كيف تعمل أجهزة استشعار سرعة الرياح؟

تُستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح، والمعروفة أيضًا باسم أجهزة استشعار سرعة الرياح، في العديد من الصناعات، مثل الأرصاد الجوية، والرصد البيئي، والطيران، والطاقة المتجددة. وتؤدي هذه الأجهزة دورًا هامًا في قياس سرعة الرياح، وهو جانب بالغ الأهمية لأغراض متعددة.

● التنبؤ بالطقس

● أبحاث المناخ

● السلامة التشغيلية

● الطاقة المتجددة

تتناول هذه المقالة آليات عمل أجهزة استشعار سرعة الرياح، وتناقش أنواعها المختلفة، ومكوناتها، والتحديات الشائعة التي قد تواجهها، بالإضافة إلى مزايا وعيوب كل نموذج. إنّ الإلمام بهذه التفاصيل يُساعد الأفراد على اختيار جهاز الاستشعار الأمثل لاحتياجاتهم الخاصة، مما يضمن جمع بيانات دقيقة وموثوقة عن سرعة الرياح لمجموعة واسعة من الاستخدامات.

وظائف أجهزة استشعار سرعة الرياح

تعمل أجهزة استشعار سرعة الرياح عن طريق رصد تدفق الهواء وتحويله إلى إشارات قابلة للقياس. يُعد مقياس سرعة الرياح ذو الأكواب نوعًا يتكون من ثلاثة أو أربعة أكواب متصلة بأذرع على محور رأسي. عندما تهب الرياح، تدور الأكواب بسرعة تتناسب مع شدة الرياح. تُحوّل هذه الحركة الدورانية إلى إشارة، تُحلل بدورها لتحديد سرعة الرياح.

ومن الأنواع المتطورة الأخرى مستشعر الرياح فوق الصوتي، الذي يحسب سرعة الرياح عن طريق قياس الزمن الذي تستغرقه النبضات للانتقال بين المحولات. ويساعد تأثير الرياح على هذه النبضات في تحديد كل من سرعة الرياح واتجاهها.

مبادئ عمل مستشعر سرعة الرياح

تعتمد أنواع مختلفة من أجهزة استشعار سرعة الرياح على مبادئ عمل مختلفة تحكمها.

▍ مقياس سرعة الرياح ذو الأكواب

طريقة عمل مقياس سرعة الرياح ذي الأكواب بسيطة للغاية. فعندما تهب الرياح، تدور الأكواب حول محور. هذا الدوران يُشغّل دوّارًا مسننًا ومقرنًا ضوئيًا مزودًا بشق، داخل الجهاز. ومع دوران الدوّار، ينقطع شعاع ضوئي في المقرن الضوئي، مُولّدًا سلسلة من النبضات. يتناسب عدد هذه النبضات مع سرعة الرياح، مما يُتيح لنا تحديد مدى سرعة هبوبها.

▍ مقياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية

تعتمد أجهزة استشعار الرياح فوق الصوتية على مبدأ أن الموجات الصوتية تنتقل بسرعات متفاوتة تبعًا لسرعة الرياح واتجاهها. تُجهز هذه الأجهزة بمجموعات من المحولات التي تُصدر الموجات وتلتقطها. وبقياس المدة التي تستغرقها الموجات الصوتية للانتقال بين المحولات، يستطيع المستشعر تحديد سرعة الرياح واتجاهها. وتُعرف هذه التقنية بدقتها وقدرتها على رصد تغيرات أنماط الرياح.

مكونات أجهزة استشعار سرعة الرياح

تتكون أجهزة استشعار سرعة الرياح، أو مقاييس سرعة الرياح، من عدة مكونات رئيسية تعمل معًا لقياس سرعة الرياح بدقة. يساعد فهم هذه المكونات في صيانة الأجهزة وإصلاح أعطالها. فيما يلي المكونات الأساسية:

➠ أكواب الرياح

تُعدّ أكواب قياس سرعة الرياح الجزء الأكثر وضوحًا في العديد من أجهزة قياس سرعة الرياح. تُصنع هذه الأكواب عادةً من مواد متينة مثل ألياف الكربون، وتُثبّت على أذرع أفقية متصلة بمحور رأسي. عندما تهبّ الرياح، تلتقط الأكواب، مما يؤدي إلى دورانها. تتناسب سرعة دوران الأكواب طرديًا مع سرعة الرياح، مما يجعلها عنصرًا أساسيًا في جمع بيانات الرياح.

➠ حامل الأكواب:

يربط حامل الأكواب أكواب قياس سرعة الرياح بالمحور المركزي للمستشعر، مما يضمن وضعها الصحيح ودورانها بحرية. يُعدّ ثبات حامل الأكواب وتوازنه أساسيين لقياس سرعة الرياح بدقة، إذ أن أي اهتزاز أو عدم محاذاة قد يؤثر على القراءات.

