Ein dreidimensionales Ultraschallwindgeschwindigkeitsmesser ist ein präzises Instrument, das Windgeschwindigkeit und Windrichtung durch Ultraschallübertragungseigenschaften messen kann, dessen Messgenauigkeit von mehreren Faktoren beeinflusst wird. Folgende Auswirkungen auf die Umgebungsbedingungen, die Leistung der Anlage, die Installationsart, die Datenverarbeitung und die Eigenschaften des Messmediums werden analysiert:

I. Umweltfaktoren

1. Temperatur- und Luftdruckveränderungen

Die Übertragungsgeschwindigkeit von Ultraschallen in der Luft wird von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck stark beeinflusst. Eine erhöhte Temperatur führt zu einer erhöhten Schallgeschwindigkeit, während eine erhöhte Feuchtigkeit die Schallgeschwindigkeit verlangsamt.

2. Luftstromstabilität und Turbulenzstärke

Turbulenzen oder Windschläge im natürlichen Windfeld können Störungen des Ultraschallweges verursachen, die die Genauigkeit der Zeitdifferenzmessung beeinträchtigen. Zum Beispiel kann eine erhöhte Turbulenzintensität in einer starken Windumgebung zu Schwankungen der Messdaten führen.

3. Wetter- und Umweltstörungen

Wetterphänomene wie Regen, Schnee, Nebeltropfen streuen oder absorbieren Ultraschallenergie, was zu einer Signalverschwächung führt; Partikel wie Sandstaub können an der Oberfläche des Instruments befestigt werden und die Leistung des Transformers beeinflussen.

II. Leistungsfaktoren der Ausrüstung

Frequenz und Genauigkeit des Wandlers

Die Emissionsfrequenz und Empfindlichkeit des Wandlers beeinflussen die Messauflösung direkt. Hochfrequenz-Ultraschall kann die Genauigkeit verbessern, aber die Übertragungsdistanz ist begrenzt; Niedrige Frequenzen können die Auflösung reduzieren.

2. Zeitmessgenauigkeit

Die Berechnung der Windgeschwindigkeit beruht auf der genauen Messung der Ultraschallzeitdifferenz. Wenn die zeitliche Auflösung nicht ausreichend ist (z. B. unter Nanosekunden), können kleine Windgeschwindigkeitsänderungen ignoriert werden.

3. Schaltkreisrauschen und Signalstörungen

Das Rauschen der analogen Schaltung wird auf ein schwaches Ultraschallsignal überlagert, was das Signal-Rausch-Verhältnis verringert. Störungen werden durch abgeschirmte Kabel, Filterkreise und Softwarealgorithmen unterdrückt.

Installation und mechanische Faktoren

1. Montageposition und Winkel

Das Gerät sollte sich von Hindernissen fernhalten und der Ultraschallweg muss parallel zur Strömungsrichtung sein. Bei einer Neigung oder Absperrung kann eine Störung des Luftstroms zu einer Messabweichung führen.

Vibration und mechanische Stabilität

Gerätewibrationen (z. B. Windschütteln oder Instabilität der Fixierung) können den Ultraschallweg ändern und Fehler einführen. Es ist erforderlich, einen Schwingungsschutzhalter zu verwenden und eine zuverlässige Firmware-Verbindung sicherzustellen.

Datenverarbeitung und Algorithmen

1. Signalverarbeitungsalgorithmus

Die Eigenschaften des Ultraschallsignals müssen durch Fourier-Transformationen oder verwandte Algorithmen extrahiert und die Auswirkungen von Umgebungsparametern wie Temperaturen auf die Schallgeschwindigkeit kompensiert werden. Algorithmische Verzögerungen können zu Verzögerungen der Reaktion auf dynamische Windfelder führen.

3. Dreidimensionaler Vektorfehler

Dreidimensionale Ultraschallsignale müssen fusioniert werden, um den Windgeschwindigkeitsvektor zu berechnen. Wenn die zeitliche Synchronisierung der einzelnen Kanäle nicht ausreichend ist oder der Gewinn nicht konsistent ist, kann dies zu einer Windabweichung führen.

Eigenschaften des getesteten Mediums

1. Luftzusammensetzung und Verunreinigungen

Staub in der Luft, korrosive Gase wie SO₂ können die Oberfläche des Wandlers verschmutzen oder Ultraschallenergie absorbieren, was zu einer Signalverschwächung führt.

2. Temperatur und Feuchtigkeit

Unterschiede in der Temperatur und Luftfeuchtigkeit in verschiedenen Höhen bilden einen Schallgeschwindigkeitsgradienten, der zu einer Verbiegung des Ultraschallweges führt (Brechungsphänomen), was die Messgenauigkeit beeinflusst.

Wartung und Kalibrierung

Regelmäßige Kalibrierungsanforderungen

Eine regelmäßige Kalibrierung von Standardwindgeschwindigkeitsquellen (z. B. Windtunnel) ist erforderlich, um langfristige Fehler wie Alterung des Wandlers, Kreislaufdrift und andere zu kompensieren.

2. Alterung und Reinigung des Transformers

Die Empfindlichkeit oder die häufige Abweichung des Transformers kann nach langem Gebrauch auftreten und alternde Teile müssen regelmäßig gereinigt und ersetzt werden.