大氣探測(cè)學(xué) 氣流測(cè)量

1、1氣流的測(cè)量氣流的測(cè)量2本章要求本章要求l掌握氣流測(cè)量的主要儀器的基本原理、結(jié)掌握氣流測(cè)量的主要儀器的基本原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)。構(gòu)、特點(diǎn)。3主要內(nèi)容主要內(nèi)容l概述概述l風(fēng)向的測(cè)量風(fēng)向的測(cè)量l旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)l散熱式風(fēng)速計(jì)散熱式風(fēng)速計(jì)l聲學(xué)風(fēng)速計(jì)聲學(xué)風(fēng)速計(jì)l風(fēng)速檢定設(shè)備風(fēng)速檢定設(shè)備l激光風(fēng)速儀激光風(fēng)速儀4概述概述l空氣的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生氣流?？諝獾倪\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生氣流。l流速是一個(gè)三維空間矢量。流速是一個(gè)三維空間矢量。l一般考慮為（一般考慮為（xy平面）二維矢量：平面）二維矢量：l風(fēng)速風(fēng)速模值模值l風(fēng)向風(fēng)向方向方向l一些特殊情況下，垂直運(yùn)動(dòng)也相當(dāng)顯著一些特殊情況下，垂直運(yùn)動(dòng)也相當(dāng)顯著l如山的背風(fēng)坡、強(qiáng)的對(duì)流

2、云如山的背風(fēng)坡、強(qiáng)的對(duì)流云5l氣流場(chǎng)氣流場(chǎng) = 大尺度的規(guī)則氣流大尺度的規(guī)則氣流 + 隨時(shí)間和隨時(shí)間和空間隨機(jī)漲落的（中）小尺度湍流空間隨機(jī)漲落的（中）小尺度湍流l氣流測(cè)量包括：瞬時(shí)量、平均量氣流測(cè)量包括：瞬時(shí)量、平均量 兩部分兩部分l“平均值平均值”：指在一定時(shí)段內(nèi)的平均：指在一定時(shí)段內(nèi)的平均l“瞬時(shí)值瞬時(shí)值”：在一個(gè)相當(dāng)短的時(shí)段內(nèi)的平均：在一個(gè)相當(dāng)短的時(shí)段內(nèi)的平均6l瞬時(shí)量、平均量瞬時(shí)量、平均量都可以認(rèn)為是都可以認(rèn)為是“光滑值光滑值”，光，光滑時(shí)段的長(zhǎng)短，取決于儀器和實(shí)際需要滑時(shí)段的長(zhǎng)短，取決于儀器和實(shí)際需要l風(fēng)速的單位：風(fēng)速的單位：m/sl天氣報(bào)告中天氣報(bào)告中l(wèi)風(fēng)速：風(fēng)速：2min的平均

3、風(fēng)速的平均風(fēng)速l風(fēng)向：風(fēng)向：10為一個(gè)單位，用電碼為一個(gè)單位，用電碼01，02，36表示，以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。表示，以正北為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。7l風(fēng)向是指風(fēng)的來(lái)向。風(fēng)向是指風(fēng)的來(lái)向。l風(fēng)向的英文縮寫(xiě)符號(hào)紀(jì)錄如圖風(fēng)向的英文縮寫(xiě)符號(hào)紀(jì)錄如圖5.1l北：北：North 東：東：Eastl南：南：South 西：西：Westl當(dāng)風(fēng)速低于當(dāng)風(fēng)速低于 0.25 m/s 時(shí)稱(chēng)為靜風(fēng)。時(shí)稱(chēng)為靜風(fēng)。l風(fēng)級(jí)也是一種表達(dá)風(fēng)力的常用單位風(fēng)級(jí)也是一種表達(dá)風(fēng)力的常用單位89l1805年英國(guó)人年英國(guó)人F蒲福根據(jù)風(fēng)對(duì)地面（或海蒲福根據(jù)風(fēng)對(duì)地面（或海面）物體的影響，提出風(fēng)力等級(jí)表，幾經(jīng)面）物體的影響，提出風(fēng)力等級(jí)

4、表，幾經(jīng)修改后得出修改后得出蒲福風(fēng)力等級(jí)表蒲福風(fēng)力等級(jí)表。l目測(cè)風(fēng)時(shí)，根據(jù)風(fēng)力等級(jí)表中各級(jí)風(fēng)的特目測(cè)風(fēng)時(shí)，根據(jù)風(fēng)力等級(jí)表中各級(jí)風(fēng)的特征，即可估計(jì)出相應(yīng)的風(fēng)速。征，即可估計(jì)出相應(yīng)的風(fēng)速。l地面風(fēng)指離地平面地面風(fēng)指離地平面10-12米高的風(fēng)。米高的風(fēng)。 10蒲福風(fēng)力等級(jí)表蒲福風(fēng)力等級(jí)表風(fēng)風(fēng)力力名稱(chēng)名稱(chēng)相當(dāng)于開(kāi)闊平坦地面相當(dāng)于開(kāi)闊平坦地面1010米高處風(fēng)速米高處風(fēng)速浪高浪高陸上物理征象陸上物理征象米米/ /秒秒公里公里/ /時(shí)時(shí)海里海里/ /時(shí)時(shí)（米）（米）0 0靜風(fēng)靜風(fēng)0 00.20.21111靜，煙直上。靜，煙直上。1 1軟風(fēng)軟風(fēng)1.51 15 51 13 30.10.1煙能表

5、示風(fēng)向，但風(fēng)向標(biāo)尚不能指示風(fēng)煙能表示風(fēng)向，但風(fēng)向標(biāo)尚不能指示風(fēng)向。向。2 2輕風(fēng)輕風(fēng)3.36 611114 46 60.20.2人面感覺(jué)有風(fēng)，樹(shù)葉有微響，風(fēng)向標(biāo)能人面感覺(jué)有風(fēng)，樹(shù)葉有微響，風(fēng)向標(biāo)能隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。3 3微風(fēng)微風(fēng)5.4121219197 710100.60.6樹(shù)葉與微枝搖動(dòng)不息，旌旗展開(kāi)。樹(shù)葉與微枝搖動(dòng)不息，旌旗展開(kāi)。4 4和風(fēng)和風(fēng)7.920202828111116161.01.0灰塵和碎紙揚(yáng)起，小樹(shù)枝搖動(dòng)?；覊m和碎紙揚(yáng)起，小樹(shù)枝搖動(dòng)。5 5勁風(fēng)勁風(fēng)8.08.010.710.729293838171721212.02.0有

