本发明公开了一种基于光点位移的测风装置及方法，一种基于光点位移的测风装置，包括桅杆和密封腔，所述桅杆上设置有一台阶面，密封腔顶部平面开设有孔，桅杆底端穿过孔伸入密封腔内并通过台阶面支撑在密封腔顶面；所述桅杆的底端安装有激光头，所述密封腔内设置有光点感应屏，所述光点感应屏设置在密封腔的底部，所述光点感应屏用于感应激光头投射的光斑落点；本发明根据风吹草动的常识，风吹动桅杆而倾斜，光斑在光点感应屏上的位置随时间而变化，而根据记录的位移数据，经数据处理后可以得到被测风的速度、方向和湍流度；并且，本发明通过合理的结构设计，能够适应风速突变、温度剧变、盐雾腐蚀等条件恶劣的风速测量。
1.一种基于光点位移的测风装置，其特征在于，包括桅杆(1)和密封腔(4)，所述桅杆(1)上设置有一台阶面，密封腔(4)顶部平面开设有孔，桅杆(1)底端穿过孔伸入密封腔(4)内并通过台阶面支撑在密封腔顶面；
所述桅杆(1)的底端安装有激光头(3)，所述密封腔(4)内设置有光点感应屏(5)，所述光点感应屏(5)设置在密封腔(4)的底部，所述光点感应屏(5)用于感应激光头(3)投射的光斑落点；
当桅杆(1)处于初始状态时，桅杆(1)底部的激光头(3)的光斑落点与光点感应屏(5)的中心点重合。
2.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置，其特征在于，所述桅杆(1)伸入密封腔(4)中的一段上套设有弹簧(2)，弹簧(2)一端固定在桅杆(1)上，另一端固定在密封腔的顶面。
3.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置，其特征在于，桅杆(1)伸入密封腔中，其中桅杆(1)的应变角度α＜arctan(R/h)，R为光点感应屏(5)的半径，h为密封腔(4)的高度，即光点位移的大小不应超出光电感应屏(5)的范围。
4.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置，其特征在于，桅杆(1)的下段直径小于桅杆(1)上段，上段和下段的交界面形成支撑在密封腔顶面的台阶。
5.根据权利要求1所述的一种基于光点位移的测风装置，其特征在于，在使用状态时，所述密封腔(4)固定在测风位置，且固定后无风状态下，桅杆(1)处于初始状态时。
6.根据权利要求2所述一种基于光点位移的测风装置，其特征在于：所述弹簧(2)成压缩状态。
7.根据权利要求1所述一种基于光点位移的测风装置，其特征在于：所述激光头(3)固定在桅杆(1)的底部，并随桅杆(1)的摆动而倾斜；相应的，风速越大，激光头(3)投射的光斑在光点感应屏(5)上的位移越大；风速越小，激光头(3)投射的光斑在光点感应屏(5)上的位移越小；当无风时，激光头(3)投射的光斑落在光点感应屏(5)的中心。
8.根据权利要求1所述一种基于光点位移的测风装置，其特征在于：所述光点感应屏(5)上划分出不同的方位坐标，使得光点感应屏(5)不仅能够感应出激光头(3)投射的光斑距离中心的距离，而且能够记录光斑落在不同的方位位置；光点感应屏(5)通过记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位，通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于光点位移的测风装置的使用方法，其特征在于：
通过光点感应屏(5)记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位，通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
一种基于光点位移的测风装置及方法
技术领域
[0001] 本发明属于风电场测风技术领域，具体涉及一种基于光点位移的测风装置及方法。
背景技术
[0002] 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。我国风电事业发展迅速，目前装机容量世界第一。建设风电场最基本的条件是要有能量丰富、风向稳定的风能资源。风能资源和评估水平直接影响风电场选址和发电量预测，进而影响风电场的投资决策。故一般拟建风电场场址处都应设立测风装置，进行连续1～3年的连续风速观测。
[0003] 传统的风速测量装置有风杯式风速计、螺旋桨式风速计、热线式风速等装置和声学风速计。风杯式风速计、螺旋桨式风速计原理简单，但是存在相对运动部件磨损，长时间运转有测量误差；热线风速计对工作环境要求较高，灰尘不宜过多，空气密度变化不能过大；声学风速计一般采用超声波对风速进行测量，这也导致了造价高昂。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明目的是提出一种基于光点位移的测风装置及方法，利用安装在桅杆底部的激光头测量倾斜位移的大小，即通过光点感应屏上捕捉的光点位移，计算出风的速度、方向、湍流。该风速测量装置结构简单，质量牢靠，价格低廉等优点。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是，一种基于光点位移的测风装置，包括桅杆和密封腔，所述桅杆上设置有一台阶面，密封腔顶部平面开设有孔，桅杆底端穿过孔伸入密封腔内并通过台阶面支撑在密封腔顶面；
