Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

М.О. Жукова1, Н.В. Буров, В.Б. Ромашова2, Д.С. Шаймадиева3

АО «ЛЛС»

Санкт-Петербургский Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения 

Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики

Лазерная доплеровская велосиметрия представляет собой быстрый и высокопродуктивный метод измерения направления и скорости движения различных объектов, частиц и газов. Высокая чувствительность достигается за счет использования стабилизированных узкополосных лазеров с малым уровнем шума. В статье описаны возможности использования такого метода измерения в системах Лидар для точного определения скорости и направления ветра, а также предложены конкретные решения по источникам излучениям. Важно отметить, что такие «ветровые» Лидары нашли применение  для высокоточного прогнозирования энергозатрат в современных ветряных электростанциях.

Ключевые слова: ветровой Лидар, ветряные турбины, ZephIR, малошумящий узкополосный лазер

Keywords: wind Lidar, wind turbines, ZephIR, low noise narrow band laser

Интеграция системы Лидар в ротор ветряной турбины

Торбен Миккельсен и его коллеги из Датского Технического Университета представили последние результаты экспериментальной разработки, в которой ветровой Лидар ZephIR был установлен во вращающуюся часть ветряной турбины, расположенной в западной части Дании.

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Рисунок 1 – Концепция измерения направления и скорости ветра системой Лидар, встроенной в переднюю часть ротора турбины.

На сегодняшний день это первый в мире случай, когда удалось успешно установить систему в ротор ветряной турбины. Данная концепция является абсолютно новой и позволяет беспрепятственно оценивать приближающееся поле ветра.

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Рисунок 2 – Лидар, установленный на оси турбины в роторе NM80. Система измеряет параметры приближающегося ветра путем конического сканирования с помощью лазерного излучения через окно.

Лазерная анемометрия (Лидар) способна производить детальные измерения поля ветра, приближающегося к лопастям действующих ветряных турбин. Включение данных параметров ветра в систему управления турбиной позволяет улучшить выход энергии и уменьшить нагрузку [1].

Впервые эксперимент провели в 2003 году, в котором прототип лидара ZephIR  был помещен в гондолу ветровой турбины N90 [2]. В конечном счете установили, что такой способ позволяет измерять скорость ветра на дальностях до 200 метров с высокой точностью. С тех пор появилось множество волоконных лидарных устройств, используемых в ветроэнергетике, первоначально разработанных для телекоммуникационных систем. Такой подход радикально улучшил характеристики лидаров, и теперь эта технология дает большие перспективы для совершенствования ветряных турбин [3].

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Рисунок 3 – Схема геометрии измерений, θi – угол наклона оси вращения турбины.

Лидар был установлен в ротор и совмещен с осью вала турбины (см. Рис. 1 и 2). Беспроводная связь позволила осуществлять сбор данных в режиме реального времени ( белая антенна на рис. 2). Размещение лидара в центре турбины оказалось затруднительным из-за изменения направления гравитации и центробежной силы, создаваемой вращением турбины. Другая проблема, которую успешно решили во время проведения эксперимента, связана с электрическими помехами от генератора. Детектор лидара чрезвычайно чувствителен и легко расстраивается паразитными токами. Поэтому детектор и чувствительная электроника были обернуты защитным материалом, который создавал заземление.

Во время работы турбины, встроенный клин лидара сканировал входящее поле ветра в круговой развертке в плоскости ротора на расстояниях 46 метров и 100 метров, что соответствует диаметрам ротора 0,58 и 1,24 вдоль оси вала турбины.

Экспериментальная установка была спроектирована с конусом сканирования 15° и 30° для фокусировки лидара при максимально доступном радиусе, соответствующем расстоянию от лазерного луча до точки фокусировки – 53 метра с углом сканирования 30°, и расстоянию 103 метра с углом сканирования 15° (рис. 3).