6、葉的小樹(shù)枝搖動(dòng)，內(nèi)陸水面有小波浪。有葉的小樹(shù)枝搖動(dòng)，內(nèi)陸水面有小波浪。6 6強(qiáng)風(fēng)強(qiáng)風(fēng)10.810.813.813.839394949222227273.03.0大樹(shù)枝搖動(dòng)，電線(xiàn)呼呼有聲，打傘困難。大樹(shù)枝搖動(dòng)，電線(xiàn)呼呼有聲，打傘困難。7 7疾風(fēng)疾風(fēng)13.913.917.117.150506161282833334.04.0全樹(shù)搖動(dòng)，逆風(fēng)步行感到困難。全樹(shù)搖動(dòng)，逆風(fēng)步行感到困難。8 8大風(fēng)大風(fēng)20.762627474343440405.55.5樹(shù)枝折斷，逆風(fēng)行進(jìn)阻力甚大。樹(shù)枝折斷，逆風(fēng)行進(jìn)阻力甚大。9 9烈風(fēng)烈風(fēng)20.820.824.424.4757588884141474

7、77.07.0發(fā)生輕微的建筑破壞。發(fā)生輕微的建筑破壞。1010狂風(fēng)狂風(fēng)24.524.528.428.48989102102484855559.09.0內(nèi)陸少見(jiàn)，有些樹(shù)木拔起，建筑物破壞內(nèi)陸少見(jiàn)，有些樹(shù)木拔起，建筑物破壞較重。較重。1111暴風(fēng)暴風(fēng)28.528.532.632.61031031171175656636311.511.5極少遇到，伴隨著廣泛的破壞。極少遇到，伴隨著廣泛的破壞。1212颶風(fēng)颶風(fēng)32.732.7118118646414.014.0115.1 風(fēng)向的測(cè)量風(fēng)向的測(cè)量l風(fēng)向標(biāo)是一種應(yīng)用最廣泛風(fēng)向標(biāo)是一種應(yīng)用最廣泛的測(cè)量風(fēng)向儀器的主要部的測(cè)量風(fēng)向儀器的主要部件，由水平指向桿、尾

8、翼件，由水平指向桿、尾翼和旋轉(zhuǎn)軸組成。和旋轉(zhuǎn)軸組成。l在風(fēng)的作用下，尾翼產(chǎn)生在風(fēng)的作用下，尾翼產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩使風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)力矩使風(fēng)向標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，并不斷調(diào)整指向桿指示風(fēng)并不斷調(diào)整指向桿指示風(fēng)向。向。 125.1.1 風(fēng)向標(biāo)風(fēng)向標(biāo)l外形分四部分：外形分四部分：l風(fēng)尾風(fēng)尾l指向桿指向桿l平衡重錘平衡重錘旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)主軸13141516Worlds largest weather vane in Jerez, Spain175.1.2 風(fēng)向標(biāo)的設(shè)計(jì)要求風(fēng)向標(biāo)的設(shè)計(jì)要求l在小風(fēng)時(shí)能反應(yīng)風(fēng)向的變動(dòng)，即有良好在小風(fēng)時(shí)能反應(yīng)風(fēng)向的變動(dòng)，即有良好的啟動(dòng)性能；的啟動(dòng)性能；l具有良好的動(dòng)態(tài)特性，即能迅速準(zhǔn)確地具有良好

9、的動(dòng)態(tài)特性，即能迅速準(zhǔn)確地跟蹤外界的風(fēng)向變化。跟蹤外界的風(fēng)向變化。185.1.3 傳遞和指示風(fēng)向傳遞和指示風(fēng)向l風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)的風(fēng)向必須傳遞到地面的指示風(fēng)向標(biāo)感應(yīng)的風(fēng)向必須傳遞到地面的指示儀表上，以觸點(diǎn)式最為簡(jiǎn)單，風(fēng)向標(biāo)帶動(dòng)儀表上，以觸點(diǎn)式最為簡(jiǎn)單，風(fēng)向標(biāo)帶動(dòng)觸點(diǎn)，接通代表風(fēng)向的燈泡或記錄筆電磁觸點(diǎn)，接通代表風(fēng)向的燈泡或記錄筆電磁鐵，作出風(fēng)向的指示或記錄，但它的分辨鐵，作出風(fēng)向的指示或記錄，但它的分辨只能做到一個(gè)方位只能做到一個(gè)方位22.5。l精確的方法有自整角機(jī)和光電碼盤(pán)。精確的方法有自整角機(jī)和光電碼盤(pán)。l實(shí)際風(fēng)向角實(shí)際風(fēng)向角二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼格雷碼格雷碼19l用光電轉(zhuǎn)換方用光電轉(zhuǎn)換方法把風(fēng)向角度

10、法把風(fēng)向角度轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的角度編碼的角度編碼l使用格雷碼，使用格雷碼，其最大的優(yōu)點(diǎn)其最大的優(yōu)點(diǎn)是每一個(gè)角度是每一個(gè)角度狀態(tài)的變化只狀態(tài)的變化只有一位二進(jìn)數(shù)有一位二進(jìn)數(shù)發(fā)生發(fā)生0/1的變化。的變化。205.1.4 風(fēng)向標(biāo)動(dòng)態(tài)參數(shù)的選擇風(fēng)向標(biāo)動(dòng)態(tài)參數(shù)的選擇l優(yōu)良風(fēng)向標(biāo)：準(zhǔn)確的反應(yīng)不斷變化的風(fēng)優(yōu)良風(fēng)向標(biāo)：準(zhǔn)確的反應(yīng)不斷變化的風(fēng)向向l統(tǒng)一風(fēng)向標(biāo)的特性指標(biāo)，使各地氣象站統(tǒng)一風(fēng)向標(biāo)的特性指標(biāo)，使各地氣象站上的風(fēng)向資料具有可比性。上的風(fēng)向資料具有可比性。215.1.4 風(fēng)向標(biāo)動(dòng)態(tài)參數(shù)的選擇風(fēng)向標(biāo)動(dòng)態(tài)參數(shù)的選擇l世界氣象組織作了指導(dǎo)性的規(guī)定：世界氣象組織作了指導(dǎo)性的規(guī)定：l在風(fēng)速在風(fēng)速2.58m/

