Funktionsprinzip - WMT700

WMT700 Benutzerhandbuch

Document code
M211095DE
Revision
H
Language
Deutsch (Deutschland)
Product
WMT700
Document type
Benutzerhandbuch

Der WMT700 nutzt für Windmessungen die Vaisala WINDCAP Ultraschall-Sensortechnologie. Der Sensor verfügt über einen integrierten Mikrocontroller, der Daten erfasst und verarbeitet und sie dann über serielle Schnittstellen überträgt.

Der Windsensor besitzt eine Wandlergruppe, die aus drei auf einer horizontalen Ebene in gleichem Abstand angeordneten Ultraschallwandlern besteht. Die Windgeschwindigkeit (WS) und Windrichtung (WD) werden durch Messen der Zeit ermittelt, die der Ultraschall von einem Wandler zu den beiden anderen Wandlern benötigt.

Der Windsensor misst die Laufzeit auf allen drei Pfaden in der Wandlergruppe (jeweils in beiden Richtungen). Die Laufzeit ist von der Windgeschwindigkeit entlang des Ultraschallpfads abhängig. Bei Windstille sind die Laufzeiten auf einem Pfad in beiden Richtungen identisch. Wenn der Wind entlang des Ultraschallpfads weht, steigt die Laufzeit gegen den Wind, während die Laufzeit mit dem Wind sinkt.

Die folgende Abbildung zeigt, wie die Zeitverschiebung der Ultraschallsignale gemessen wird und wie sich Rücken- und Gegenwind auf die Messung auswirken.

Abbildung 1. Prinzip der Ultraschallmessung
1

Ultraschallmessung bei Windstille

2

Auswirkungen des Rückenwindes auf die Ultraschallmessung

3

Auswirkungen des Gegenwindes auf die Ultraschallmessung

Der Microcontroller berechnet die Windgeschwindigkeit mithilfe der folgenden Formel anhand der gemessenen Laufzeiten:

VW=0.5·L·(1/tf-1/tr)
VW Windgeschwindigkeit
L Abstand zwischen den beiden Wandlern
tf Laufzeit in Vorwärtsrichtung
tr Laufzeit in Rückwärtsrichtung

Die Messung der sechs Laufzeiten ermöglicht die Berechnung der Vw-Werte für jeden der drei Ultraschallpfade. Die Verwendung der Vw-Werte von zwei Wandlergruppenpfaden reicht aus, um die Windgeschwindigkeit und -richtung zu berechnen.

Die verschiedenen Pfade des WMT700 und die vom Windsensor unterstützten Vektoren:
Abbildung 2. Messpfade des WMT700
1–6
Messpfade 1 bis 6 des WMT700
La, Lb, Lc
Abstand zwischen den beiden Wandlern

Die Vektoren werden wie folgt berechnet:

Va=0.5·La·(1/A1-1/A2)
Vb=0.5·Lb·(1/A3-1/A4)
Vc=0.5·Lc·(1/A5-1/A6)

Die Gleichung hängt von der exakten Entfernung des Messpfads (L) ab. Die berechneten Windgeschwindigkeiten sind unabhängig von Höhe, Temperatur und Feuchte, weil sich diese Einflüsse durch Messung der Laufzeiten in beiden Richtungen herauskürzen. Für die einzelnen Laufzeiten sind diese Parameter aber sehr wohl relevant.