Передача и обработка данных

Азимутальный угол сканирования относительно фиксированной системы координат рассчитывается по записанной информации из вращающегося клиновидного сканера лидара и по измерениям положения ротора ветровой турбины. С помощью вращающегося клина и ротора было выполнено полное сканирование на 360° в течение примерно 0,8 с, а доплеровские спектры скорости ветра передавались со скоростью 50 Гц на ПК, подключенный к лидару [4].

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе ЛидарМалошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Рисунок 4 – Пример измеренной скорости ветра в круговой развертке. На каждом из двух участков имеется десять последовательных сканирований скорости ветра на 360°, измеренных дистанционно на 100 метров перед рабочей турбиной. Угол нулевого сканирования определяется как находящийся в самой верхней точке рисунка конического сканирования.

Данные на рисунке 4 показывают радиальные скорости ветра, измеренные лидаром, которые обладают высокой степенью изменчивости. Это новые «первые в мире» данные, иллюстрирующие, что приближающееся поле ветра содержит турбулентные когерентные структуры, многие из которых имеют размеры, сравнимые с плоскостью ротора. Опираясь на стандартную гипотезу турбулентности Тейлора, установлено, что когерентные структуры в турбулентности будут сталкиваться с вращающимися лопастями турбины через несколько секунд после их обнаружения.

Конструктивные особенности узкополосного малошумящего лазера, используемого в системах Лидар

Использование лазерной анемометрии обеспечит полное управление ветровыми ресурсами, включая горизонтальную и вертикальную скорость ветра, направление и турбулентность. Одной из самых больших проблем при создании такой системы является подбор лазерного источника, который бы обладал низким уровнем шума, что позволит обнаружить даже самый слабый сигнал. Более того, лазер должен быть устойчивым, а оптические характеристики такого источника должны быть нечувствительными к структурным и акустическим колебаниям для обеспечения точного измерения ветра.

Волоконный лазер серии Koheras предоставляет функции, которые удовлетворяют указанным требованиям.

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Рисунок 5 – Волоконный лазер серии Koheras BoostiK компании NKT Photonics, обладающий высокой мощностью и низким уровнем шума.

Ведущий производитель волоконных лазеров высокой производительности – датская компания NKT Photonics.

Серия Koheras BOOSTIK ОЕМ – промышленный вариант одночастотных волоконных лазерных модулей с распределением обратной связи, оснащенных активным контролем длин волн и широким диапазоном тепловой перестройки длины волны. Благодаря своей уникальной изоляции от акустического шума и вибрации, он идеально подходит для  измерения параметров ветра с помощью системы Лидар.

Источник излучения обладает следующими ключевыми особенностями:

  • Свобода выбора длины волны: стандартные системы доступны на 1550,12 нм, специализированные системы – от 1535 до 1585 нм.
  • Высокая выходная мощность: до 1 Вт;
  • Сверхузкая ширина линии в герцовом диапазоне;
  • Уникальная технология снижения относительной интенсивности шума позволяет достигать RIN ниже -155 дБн/Гц;

Уровень фазового шума ниже на 20 дБ относительно стандартных моделей лазеров.

Компания АО «ЛЛС» представляет весь спектр продукции NKT Photonics на территории РФ и предлагает наиболее выгодные условия поставки продукции, полную техническую поддержку, а также поставку образцов. Получить дополнительную информацию вы можете на сайте производителя NKT Photonics  или обратившись в компанию ЛЛС. 


Заключение

На сегодняшний день использование ветровых лидаров является перспективным направлением и позволяет получать данные параметров ветра, таких как скорость и направление, в режиме реального времени.

Благодаря своим особенностям, малошумящий узкополосный лазер от компании NKT Photonics обеспечивает точное измерение приближающегося ветрового поля.

Список литературы

1. Harris M., Hand M. and Wright A., “A Lidar for turbine control”, Tech. Rep. NREL/TP-500-39154 National Renewable Energy, National Renewable Laboratory, NREL, Golden, Colorado, US, 2006.

2. Harris M., Bryce D. J., Coffey A. S., Smith D. A, Brikemeyer J. & Knopf U., “Advance measurement of gusts by laser anemometry”, J Wing Eng. 95, 1637 – 1674, 2007.