➠ الدوار والمقرن الضوئي

داخل المستشعر، يدور الدوّار، المصمم عادةً بأسنان متعددة، بالتزامن مع دوران أكواب قياس سرعة الرياح. يتفاعل هذا الدوّار مع مُقترن ضوئي، وهو جهاز يستخدم الضوء للكشف عن الحركة الدورانية. يُولّد المُقترن الضوئي نبضات كهربائية في كل مرة يمر فيها سنٌّ من أسنانه عبر شعاعه الضوئي. تُحصى هذه النبضات وتُستخدم لحساب سرعة الرياح.

➠ محول الطاقة

في أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية، يلعب المحوّل دورًا حاسمًا. يتكون من أزواج من أجهزة إرسال واستقبال الموجات فوق الصوتية. تُرسل هذه المحوّلات نبضات فوق صوتية عبر مسار محدد. يختلف الزمن الذي تستغرقه هذه النبضات للانتقال بين المحوّلات باختلاف سرعة الرياح. ومن خلال قياس هذه الاختلافات، يستطيع المستشعر حساب سرعة الرياح واتجاهها بدقة عالية.

➠ مقياس الجهد

في بعض أجهزة استشعار سرعة الرياح، وخاصة تلك التي تقيس اتجاهها، يُستخدم مقياس الجهد. يحوّل هذا الجهاز الدوران الميكانيكي لعمود (يُدار بواسطة دوارة الرياح) إلى إشارة كهربائية متغيرة. ومع تغير اتجاه الرياح، يدور العمود المتصل بمقياس الجهد، مما يُغير المقاومة ويُنتج إشارة كهربائية مقابلة تُشير إلى اتجاه الرياح.

يؤدي كل مكون من هذه المكونات دورًا محددًا في ضمان دقة وموثوقية عمل مستشعر سرعة الرياح. وتُعد الصيانة الدورية لهذه الأجزاء، مثل تنظيف أكواب قياس الرياح وفحص ثبات حامل الأكواب، ضرورية للحفاظ على عمل المستشعر بشكل صحيح وضمان دقة قياسات سرعة الرياح.

مشاكل شائعة في أجهزة استشعار الرياح

على الرغم من متانة أجهزة استشعار الرياح، إلا أنها قد تواجه العديد من المشاكل:

• عدم مرونة الدوران والالتصاق: قد تحتوي المستشعرات الجديدة على عيوب تصنيعية تتسبب في ارتخاء المكونات الداخلية، مما يعيق دورانها. أما في المستشعرات القديمة، فقد تسد الأوساخ أو العوائق، مثل الأوراق أو الجليد، أكواب قياس الرياح. ويمكن التخفيف من هذه المشكلة من خلال الصيانة الدورية، بما في ذلك التنظيف والتحقق من وجود عوائق.

• قراءة سرعة الرياح صفر: قد تنشأ هذه المشكلة من خلل في مفتاح القصب، أو تلف في الكابلات، أو انخفاض سرعة الرياح. يمكن حل هذه المشكلة بالتحقق من توصيلات المستشعر والتأكد من عدم وجود عوائق خارجية.

• انحراف كبير في القراءات: قد تؤدي الاختلافات في ارتفاع المستشعر أو تعرضه للضوء إلى تباين القراءات بين أجهزة قياس سرعة الرياح. لذا، يُعد ضمان ظروف تركيب موحدة وفهم اختلافات المعايرة بين نماذج المستشعرات أمرًا بالغ الأهمية لإجراء مقارنات دقيقة.

• قراءات متقطعة لاتجاه الرياح: غالباً ما يكون سببها ضعف التوصيلات الكهربائية أو مشاكل في الأسلاك، مما يؤدي إلى انقطاع الإشارة. يمكن تجنب هذه المشكلة بفحص التوصيلات وتأمينها.

• قيمة ثابتة لاتجاه الرياح عند الصفر: قد يحدث هذا إذا كان المستشعر غير مضبوط في البداية أو إذا كانت هناك مشكلة في الطاقة أو الأسلاك. يمكن تشخيص المشكلة بتدوير مؤشر اتجاه الرياح والتحقق من مصدر الطاقة الخاص بالنظام.

من ناحية أخرى، تحظى أجهزة استشعار الرياح فوق الصوتية بشعبية متزايدة نظرًا لدقتها ومتانتها. وعلى عكس أجهزة الاستشعار الميكانيكية، فهي لا تحتوي على أجزاء متحركة، مما يقلل من التآكل والحاجة إلى الصيانة. وتقيس هذه الأجهزة سرعة الرياح واتجاهها من خلال تحليل الزمن الذي تستغرقه النبضات فوق الصوتية للانتقال بين محولات الطاقة، وهي طريقة لا تتأثر بعوامل مثل الغبار أو الجليد التي قد تؤثر سلبًا على أجهزة الاستشعار الميكانيكية.