11、s時(shí)，風(fēng)向標(biāo)在時(shí)，風(fēng)向標(biāo)在1s內(nèi)使風(fēng)內(nèi)使風(fēng)向偏差衰減到初始值的向偏差衰減到初始值的 1/e， （e = 2.71828)l 0.3 1.0 (阻尼比阻尼比)l風(fēng)速范圍為風(fēng)速范圍為 0.5 60 m/s1.線(xiàn)性度和分辨率為線(xiàn)性度和分辨率為 2 5225.2 旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)旋轉(zhuǎn)式風(fēng)速計(jì)l感應(yīng)部分是一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的感應(yīng)部分是一個(gè)固定在轉(zhuǎn)軸上的感應(yīng)風(fēng)的組件。組件。l常見(jiàn)的有三種型式：常見(jiàn)的有三種型式：l半球形的空心杯殼組半球形的空心杯殼組l螺旋槳葉片組螺旋槳葉片組l平板葉片組平板葉片組235.2.1 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理l風(fēng)杯由三個(gè)（或四個(gè)）風(fēng)杯由三個(gè)（或四個(gè)）半球形或拋物

12、形空杯，半球形或拋物形空杯，都順一面均勻分布在一都順一面均勻分布在一水平支架上，支架與轉(zhuǎn)水平支架上，支架與轉(zhuǎn)軸相連。軸相連。l在風(fēng)力作用下，風(fēng)杯繞在風(fēng)力作用下，風(fēng)杯繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。于風(fēng)速。l轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測(cè)轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測(cè)速發(fā)電機(jī)、齒輪或光電速發(fā)電機(jī)、齒輪或光電計(jì)數(shù)器等記錄。計(jì)數(shù)器等記錄。 245.2.1 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理（續(xù)）風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理（續(xù)）l在穩(wěn)定的風(fēng)力作用下，風(fēng)杯受到扭力矩在穩(wěn)定的風(fēng)力作用下，風(fēng)杯受到扭力矩作用而開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成一作用而開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與風(fēng)速成一定的關(guān)系。定的關(guān)系。l推導(dǎo)風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系，用推導(dǎo)風(fēng)杯

13、的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的關(guān)系，用Ramachandran的結(jié)果。的結(jié)果。2DNNunDnu為風(fēng)杯的轉(zhuǎn)速為風(fēng)速和 為與儀器本身有關(guān)的系數(shù)。255.2.1 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理（續(xù)）風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理（續(xù)）l兩點(diǎn)推論：兩點(diǎn)推論：l當(dāng)風(fēng)杯處于小風(fēng)速時(shí)，必須考慮兩種摩擦當(dāng)風(fēng)杯處于小風(fēng)速時(shí)，必須考慮兩種摩擦力矩（動(dòng)摩擦力矩、靜摩擦力矩）的影響。力矩（動(dòng)摩擦力矩、靜摩擦力矩）的影響。靜摩擦力矩是常數(shù)，動(dòng)摩擦力矩應(yīng)與轉(zhuǎn)速靜摩擦力矩是常數(shù)，動(dòng)摩擦力矩應(yīng)與轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)速越大，摩擦力矩所占的比例成正比。風(fēng)速越大，摩擦力矩所占的比例越低。越低。265.2.1 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理（續(xù)）風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的感應(yīng)原理（續(xù)）l圖圖5.

14、9 一個(gè)典型的風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的檢定曲線(xiàn)。一個(gè)典型的風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的檢定曲線(xiàn)。l在接近零風(fēng)速時(shí)，曲線(xiàn)明顯彎曲。在接近零風(fēng)速時(shí)，曲線(xiàn)明顯彎曲。ln=0時(shí)，曲線(xiàn)與縱坐標(biāo)軸相交于時(shí)，曲線(xiàn)與縱坐標(biāo)軸相交于umin處，處，稱(chēng)為稱(chēng)為umin啟動(dòng)風(fēng)速。啟動(dòng)風(fēng)速。l在風(fēng)速較大時(shí)，在風(fēng)速較大時(shí)，n與與u能保持較好的線(xiàn)性能保持較好的線(xiàn)性關(guān)系。關(guān)系。275.2.2 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性l風(fēng)杯達(dá)到勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間要比風(fēng)速的變化風(fēng)杯達(dá)到勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間要比風(fēng)速的變化來(lái)得慢（滯后性）。來(lái)得慢（滯后性）。l這種現(xiàn)象在風(fēng)速由大變小時(shí)較為嚴(yán)重，如這種現(xiàn)象在風(fēng)速由大變小時(shí)較為嚴(yán)重，如當(dāng)風(fēng)速較大，很快地變?yōu)楫?dāng)風(fēng)速較大，很快地變?yōu)?時(shí)

15、，因?yàn)閼T性時(shí)，因?yàn)閼T性作用，風(fēng)杯將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不可能很快停下作用，風(fēng)杯將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，不可能很快停下來(lái)。這樣，風(fēng)速計(jì)所記錄的風(fēng)速要比實(shí)際來(lái)。這樣，風(fēng)速計(jì)所記錄的風(fēng)速要比實(shí)際風(fēng)速為大。風(fēng)速為大。285.2.2 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性（續(xù)）風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性（續(xù)）l風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的時(shí)間常數(shù)風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的時(shí)間常數(shù) Tu，（，（5.33）式）式 Tu = Lu / u1 lu1 為風(fēng)速為風(fēng)速lLu 為尺度常數(shù)。是一個(gè)只與風(fēng)杯本身物理性為尺度常數(shù)。是一個(gè)只與風(fēng)杯本身物理性能有關(guān)的參數(shù)，同一類(lèi)的風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)這一數(shù)能有關(guān)的參數(shù)，同一類(lèi)的風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)這一數(shù)值是固定的。值是固定的。295.2.2 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性（續(xù)）風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性

16、（續(xù)）l風(fēng)速在風(fēng)速在020m/s時(shí)，利用風(fēng)杯測(cè)定風(fēng)速比較準(zhǔn)時(shí)，利用風(fēng)杯測(cè)定風(fēng)速比較準(zhǔn)確。確。l同時(shí)這種滯后性消除了許多風(fēng)速脈動(dòng)現(xiàn)象，因同時(shí)這種滯后性消除了許多風(fēng)速脈動(dòng)現(xiàn)象，因而，用風(fēng)杯作感應(yīng)器的風(fēng)速表，測(cè)定平均風(fēng)速而，用風(fēng)杯作感應(yīng)器的風(fēng)速表，測(cè)定平均風(fēng)速比較好，而測(cè)瞬時(shí)風(fēng)速則準(zhǔn)確度較差。比較好，而測(cè)瞬時(shí)風(fēng)速則準(zhǔn)確度較差。l試驗(yàn)證明：三杯比四杯好，圓錐形比半球形好。試驗(yàn)證明：三杯比四杯好，圓錐形比半球形好。305.2.2 風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性（續(xù)）風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)的慣性（續(xù)）l過(guò)高效應(yīng)：過(guò)高效應(yīng)：風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)指示的平均風(fēng)速將風(fēng)杯風(fēng)速計(jì)指示的平均風(fēng)速將高于實(shí)際平均風(fēng)速。高于實(shí)際平均風(fēng)速。l過(guò)高效應(yīng)還會(huì)受到其它