Про анемометры:  testo 410i - смарт-зонд анемометр с крыльчаткой: описание | Купить измерители параметров окружающей среды по оптимальным ценам

3. Karlsson K., Olsson F., Letalick D. & Harris M., “All-fiber multifunction CW 1.55 micron coherent laser radar for range, speed, vibration and wind measurements”, Applied Optics, 39, 3716-3726, 2000.

4. Smith, D. A., Harris M., Coffey A. S., T. Mikkelsen, Jorgensen H. E., Mann J. and  Danielian R., “Wind Lidar Evaluation at the Danish Wind Test Site in Hovsore”, Wind Energy, 9, 87-93, 2006.

5. Sjöholm, M., Mikkelsen T., Mann J., Enevoldsen K., Courtney M., “Spatial averaging- effects on turbulence measured by a continuous-wave coherent lidar”, Meteorologische Zeitschrift 18, 281-287, 2009.

6. Mikkelsen, T. “On mean wind and turbulence profile measurements from ground-based wind lidar’s: limitations in time and space resolution with continuous wave and pulsed lidar systems”, EWEC, Wind Profiles at Great Heights, p. 10, 2009.

7. Mikkelsen, T., Michael C., Antoniou I., Mann J., “WindScanner: A full-scale laser facility for wind and turbulence measurements around large wind turbines”. EWEC, p. 10, 2009.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в прикладной метеорологии для оперативного дистанционного измерения скорости и направления ветра. Атмосферу облучают сканирующим в горизонтальной плоскости импульсным лазерным пучком в моменты времени t1 и t2=t1+Δt, при этом Δt много больше времени сканирования лазерным пучком исследуемой пространственной области. Во время сканирования приемник «открывают» для регистрации сигналов обратного рассеяния от атмосферного аэрозоля только в определенные моменты времени, соответствующие приходу сигналов N радиальных измерительных баз, количество которых выбирают, исходя из требуемой точности определения направления ветра. Полученные распределения используют для измерения размера атмосферных неоднородностей вдоль каждой измерительной базы. Направление ветра определяют как направление измерительной базы, для которой размеры атмосферных неоднородностей наименее отличаются в моменты времени t1 и t2, а модуль скорости ветра определяют согласно выражению: ,

где ρm – пространственный сдвиг атмосферных неоднородностей вдоль направления ветра. Изобретение позволяет уменьшить объем сигнальной информации, который необходимо использовать для определения скорости и направления ветра. 6 ил.

Область техники

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в прикладной метеорологии для оперативного дистанционного измерения скорости и направления ветра.

Уровень техники

Физической основой лазерных измерений скорости ветра является способность атмосферного аэрозоля рассеивать излучение во всех направлениях, в том числе и обратно в направлении на лазерный локатор. Случайно-неоднородная структура атмосферного аэрозоля обуславливает флуктуации сигнала, принимаемого лазерным локатором (являющие таким образом источником информации о неоднородной структуре атмосферного аэрозоля). Перенос аэрозольных неоднородностей ветром дает возможность измерять скорость ветра корреляционными методами.

Известны способы измерения скорости газового потока и атмосферного ветра, основанные на регистрации случайных реализаций рассеянных лазерных сигналов и дальнейшем анализе измеренных случайных реализации или результатов их корреляционной обработки [1-5].

Наиболее близким к предлагаемому способу является лазерный дистанционный способ измерения скорости и направления ветра [4], заключающийся в том, что атмосферу облучают сканирующим в горизонтальной плоскости импульсным лазерным пучком в моменты времени t1 и t2=t1+Δt (Δt много больше времени сканирования лазерным пучком исследуемой пространственной области), во время сканирования регистрируют приемником сигналы обратного рассеяния от атмосферного аэрозоля во всей исследуемой пространственной области, формируют двумерные картины пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар в моменты времени t1 и t2, вычисляют взаимно корреляционную функцию этих двумерных пространственных распределений Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар находят вектор пространственного сдвига Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар соответствующий максимуму взаимно корреляционной функции, и определяют вектор скорости ветра Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар согласно выражению: Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Примеры двумерных реализаций поля пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы в моменты времени t1 и t2 приведены, соответственно, на фиг.1 и 2, где изолиниями показано сечение пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния некоторой плоскостью. Стрелка в нижнем левом углу показывает направление ветра. Прямоугольник показывает область, в пределах которой регистрируют пространственное распределение коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы.

