范圍為0～360°，64個(gè)方位，結(jié)構(gòu)如圖2