17、兩種影響：過(guò)高效應(yīng)還會(huì)受到其它兩種影響：l垂直風(fēng)速的影響垂直風(fēng)速的影響l風(fēng)向脈動(dòng)的影響風(fēng)向脈動(dòng)的影響315.2.3 風(fēng)車(chē)風(fēng)速計(jì)和旋槳式風(fēng)速計(jì)風(fēng)車(chē)風(fēng)速計(jì)和旋槳式風(fēng)速計(jì)l槳葉式風(fēng)速表是由若干片槳葉式風(fēng)速表是由若干片槳葉按一定角度等間隔地槳葉按一定角度等間隔地裝置在一鉛直面內(nèi)，能逆裝置在一鉛直面內(nèi)，能逆風(fēng)繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速風(fēng)繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。正比于風(fēng)速。l槳葉有平板葉片的風(fēng)車(chē)式槳葉有平板葉片的風(fēng)車(chē)式和螺旋槳式兩種。和螺旋槳式兩種。l最常見(jiàn)的是由三葉式四葉最常見(jiàn)的是由三葉式四葉螺旋槳，裝在形似飛機(jī)機(jī)螺旋槳，裝在形似飛機(jī)機(jī)身的流線(xiàn)形風(fēng)向標(biāo)前部，身的流線(xiàn)形風(fēng)向標(biāo)前部，風(fēng)向標(biāo)使葉片旋轉(zhuǎn)平面始

18、風(fēng)向標(biāo)使葉片旋轉(zhuǎn)平面始絡(luò)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)的來(lái)向。絡(luò)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)的來(lái)向。 325.2.3 風(fēng)車(chē)風(fēng)速計(jì)和旋槳式風(fēng)速計(jì)（續(xù)）風(fēng)車(chē)風(fēng)速計(jì)和旋槳式風(fēng)速計(jì)（續(xù)）l三軸風(fēng)速計(jì)：利用三個(gè)風(fēng)車(chē)風(fēng)速計(jì)測(cè)量風(fēng)三軸風(fēng)速計(jì)：利用三個(gè)風(fēng)車(chē)風(fēng)速計(jì)測(cè)量風(fēng)速速 x，y 和和 z 分量的儀器。分量的儀器。33風(fēng)速信號(hào)的轉(zhuǎn)換方法電機(jī)式電機(jī)式風(fēng)杯帶動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī)，輸出與風(fēng)杯帶動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī)，輸出與轉(zhuǎn)速（風(fēng)速）成正比的電壓訊號(hào)轉(zhuǎn)速（風(fēng)速）成正比的電壓訊號(hào)電接式電接式風(fēng)杯經(jīng)變速機(jī)構(gòu)輸出代表一定風(fēng)杯經(jīng)變速機(jī)構(gòu)輸出代表一定風(fēng)程的脈沖信號(hào)，計(jì)量規(guī)定間隔時(shí)間內(nèi)脈風(fēng)程的脈沖信號(hào)，計(jì)量規(guī)定間隔時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，得到該時(shí)段的平均風(fēng)速等沖信號(hào)的個(gè)數(shù)，得到該時(shí)段的平均風(fēng)

19、速等于該時(shí)段風(fēng)程數(shù)于該時(shí)段風(fēng)程數(shù)/間隔時(shí)間間隔時(shí)間34EN型自動(dòng)測(cè)風(fēng)儀型自動(dòng)測(cè)風(fēng)儀：定時(shí)打印輸出瞬時(shí)、：定時(shí)打印輸出瞬時(shí)、平均風(fēng)向風(fēng)速，并能挑選極值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。平均風(fēng)向風(fēng)速，并能挑選極值，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。 35EY1型電傳風(fēng)向風(fēng)速儀型電傳風(fēng)向風(fēng)速儀：觀(guān)測(cè)瞬時(shí)的風(fēng)：觀(guān)測(cè)瞬時(shí)的風(fēng)向風(fēng)速，由感應(yīng)部分和指示部分組成。向風(fēng)速，由感應(yīng)部分和指示部分組成。 365.3 散熱式風(fēng)速計(jì)散熱式風(fēng)速計(jì)l基本原理：一個(gè)被加熱基本原理：一個(gè)被加熱物體的散熱速率與周?chē)矬w的散熱速率與周?chē)諝獾牧魉儆嘘P(guān)?？諝獾牧魉儆嘘P(guān)。l熱線(xiàn)風(fēng)速儀（熱線(xiàn)風(fēng)速儀（Hot wire Anemometer）是被電）是被電流加熱的細(xì)金屬絲或微流加熱的細(xì)

20、金屬絲或微型球體電阻，放置在氣型球體電阻，放置在氣流中，其散熱率與風(fēng)速流中，其散熱率與風(fēng)速的平方根成線(xiàn)性關(guān)系。的平方根成線(xiàn)性關(guān)系。Typical Hot-Wire Anemometer37熱線(xiàn)風(fēng)速儀原理熱線(xiàn)風(fēng)速儀原理2()wwwfI Rh A TT電阻發(fā)熱電阻發(fā)熱對(duì)流熱交換對(duì)流熱交換I 輸入電流輸入電流, Rw 熱線(xiàn)電阻熱線(xiàn)電阻, Tw 和和Tf 分別為熱線(xiàn)和氣流溫度分別為熱線(xiàn)和氣流溫度, Aw 熱線(xiàn)表面積熱線(xiàn)表面積, h 熱線(xiàn)的熱交換系數(shù)熱線(xiàn)的熱交換系數(shù). 381()wRefwRefRRa TTcfhab v 電阻隨溫度的變化電阻隨溫度的變化熱交換系數(shù)隨溫度的變化熱交換系數(shù)隨溫度的變化a，b

21、，c由儀器定標(biāo)得到，通常由儀器定標(biāo)得到，通常c0.539221()()()RefwRefcwfwwfwwfI Ra TTI Rab vA TTA TT 121()()cRefwReffwwfI Ra TTvabA TT合并以上三式，消去合并以上三式，消去h，可得，可得進(jìn)一步進(jìn)一步解得解得402() ( ,)cwfwwffI Rab vA TTf I T 21()() (,)RefwRefcfwwfwfI Ra TTab vA TTg T T 恒溫式恒溫式恒流式恒流式41熱線(xiàn)測(cè)量的主要誤差熱線(xiàn)測(cè)量的主要誤差l氣溫變化造成的誤差氣溫變化造成的誤差l測(cè)風(fēng)熱線(xiàn)方向與氣流方向不垂直造成的誤測(cè)風(fēng)熱線(xiàn)方向與