Недостаток способа [4] (основанного на пространственном корреляционном анализе) – большой объем информации о поле пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы, который необходимо оперативно запоминать и использовать для формирования корреляционных функций. Это делает трудным (необходимо использовать большой вычислительный комплекс) или невозможным (если большой вычислительный комплекс не может быть использован по каким-то причинам) проведение оперативных измерений, требующих обновление информации с периодичностью в несколько секунд.

Раскрытие изобретения

При оперативных измерениях (когда промежуток времени Δt составляет единицы секунд) поле пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы практически не искажается, а только переносится в соответствии с направлением и скоростью атмосферного ветра. В этом случае можно существенно уменьшить объем сигнальной информации, регистрируемой при зондировании атмосферы и затем используемой для определения скорости и направления ветра. Это может быть достигнуто использованием специального способа измерения.

Уменьшить объем регистрируемой сигнальной информации можно тем, что атмосферу облучают сканирующим в горизонтальной плоскости импульсным лазерным пучком в моменты времени t1 и t2=t1+Δt (при этом Δt много больше времени сканирования лазерным пучком исследуемой пространственной области), во время сканирования приемник «открывают» для регистрации сигналов обратного рассеяния от атмосферного аэрозоля только в определенные моменты времени, соответствующие приходу сигналов N измерительных баз (расположенных радиально, как показано на фиг.3 для варианта двенадцати измерительных баз), при этом количество радиальных измерительных баз выбирают исходя из требуемой точности Δφ определения направления ветра: Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар, измеряют размер атмосферных неоднородностей вдоль каждой измерительной базы, определяют направление ветра как направление измерительной базы, для которой размеры атмосферных неоднородностей наименее отличаются в моменты времени t1 и t2, определяют пространственный сдвиг ρm атмосферных неоднородностей вдоль направления ветра и определяют модуль скорости ветра V согласно выражению: Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар.

Перечень фигур.

Фиг.1, 2 – примеры двумерных реализации поля пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы соответственно в моменты времени t1 и t2;

Фиг.3, 4 – примеры прямоугольной области, в пределах которой регистрируют пространственное распределение коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы только вдоль радиальных линий измерительных баз соответственно в моменты времени t1 и t2;

Фиг.5, 6 – примеры графиков одномерных пространственных распределений коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы вдоль измерительных баз.

Осуществление изобретения

Объем регистрируемых сигналов уменьшается по двум причинам (см. фиг.3, 4):

– запоминается не вся сигнальная информация на исследуемом участке, а информация только вдоль измерительных баз (они показаны тонкими радиальными линиями и для примера проведены через 15°, на фигурах база а-а расположена вдоль направления ветра, а база b-b расположена вдоль произвольного направления);

– сам размер области, в пределах которой регистрируют пространственное распределение коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы (она показана на фиг.3, 4 в виде прямоугольника), выбирается гораздо меньше, чем при пространственном корреляционном анализе, так как предлагаемый метод основан на измерении размера всего одной неоднородности или нескольких неоднородностей.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом:

Дистанционный измеритель скорости и направления ветра содержит лазерный источник излучения, передающую оптическую систему, дефлектор (осуществляющий сканирование лазерного луча в горизонтальной плоскости), приемную оптическую систему, фотоприемник, блок управления и блок обработки.

Лазерный измеритель облучает атмосферу сканирующим в горизонтальной плоскости лазерным лучом в моменты времени t1 и t2=t1+Δt. Полагается, что сканирование исследуемой области осуществляется за время много меньшее Δt.