[0006] 所述桅杆的底端安装有激光头，所述密封腔内设置有光点感应屏，所述光点感应屏设置在密封腔的底部，所述光点感应屏用于感应激光头投射的光斑落点；
[0007] 当桅杆处于初始状态时，桅杆底部的激光头的光斑落点与光点感应屏的中心点重合。
[0008] 所述桅杆伸入密封腔中的一段上套设有弹簧，弹簧一端固定在桅杆上，另一端固定在密封腔的顶面。
[0009] 桅杆伸入密封腔中，其中桅杆的应变角度α＜arctan(R/h)，R为光点感应屏的半径，h为密封腔的高度，即光点位移的大小不应超出光电感应屏的范围。
[0010] 桅杆的下段直径小于桅杆上段，上段和下段的交界面形成支撑在密封腔顶面的台阶。
[0011] 在使用状态时，所述密封腔固定在测风位置，且固定后无风状态下，桅杆处于初始状态时。
[0012] 所述弹簧成压缩状态。
[0013] 所述激光头固定在桅杆的底部，并随桅杆的摆动而倾斜；相应的，风速越大，激光头投射的光斑在光点感应屏上的位移越大；风速越小，激光头投射的光斑在光点感应屏上的位移越小；当无风时，激光头投射的光斑落在光点感应屏的中心。
[0014] 所述光点感应屏上划分出不同的方位坐标，使得光点感应屏不仅能够感应出激光头投射的光斑距离中心的距离，而且能够记录光斑落在不同的方位位置；光点感应屏通过记录光斑的偏离中心距离，光斑的方位，以及随时间的变化，通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
[0015] 本发明还提供了基于光点位移的测风装置的使用方法，通过光点感应屏记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位，通过时间的积分平均方法可以计算得到风的大小、方向和湍流度。
[0016] 与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果，本发明根据风吹草动的常识，风吹动桅杆而倾斜，光斑在光点感应屏上的位置随时间而变化，而根据记录的位移数据，经数据处理后可以得到被测风的速度、方向和湍流度；并且，本发明通过合理的结构设计，能够适应风速突变、温度剧变、盐雾腐蚀等条件恶劣的风速测量；另外，本发明通过桅杆的摆动实现光斑发生偏移进行记录，进而实现测风，装置中无相对运动部件，结构简单，实施方便，能够有效的避免部件磨损，即使长时间使用后也能保证测量的精密准确；本发明的结构简单，能够极大程度的降低成本。
[0017] 进一步的，所述桅杆伸入密封腔中的一段上套设有弹簧，弹簧一端固定在桅杆上，另一端固定在密封腔的顶面，使得桅杆在不受力的情况下恢复至垂直状态。
[0018] 所述桅杆为风速受力装置。风掠过桅杆，桅杆受力而倾斜。风速越大，桅杆的受力而倾斜的幅度越大；相反风速越小，桅杆受力而倾斜的幅度越小。
附图说明
[0019] 图1为本发明装置的结构示意图。
[0020] 图2为本发明装置的工作原理。
[0021] 图3为光点感应屏5上的记录光斑位置的示意图。
[0022] 附图中：桅杆1，弹簧2，激光头3，密封腔4，光点感应屏5。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0024] 如图1所示，本发明的一种基于光点位移的测风装置主要包括桅杆1，弹簧2，激光头3，密封腔4和光点感应屏5，桅杆1上的台阶使得插在密封腔4的上表面，而不至于掉落，弹簧2串在桅杆1的上面，一端固定在桅杆1上，另一端固定在密封腔4的上表面，激光头3固定在桅杆1的底部，并随着桅杆1的倾斜而倾斜。激光头3发出的光斑落在光点感应屏5上。光点感应屏5安装在密封腔4的底部，不仅能够感应激光头3发出的光斑，而且能够记录光斑随时间而移动的不同位移，密封腔4以及内部的光点感应屏，固定在测风位置，保证密封腔4不会受到风力的影响发生移动。
[0025] 当风吹过测量装置时，桅杆1受到风的吹拂而倾斜，激光头3固定在桅杆1的底部，并随桅杆1的倾斜而倾斜，风速越大，桅杆1的受力越大，倾斜幅度越大；相反风速越小，桅杆1受力越小，倾斜幅度越小。当无风时，弹簧3的弹力使得桅杆1恢复至垂直状态。
[0026] 相应的，风速越大，激光头3投射的光斑在光点感应屏5上的位移越大；风速越小，激光头3投射的光斑在光点感应屏5上的位移越小，当无风时，激光头3投射的光斑落在光点感应屏5的中心，激光头3投射的光斑离光点感应屏5中心的位移的大小，与风速大小呈一定的函数关系，通过风洞实验标定，即可准确测量风速的大小。
[0027] 如图2所示，桅杆1受到风吹的吹拂而倾斜。倾斜的角度α随着风速的增大而增大，相应的光斑距离感应屏5中心的距离也随之增大。为了保证光斑的位置不出超出光点感应屏的范围。桅杆1的应变角度α应小于arctan(R/h)，其中R为光点感应屏5的半径，r为光斑距光电感应屏中心点的距离，h为密封腔4的高度，即桅杆的角度应满足光点位移的大小不应超出光电感应屏5的范围要求。
[0028] R＞r＝h*tanα
[0029] 在光点感应屏5上划分出不同的方位坐标。激光头3投射的光斑落在不同的方位上，表示此时风的方向。
[0030] 如图3所示，随时间的变化，光点感应屏5通过记录光斑的偏离中心距离和光斑的方位，经时间积分的方法计算可以得到风的大小、方向和湍流度。
[0031] 以上所述，仅是本装置的较佳的实施而已，并非对本发明任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