22、氣流方向不垂直造成的誤差（要求夾角差（要求夾角10度）度）l空氣密度的改變?cè)斐傻恼`差空氣密度的改變?cè)斐傻恼`差42l通常在使加熱電流通常在使加熱電流不變時(shí)，測(cè)出被加不變時(shí)，測(cè)出被加熱物體的溫度，就熱物體的溫度，就能推算出風(fēng)速。能推算出風(fēng)速。l熱線(xiàn)長(zhǎng)度一般在熱線(xiàn)長(zhǎng)度一般在0.52毫米范圍，直毫米范圍，直徑在徑在110微米范圍，微米范圍，材料為鉑、鎢或鉑材料為鉑、鎢或鉑銠合金等。銠合金等。43l優(yōu)點(diǎn)：感應(yīng)速度快，時(shí)間常數(shù)只有百分優(yōu)點(diǎn)：感應(yīng)速度快，時(shí)間常數(shù)只有百分之幾秒，在小風(fēng)速時(shí)靈敏度較高，探頭之幾秒，在小風(fēng)速時(shí)靈敏度較高，探頭體積小，對(duì)流場(chǎng)干擾小，響應(yīng)快，能測(cè)體積小，對(duì)流場(chǎng)干擾小，響應(yīng)快，能測(cè)量非

23、定常流速；宜應(yīng)用于室內(nèi)和野外的量非定常流速；宜應(yīng)用于室內(nèi)和野外的大氣湍流實(shí)驗(yàn)。大氣湍流實(shí)驗(yàn)。l缺點(diǎn)：金屬絲過(guò)細(xì)，易斷；對(duì)工作環(huán)境缺點(diǎn)：金屬絲過(guò)細(xì)，易斷；對(duì)工作環(huán)境要求較高，灰塵不易過(guò)多。要求較高，灰塵不易過(guò)多。44Hot wire anemometer probe45The head of a combined air velocity and air temperature sensor, type CAFS-220.465.4 聲學(xué)風(fēng)速計(jì)聲學(xué)風(fēng)速計(jì)l利用聲波在大氣中的傳播速度與空氣的溫利用聲波在大氣中的傳播速度與空氣的溫度和風(fēng)速關(guān)系，測(cè)定風(fēng)速。度和風(fēng)速關(guān)系，測(cè)定風(fēng)速。l靜止空氣中的聲速靜止

24、空氣中的聲速 l氣溫在氣溫在20時(shí)，干空氣的聲速等于時(shí)，干空氣的聲速等于343.5m/s。20.067svpcT472222 2()()()xyzxv tyv tzv tc t由左圖，當(dāng)逆風(fēng)發(fā)射時(shí)，由左圖，當(dāng)逆風(fēng)發(fā)射時(shí)，T1發(fā)射，發(fā)射，R1接收：接收：222221111()(0)(0)xyzdv tv tv tc t2222211()()xyzdv tcvvt2211xdv tcvt假設(shè)氣流速度為假設(shè)氣流速度為v的三個(gè)分量為的三個(gè)分量為vx、vy、vz，聲波從坐標(biāo)原點(diǎn)到達(dá)某，聲波從坐標(biāo)原點(diǎn)到達(dá)某一位相面（一位相面（x,y,z)所需的時(shí)間為所需的時(shí)間為t時(shí)，則有：時(shí)，則有：設(shè)設(shè)y和和z等于零，等

25、位相面到達(dá)點(diǎn)等于零，等位相面到達(dá)點(diǎn)(d1,0,0)和和點(diǎn)點(diǎn)(d2,0,0)的時(shí)間為的時(shí)間為t1和和t2.482212222()xxdcvvdtcvvcv當(dāng)順風(fēng)發(fā)射時(shí)，當(dāng)順風(fēng)發(fā)射時(shí)，T2發(fā)射，發(fā)射，R2接收：接收：222222222()(0)(0)xyzdv tv tv tc t2222222()()xyzdv tcvvt2222xdv tcvt2222222()xxdcvvdtcvcvv（5.4.1）（5.4.2）49由（由（5.4.1)和和(5.4.2)式可見(jiàn)，當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)，聲波到達(dá)兩個(gè)方向相反，式可見(jiàn)，當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)，聲波到達(dá)兩個(gè)方向相反，距離相等的接收器所需時(shí)間相等。即距離相等的接收器所需

26、時(shí)間相等。即 而有風(fēng)時(shí)，而有風(fēng)時(shí)，v 0,vd 0,t1 t2.于是就利用這一原理，測(cè)量相對(duì)方向上聲波脈沖的傳于是就利用這一原理，測(cè)量相對(duì)方向上聲波脈沖的傳播時(shí)間之差，以測(cè)得風(fēng)速，即：播時(shí)間之差，以測(cè)得風(fēng)速，即： 12/ttd c（5.4.3）2122222222121xxxxxdvdvtttcVA cctvdVAVc 22式中 ,當(dāng)c時(shí),A=1502122222222121yyyyydvdvtttcVA cctvdVAVc 22式中 ,當(dāng)c時(shí),A=1同理同理,y方向的風(fēng)速分量方向的風(fēng)速分量vy的計(jì)算式為的計(jì)算式為:（5.4.4）yytv計(jì)算示意圖512122222222121zzzzzdvd

27、vtttcVA cctvdVAVc 22式中 ,當(dāng)c時(shí),A=1同理同理,z方向的風(fēng)速分量方向的風(fēng)速分量vz的計(jì)算式為的計(jì)算式為:（5.4.5）2222xyzVvvvzztv計(jì)算示意圖52l由由(5.4.3)(5.4.3)可得結(jié)論可得結(jié)論: :聲波沿聲程方向順風(fēng)聲波沿聲程方向順風(fēng)傳播和逆風(fēng)傳播的時(shí)傳播和逆風(fēng)傳播的時(shí)間差與沿聲程方向的間差與沿聲程方向的風(fēng)速成正比風(fēng)速成正比. .由此可由此可知知, ,聲學(xué)風(fēng)速儀的測(cè)聲學(xué)風(fēng)速儀的測(cè)速技術(shù)就歸之于測(cè)量速技術(shù)就歸之于測(cè)量聲波傳播的時(shí)間差聲波傳播的時(shí)間差. .l用適當(dāng)?shù)碾娮泳€(xiàn)路和用適當(dāng)?shù)碾娮泳€(xiàn)路和裝置實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)時(shí)間差裝置實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)時(shí)間差的測(cè)量的測(cè)量, ,便可測(cè)得