Про анемометры:  Собственное производство: напыление нитридом титана

Аэрозоль, всегда содержащийся в атмосфере, рассеивает излучение в сторону приемника лазерного измерителя. Пространственное разрешение лазерного измерителя определяется углом расходимости лазерного пучка, расстоянием от измерителя до рассеивающего объема атмосферы и длительностью импульса источника излучения.

Принимаемое излучение проходит через приемную оптическую систему, регистрируется фотоприемником и поступает в блок обработки для определения направления и величины скорости ветра.

Во время сканирования блок управления «открывает» приемник для регистрации сигналов обратного рассеяния от атмосферного аэрозоля только в определенные (синхронизированные со сканированием лазерного пучка) моменты времени, соответствующие приходу сигналов N измерительных баз, отстоящих друг от друга на угол Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар.

Моменты «открытия» приемника заранее определяют (вычисляют) в зависимости от заданного количества измерительных баз и размера исследуемой пространственной области и заносят в блок управления.

В блоке обработки сигналов лазерного измерителя проводят последовательно следующие операции:

1. Регистрируют одномерные пространственные распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар в моменты времени t1 и t2 вдоль N измерительных баз.

На графиках фиг.5 и 6 показаны примеры одномерных пространственных распределений α(X) (кривые 1) вдоль измерительных баз а-а (фиг.5) и b-b (фиг.6) в моменты времени t1 и t2 (измерительные базы а-а и b-b показаны на фиг.3 и 4); 2 – некоторое пороговое значение, пересечение которого с кривыми 1 определяет размер аэрозольных неоднородностей (как размер областей выше линии 2); Х – пространственная координата вдоль соответствующей измерительной базы. Из графиков фиг.5 и 6 хорошо видно, что:

– для измерительной базы а-а (совпадающей с направлением ветра) одномерные пространственные распределения α(X) (кривые 1) в моменты времени t1 и t2 оказываются просто сдвинутыми друг относительно друга вдоль оси X;

– для измерительной базы b-b (не совпадающей с направлением ветра) одномерные пространственные распределения α(X) (кривые 1) в моменты времени t1 и t2 оказываются разными.

2. Определяют размеры атмосферных неоднородностей di(j,t1) и di(j,t2) (по пересечению одномерных пространственных распределений α(X) с некоторым пороговым значением – см. фиг.5, 6) в моменты времени t1 и t2 вдоль каждой измерительной базы (i – номер по порядку аэрозольной неоднородности, которая целиком расположена на измерительной базе; j – числовое или буквенное обозначение измерительной базы).

3. Определяют направление ветра как направление измерительной базы, для которой размеры атмосферных неоднородностей (целиком расположенных на измерительной базе и в момент времени t1 и в момент времени t2) наименее отличаются в моменты времени t1 и t2. Если таких неоднородностей нет ни на одной измерительной базе (что может быть по причине большой скорости ветра, когда неоднородности, зарегистрированные в момент времени t1, выходят из исследуемой пространственной области к моменту времени t2), то сокращают интервал времени t2-t1. Если при сокращении интервала времени t2-t1 ситуация не меняется, то измерение отбраковывается и скорость ветра не измеряется.

Из графиков фиг.5 и 6 хорошо видно, что:

– для измерительной базы а-а размеры атмосферных неоднородностей (целиком расположенных на измерительной базе и в момент времени t1 и в момент времени t2)

совпадают (совпадение связано с тем, что направление ветра для фиг.5 точно совпадает с направлением измерительной базы а-а; в общем случае, когда такого точного совпадения нет, размеры атмосферных неоднородностей моменты времени t1 и t2 будут наименее отличаться для измерительной базы наиболее близкой к направлению ветра);

– для измерительной базы b-b размеры атмосферных неоднородностей в моменты времени t1 и t2 сильно отличаются.