مزايا وعيوب أجهزة استشعار سرعة الرياح المختلفة

◀ مقياس سرعة الرياح ذو الأكواب

◀ مقاييس سرعة الرياح فوق الصوتية

اختيار مستشعر سرعة الرياح المناسب

يعتمد اختيار مستشعر سرعة الرياح المناسب على التطبيق المحدد. بالنسبة للاستخدامات العامة في الأرصاد الجوية أو تطبيقات الهواة، تُعدّ مقاييس سرعة الرياح ذات الأكواب مثالية نظرًا لبساطتها وانخفاض تكلفتها. أما بالنسبة للاحتياجات عالية الدقة مثل الطيران أو طاقة الرياح أو البحث العلمي، فإن مقاييس سرعة الرياح فوق الصوتية توفر دقة أكبر وصيانة أقل على الرغم من ارتفاع تكلفتها.

ريكا سينسور: مورد موثوق

تُقدّم شركة هونان ريكا للتقنية الإلكترونية المحدودة، بخبرة تزيد عن عشر سنوات، أجهزة رصد بيئي وجوي موثوقة ودقيقة، بما في ذلك أجهزة قياس سرعة الرياح. نوفر حلولاً مُخصصة ودعمًا استثنائيًا للعملاء، حيث تُصدّر منتجاتنا إلى أكثر من 50 دولة. إن التزامنا بالجودة والابتكار يجعلنا خيارًا مثاليًا لتلبية مختلف احتياجات رصد الأحوال الجوية.

خاتمة

تلعب أجهزة استشعار سرعة الرياح دورًا محوريًا في مختلف القطاعات، إذ توفر بيانات حيوية عن حالة الرياح. ويساعد فهم مبادئ عملها ومكوناتها ومشاكلها المحتملة المستخدمين على اختيار النوع المناسب من أجهزة الاستشعار وصيانته بما يلبي احتياجاتهم. فبينما تتميز مقاييس سرعة الرياح ذات الأكواب بالبساطة والفعالية من حيث التكلفة، توفر مقاييس سرعة الرياح فوق الصوتية الدقة والمتانة، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات الأكثر تطلبًا. ومن خلال دراسة مزايا وعيوب كل نوع بعناية، يضمن المستخدمون قياسات موثوقة ودقيقة لسرعة الرياح وفقًا لمتطلباتهم الخاصة.

الأسئلة الشائعة (FAQs)

1. ما هي المكونات الرئيسية لجهاز استشعار سرعة الرياح؟

تتضمن المكونات الأساسية لمقياس سرعة الرياح ذي الأكواب أكوابًا لقياس الرياح، وحاملًا للأكواب، ودوارًا، ومقرنًا ضوئيًا، ومقياس جهد. أما في مقاييس سرعة الرياح فوق الصوتية، فالمكونات الرئيسية هي محولات الطاقة فوق الصوتية التي ترسل وتستقبل الموجات الصوتية. تعمل هذه المكونات معًا لالتقاط حركة الرياح وتحويلها إلى إشارات قابلة للقياس.

2. ما هي المشاكل الشائعة المرتبطة بأجهزة استشعار سرعة الرياح؟

تشمل المشاكل الشائعة في أجهزة استشعار سرعة الرياح عدم مرونة الدوران بسبب الحطام أو الأعطال الميكانيكية، وقراءات سرعة الرياح الصفرية بسبب أعطال مفتاح القصب أو تلف الكابلات، وانحرافات كبيرة في القراءات ناتجة عن اختلافات في ارتفاع التركيب أو معايرة المستشعر. يمكن للصيانة الدورية والتركيب الصحيح أن يساعدا في التخفيف من هذه المشاكل.

3. ما الفرق بين مقياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية ومقياس سرعة الرياح ذي الأكواب؟

تختلف مقاييس سرعة الرياح فوق الصوتية عن مقاييس سرعة الرياح الكأسية في أنها لا تحتوي على أجزاء متحركة، وتقيس سرعة الرياح باستخدام نبضات فوق صوتية. وهذا ما يجعلها أكثر دقة وأقل عرضة للتلف الميكانيكي. مع ذلك، فهي أغلى ثمناً بشكل عام، وقد يكون تركيبها وصيانتها أكثر تعقيداً.

4. كيف يمكنني ضمان دقة قياسات سرعة الرياح باستخدام جهاز الاستشعار الخاص بي؟

لضمان دقة قياسات سرعة الرياح، ثبّت الحساس على ارتفاع ثابت وفي مكان خالٍ من العوائق. نظّف الحساس وصيانته بانتظام لمنع تراكم الأوساخ. في حال استخدام أكثر من حساس، تأكد من معايرتها بشكل صحيح وتركيبها في ظروف مماثلة لتجنب أي اختلافات في القراءات.