28、所便可測(cè)得所需風(fēng)速及其分量需風(fēng)速及其分量. .53545.4 聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）l現(xiàn)行的超聲風(fēng)速計(jì)的發(fā)射頭和接收頭是共現(xiàn)行的超聲風(fēng)速計(jì)的發(fā)射頭和接收頭是共用的，這樣可以簡(jiǎn)化整個(gè)探頭架的結(jié)構(gòu)，用的，這樣可以簡(jiǎn)化整個(gè)探頭架的結(jié)構(gòu)，減小對(duì)流場(chǎng)的干擾。減小對(duì)流場(chǎng)的干擾。l沿沿 y 軸軸 和和 z 軸各裝兩對(duì)發(fā)射和接收裝置，軸各裝兩對(duì)發(fā)射和接收裝置，測(cè)定測(cè)定 V 在在 y 和和 z方向的分量。方向的分量。555.4 聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）l陰影效應(yīng)：由于繞流的作用，迎風(fēng)面的探陰影效應(yīng)：由于繞流的作用，迎風(fēng)面的探頭，在其背后會(huì)產(chǎn)生一定的尾流區(qū)域，這頭，在其背后會(huì)產(chǎn)生一定的尾流區(qū)域，

29、這種現(xiàn)象將導(dǎo)致聲波傳播路徑偏長(zhǎng)，而使計(jì)種現(xiàn)象將導(dǎo)致聲波傳播路徑偏長(zhǎng)，而使計(jì)算風(fēng)速值偏低，這種效應(yīng)稱(chēng)之為算風(fēng)速值偏低，這種效應(yīng)稱(chēng)之為“陰影效陰影效應(yīng)應(yīng)”。l陰影效應(yīng)的大小取決于探頭的外形以及風(fēng)陰影效應(yīng)的大小取決于探頭的外形以及風(fēng)矢量與超聲探頭軸線(xiàn)之間的夾角。矢量與超聲探頭軸線(xiàn)之間的夾角。l當(dāng)夾角為當(dāng)夾角為90度時(shí)，陰影效應(yīng)為零。度時(shí)，陰影效應(yīng)為零。565.4 聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）lKaimal設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)的 STA-211/3K 型超聲風(fēng)速型超聲風(fēng)速計(jì)（圖計(jì)（圖5.23），被視為超聲風(fēng)速計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)），被視為超聲風(fēng)速計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)。其陰影效應(yīng)的訂正公式為（型號(hào)。其陰影效應(yīng)的訂正公式為（5.5

30、2）式。式。575.4 聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）聲學(xué)風(fēng)速計(jì)（續(xù)）l花房龍男等人對(duì)日本海上電機(jī)生產(chǎn)的花房龍男等人對(duì)日本海上電機(jī)生產(chǎn)的TR-61 超聲風(fēng)速計(jì)探頭的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：超聲風(fēng)速計(jì)探頭的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明：陰影效應(yīng)影響的程度還與風(fēng)速大小有關(guān)，陰影效應(yīng)影響的程度還與風(fēng)速大小有關(guān)，風(fēng)速在風(fēng)速在5m/s以下陰影效應(yīng)明顯。以下陰影效應(yīng)明顯。l陰影效應(yīng)還有可能受到探頭主支架的干擾，陰影效應(yīng)還有可能受到探頭主支架的干擾，過(guò)于粗大、復(fù)雜的支架極不可取。過(guò)于粗大、復(fù)雜的支架極不可取。58補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（德國(guó)） l聲波風(fēng)速儀聲波風(fēng)速儀/溫度計(jì)是一基于微機(jī)，能以可靠的精溫度計(jì)是一基于微機(jī)，能以可靠的精度進(jìn)行

31、一到三維風(fēng)速測(cè)量的風(fēng)傳感器。度進(jìn)行一到三維風(fēng)速測(cè)量的風(fēng)傳感器。l儀器設(shè)計(jì)成通過(guò)沿著在固定而又互相垂直方向發(fā)儀器設(shè)計(jì)成通過(guò)沿著在固定而又互相垂直方向發(fā)射與接受聲波訊號(hào)來(lái)測(cè)量風(fēng)速的分量，微機(jī)隨后射與接受聲波訊號(hào)來(lái)測(cè)量風(fēng)速的分量，微機(jī)隨后處理這些信息進(jìn)行三維聲速計(jì)算。處理這些信息進(jìn)行三維聲速計(jì)算。l因無(wú)移動(dòng)部件介入氣流的動(dòng)力平衡，聲因無(wú)移動(dòng)部件介入氣流的動(dòng)力平衡，聲波風(fēng)速儀波風(fēng)速儀/溫度計(jì)能快速響應(yīng)風(fēng)速的起溫度計(jì)能快速響應(yīng)風(fēng)速的起伏，它線(xiàn)性響應(yīng)聲速，而且不受其它速伏，它線(xiàn)性響應(yīng)聲速，而且不受其它速度分量及壓力、溫度和相對(duì)濕度的干擾。度分量及壓力、溫度和相對(duì)濕度的干擾。傳感器的標(biāo)定由設(shè)計(jì)參量確立，因此

32、可傳感器的標(biāo)定由設(shè)計(jì)參量確立，因此可用作絕對(duì)測(cè)量?jī)x器。用作絕對(duì)測(cè)量?jī)x器。59補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（續(xù)）l探頭陣列的設(shè)計(jì)最大限度減小了由支架導(dǎo)探頭陣列的設(shè)計(jì)最大限度減小了由支架導(dǎo)致的氣流扭變，達(dá)到了垂直分量的無(wú)障礙致的氣流扭變，達(dá)到了垂直分量的無(wú)障礙廣范圍覆蓋。廣范圍覆蓋。l陣列可任意指向，但理想情況垂直軸應(yīng)裝在陣列可任意指向，但理想情況垂直軸應(yīng)裝在兩水平軸的上風(fēng)處。兩水平軸的上風(fēng)處。l壓電晶體制的換能器完全密封，適用于苛刻壓電晶體制的換能器完全密封，適用于苛刻的室外使用條件。的室外使用條件。60補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（續(xù)）l電子器件全部裝在探頭桿架中。電子器件全部裝在探頭桿架中。

33、l這樣儀器就可安裝在塔頂運(yùn)行，經(jīng)得起十分這樣儀器就可安裝在塔頂運(yùn)行，經(jīng)得起十分惡劣的環(huán)境條件考驗(yàn)。惡劣的環(huán)境條件考驗(yàn)。l換能器的運(yùn)行，聲波函數(shù)及所有數(shù)據(jù)的計(jì)算換能器的運(yùn)行，聲波函數(shù)及所有數(shù)據(jù)的計(jì)算和傳輸，均由微機(jī)控制。和傳輸，均由微機(jī)控制。61補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（續(xù)）l聲波風(fēng)速儀聲波風(fēng)速儀/溫度計(jì)的數(shù)據(jù)是數(shù)字型的。溫度計(jì)的數(shù)據(jù)是數(shù)字型的。l輸出是輸出是RS232兼容的兼容的UART非同步格式。非同步格式。l數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)是ASCII十進(jìn)制，可直接連接計(jì)算機(jī)，十進(jìn)制，可直接連接計(jì)算機(jī)，傳輸?shù)饺魏蔚臄?shù)據(jù)記錄裝置，或者也可是終傳輸?shù)饺魏蔚臄?shù)據(jù)記錄裝置，或者也可是終端直讀的格式。端直讀的格式。l

34、溫度信息是測(cè)風(fēng)的聲波溫度，由所測(cè)垂向溫度信息是測(cè)風(fēng)的聲波溫度，由所測(cè)垂向聲波的計(jì)算而得。聲波的計(jì)算而得。62補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（續(xù)）現(xiàn)有的探頭款型:“K” style“A” style“Sx” style K 型傳感器設(shè)計(jì)主型傳感器設(shè)計(jì)主要用于大氣邊界層研究要用于大氣邊界層研究也適合多種風(fēng)速風(fēng)向的也適合多種風(fēng)速風(fēng)向的研究工作研究工作Sx 型傳感器適合型傳感器適合環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用測(cè)量水平風(fēng)速測(cè)量水平風(fēng)速A 型傳感器型傳感器非正交的設(shè)計(jì)，非正交的設(shè)計(jì)，用于多種用途用于多種用途63 Vx 型傳感器型傳感器用于植物與森林冠層的通用于植物與森林冠層的通量研究（風(fēng)速很低，風(fēng)向量研究（風(fēng)速

35、很低，風(fēng)向變化很快）變化很快） V 型傳感器，專(zhuān)門(mén)用型傳感器，專(zhuān)門(mén)用于紊流研究（渦相關(guān)研于紊流研究（渦相關(guān)研究）究）“Vx” style“V” style64補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（續(xù)）特點(diǎn)：特點(diǎn)：l單分量風(fēng)速單分量風(fēng)速l快速響應(yīng)溫度快速響應(yīng)溫度l極端精確極端精確l微機(jī)控制微機(jī)控制l固態(tài)數(shù)字運(yùn)算固態(tài)數(shù)字運(yùn)算l無(wú)活動(dòng)部件無(wú)活動(dòng)部件l無(wú)人監(jiān)管運(yùn)行無(wú)人監(jiān)管運(yùn)行l(wèi)易安裝易安裝l抗糙建構(gòu)抗糙建構(gòu)l低功耗低功耗l直流電源直流電源65補(bǔ)充：補(bǔ)充：聲風(fēng)速儀/溫度計(jì)（續(xù)）功能: l可由串行口遙控可由串行口遙控l內(nèi)標(biāo)定保持精度內(nèi)標(biāo)定保持精度l用戶(hù)程選數(shù)據(jù)采樣率，平均用戶(hù)程選數(shù)據(jù)采樣率，平均范圍：范圍：1分鐘

36、至分鐘至200Hzl選擇數(shù)據(jù)平均或中位過(guò)濾選擇數(shù)據(jù)平均或中位過(guò)濾l數(shù)種輸出格式可選數(shù)種輸出格式可選l數(shù)種波特率可選數(shù)種波特率可選l同步聲波運(yùn)算至外部觸發(fā)同步聲波運(yùn)算至外部觸發(fā)l可輸出觸發(fā)脈沖給其它儀器可輸出觸發(fā)脈沖給其它儀器l選擇選擇“聲速聲速”和和/或或“溫溫”度度輸出輸出l輸入輸入RH值以獲更精確的溫度輸值以獲更精確的溫度輸出出l用戶(hù)調(diào)整溫度計(jì)算用戶(hù)調(diào)整溫度計(jì)算l改變風(fēng)速風(fēng)向的水平速度矢改變風(fēng)速風(fēng)向的水平速度矢量而保持垂直分量及溫度量而保持垂直分量及溫度l選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量計(jì)算方法去除尖選擇數(shù)據(jù)質(zhì)量計(jì)算方法去除尖峰峰l用戶(hù)調(diào)整數(shù)據(jù)質(zhì)量的計(jì)算用戶(hù)調(diào)整數(shù)據(jù)質(zhì)量的計(jì)算l可在輸出格式中提供數(shù)據(jù)質(zhì)量可在輸

37、出格式中提供數(shù)據(jù)質(zhì)量狀態(tài)狀態(tài)l氣流扭變校準(zhǔn)可氣流扭變校準(zhǔn)可“開(kāi)開(kāi)”或或“關(guān)關(guān)”l用戶(hù)調(diào)整氣流扭變校準(zhǔn)的計(jì)算用戶(hù)調(diào)整氣流扭變校準(zhǔn)的計(jì)算66一、概述：一、概述： 激光風(fēng)速儀（激光風(fēng)速儀（Laser Doppler Anemometer LDA; LaserDoppler Velocimeter LDV) 是建立在激光技術(shù)和多普勒頻移原理基礎(chǔ)上，是建立在激光技術(shù)和多普勒頻移原理基礎(chǔ)上，通過(guò)頻率測(cè)量來(lái)測(cè)定風(fēng)速的（通過(guò)頻率測(cè)量來(lái)測(cè)定風(fēng)速的（FV）。 激光通過(guò)大氣層時(shí)，大氣層中的氣溶膠粒子對(duì)入射光有散射效應(yīng)，激光通過(guò)大氣層時(shí)，大氣層中的氣溶膠粒子對(duì)入射光有散射效應(yīng)，而運(yùn)行的氣溶膠粒子將使散射光的頻率產(chǎn)生多

38、普勒頻移效應(yīng)。在接收而運(yùn)行的氣溶膠粒子將使散射光的頻率產(chǎn)生多普勒頻移效應(yīng)。在接收器內(nèi)比較發(fā)射的參考光和散射光的頻差，就可確定運(yùn)載氣溶膠粒子器內(nèi)比較發(fā)射的參考光和散射光的頻差，就可確定運(yùn)載氣溶膠粒子（Aerosol particle)的氣流速度。的氣流速度。 5.5 激光風(fēng)速儀激光風(fēng)速儀67 激光風(fēng)速儀（激光風(fēng)速儀（LDA）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)： 1、可遠(yuǎn)距離遙測(cè)，響應(yīng)速度快；、可遠(yuǎn)距離遙測(cè)，響應(yīng)速度快； 2、完全不干擾自然流場(chǎng)。、完全不干擾自然流場(chǎng)。 激光風(fēng)速儀的機(jī)構(gòu)：激光風(fēng)速儀的機(jī)構(gòu)： 1、激光器；、激光器；2、入射光學(xué)單元；、入射光學(xué)單元；3、收集光學(xué)單元；收集光學(xué)單元；4、多普勒信號(hào)處、多普勒信號(hào)

39、處 理單元、理單元、5、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 激光測(cè)速儀存在的問(wèn)題：激光測(cè)速儀存在的問(wèn)題： 激光風(fēng)速儀測(cè)得的風(fēng)速并不是激光風(fēng)速儀測(cè)得的風(fēng)速并不是真正的大氣流動(dòng)速度，而是真正的大氣流動(dòng)速度，而是 懸浮于氣流中的散射粒子的運(yùn)懸浮于氣流中的散射粒子的運(yùn)動(dòng)速度。因?yàn)榱Ｗ优c流體的密動(dòng)速度。因?yàn)榱Ｗ优c流體的密度度 有顯著差異，粒子不可能完全有顯著差異，粒子不可能完全跟隨流體運(yùn)動(dòng)，其速度總會(huì)有跟隨流體運(yùn)動(dòng)，其速度總會(huì)有差異差異685.6 風(fēng)速檢定設(shè)備風(fēng)速檢定設(shè)備l旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)臂l風(fēng)洞風(fēng)洞l皮托管皮托管695.5.1 旋臂機(jī)旋臂機(jī)l主要部件是一根水平旋轉(zhuǎn)臂，固定在一根主要部件是一根水平旋轉(zhuǎn)臂，固定在一

40、根垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)主軸上，桿的前端的垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)主軸上，桿的前端的儀器支架可安裝待檢定的風(fēng)速計(jì)，垂直軸儀器支架可安裝待檢定的風(fēng)速計(jì)，垂直軸可由馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使儀器在可由馬達(dá)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使儀器在XY平面內(nèi)平面內(nèi)作等速圓周運(yùn)動(dòng)（圖作等速圓周運(yùn)動(dòng)（圖5.26）l其前端的線(xiàn)速度就相當(dāng)于儀器不動(dòng)時(shí)氣流其前端的線(xiàn)速度就相當(dāng)于儀器不動(dòng)時(shí)氣流的速度。的速度。705.6.1 旋臂機(jī)（續(xù)）旋臂機(jī)（續(xù)）l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：l可以標(biāo)定相當(dāng)?shù)偷娘L(fēng)速可以標(biāo)定相當(dāng)?shù)偷娘L(fēng)速l通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速很容易確定風(fēng)速通過(guò)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速很容易確定風(fēng)速l旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速可以靠控制電動(dòng)機(jī)或變速箱來(lái)改變旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速可以靠控制電動(dòng)機(jī)或變速箱來(lái)改變l缺點(diǎn)：缺

41、點(diǎn)：l當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速加大后，會(huì)帶動(dòng)室內(nèi)空氣，失去相當(dāng)旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速加大后，會(huì)帶動(dòng)室內(nèi)空氣，失去相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，造成檢定誤差。對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，造成檢定誤差。715.6.2 風(fēng)洞風(fēng)洞l風(fēng)洞是一種進(jìn)行流體風(fēng)洞是一種進(jìn)行流體力學(xué)、航空模型試驗(yàn)力學(xué)、航空模型試驗(yàn)以及環(huán)境問(wèn)題實(shí)驗(yàn)的以及環(huán)境問(wèn)題實(shí)驗(yàn)的大型設(shè)備。大型設(shè)備。l在這種管道系統(tǒng)里，在這種管道系統(tǒng)里，動(dòng)力風(fēng)扇造成空氣流動(dòng)力風(fēng)扇造成空氣流動(dòng)，并在它的實(shí)驗(yàn)空動(dòng)，并在它的實(shí)驗(yàn)空間造成一個(gè)穩(wěn)定、均間造成一個(gè)穩(wěn)定、均勻的流場(chǎng)。勻的流場(chǎng)。l流速可以調(diào)整。專(zhuān)門(mén)流速可以調(diào)整。專(zhuān)門(mén)進(jìn)行風(fēng)速計(jì)檢定的風(fēng)進(jìn)行風(fēng)速計(jì)檢定的風(fēng)洞，風(fēng)速范圍在洞，風(fēng)速范圍在0.560m/s。72HDF-500

42、型回路低速風(fēng)洞型回路低速風(fēng)洞 用于檢定各種型號(hào)的高、中、低速風(fēng)速度，也可用于用于檢定各種型號(hào)的高、中、低速風(fēng)速度，也可用于交通、環(huán)保、科研等部門(mén)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究。交通、環(huán)保、科研等部門(mén)進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)方面的研究。該機(jī)采用最新的高密度集成電路的超低噪音變頻調(diào)速，該機(jī)采用最新的高密度集成電路的超低噪音變頻調(diào)速，調(diào)速范圍、測(cè)量精度等方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。調(diào)速范圍、測(cè)量精度等方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。 735.6.3 風(fēng)速檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)皮托管皮托管l原理：通過(guò)測(cè)量壓力來(lái)測(cè)量流速原理：通過(guò)測(cè)量壓力來(lái)測(cè)量流速l皮托管是風(fēng)洞中的測(cè)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。皮托管是風(fēng)洞中的測(cè)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)。l構(gòu)造如圖構(gòu)造如圖745.6.3 風(fēng)速檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)皮托管（續(xù)）皮托管（續(xù)）l壓差的測(cè)量?jī)x器是微壓計(jì)。壓差的測(cè)量?jī)x器是微壓計(jì)。l皮托管的缺點(diǎn)十分明顯：皮托管的缺點(diǎn)十分明顯：l壓差和風(fēng)速的非線(xiàn)性關(guān)系壓差和風(fēng)速的非線(xiàn)性關(guān)系l在低風(fēng)速時(shí)靈敏度低，低于在低風(fēng)速時(shí)靈敏度低，低于1m/s的風(fēng)速難以的風(fēng)速難以檢定。檢定。壓力傳感器壓力傳感器755.6.3 風(fēng)速檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速檢定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)皮托管（續(xù)）皮托管（續(xù)）l為了比較精確地測(cè)定皮托管的微壓，研制為了比較精確地測(cè)定皮托管的微壓，研制了一種類(lèi)似達(dá)因式風(fēng)壓計(jì)的微壓計(jì)，稱(chēng)作了一種類(lèi)似達(dá)因式風(fēng)壓計(jì)的微壓計(jì)，稱(chēng)作沉鐘式微壓計(jì)。它的液體柱高度測(cè)量精度沉鐘式微壓計(jì)