4. Определяют пространственный сдвиг ρm (например, по перемещению под действием ветра переднего края одной из атмосферных неоднородностей – например, первой по порядку, как показано на фиг.5) вдоль направления ветра и определяют модуль скорости ветра V согласно выражению: Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Описанный способ позволяет обеспечить существенное уменьшение объема сигнальной информации (о поле пространственного распределения коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы), который при оперативных измерениях необходимо регистрировать и использовать для определения скорости и направления ветра.

Измерительное устройство для реализации способа может быть собрано из компонент и узлов, изготавливаемых в РФ, и соответствует критерию “промышленная применимость”.

Источники информации

1. Заявка РСТ WO 2005/047908. Optical device and method for sensing multiphase flow. International Publication Date 26.05.2005. International Patent Classification G01P 5/22.

2. Заявка РСТ WO 2006/063463. Optical transit time velocimeter. International Publication Date 22.06.2006. International Patent Classification G01P 5/20, G01P 5/26.

3. Применение корреляционных методов в атмосферной оптике / В.М.Орлов, Г.Г.Матвиенко, И.В.Самохвалов и др. – Новосибирск: Наука, 1983. – 160 с.

4. Корреляционные методы лазерно-локационных измерений скорости ветра / Г.Г.Матвиенко, Г.О.Заде, Э.С.Фердинандов и др. – Новосибирск: Наука, 1985. – С.163-179.

5. Матвиенко Г.Г., Самохвалов И.В., B.C.Рыбалко и др. Оперативное определение компонентов скорости ветра с помощью лидара // Оптика атмосферы и океана. – 1988. – T.1. – N2. – С.68-72.

Способ лазерного дистанционного оперативного определения скорости и направления ветра, заключающийся в том, что атмосферу облучают сканирующим в горизонтальной плоскости импульсным лазерным пучком в моменты времени t1 и t2=t1+Δt, при этом Δt много больше времени сканирования лазерным пучком исследуемой пространственной области, во время сканирования приемник «открывают» для регистрации сигналов обратного рассеяния от атмосферного аэрозоля только в определенные моменты времени, соответствующие приходу сигналов N измерительных баз, расположенных радиально, при этом количество радиальных измерительных баз выбирают, исходя из требуемой точности Δφ определения направления ветра: Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар, измеряют размер атмосферных неоднородностей вдоль каждой измерительной базы, определяют направление ветра как направление измерительной базы, для которой размеры атмосферных неоднородностей наименее отличаются в моменты времени t1 и t2, определяют пространственный сдвиг ρm атмосферных неоднородностей вдоль направления ветра и определяют модуль скорости ветра V согласно выражению: Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар.

WhatsApp%20Image%202019-11-06%20at%2016.

WhatsApp%20Image%202019-11-06%20at%2016.

ИВЛ-5000 (WINDEX-5000) позволяет:

  • проводить 3D картографирование ветровых полей

  • определять вертикальный профиль скорости и направления ветра

  • определять уровень турбулентности воздушного потока

  • определять горизонтальный сдвиг ветра и вертикальные порывы

Система обнаружения маловысотного сдвига ветра обеспечивает:

  • дистанционное определение характеристик ветровой обстановки, включая скорость и направление ветра в секторах сканирования

  • определение и отображение встречно/попутной составляющей скорости ветра относительно текущих рабочих курсов посадки

  • определение характеристик сдвига ветра (интенсивности сдвига ветра и его пространственная локализация) по одному из следующих критериев по выбору пользователя:

        –   по изменению встречно-попутной составляющей скорости ветра относительно текущих рабочих курсов

        –   по изменению величины скорости ветра

        –   по изменению скорости и направления ветра

  • идентификацию положения фронта порыва

  • локализацию зон интенсивной турбулентности

  • формирование и передачу сообщений об обнаруженных опасных ветровых явлениях

  • возможность функционирования лидаров, входящих в ее состав, как в режиме горячего резерва, так и независимого задания циклограмм сканирования

  • отображение и регистрация результатов сканирования каждого входящего в систему лидара

  • гибкое конфигурирование для многополосных аэродромов

Режимы сканирования:

  • Plan Position Indicator (PPI) – круговое сканирование в заданном диапазоне углов азимута с постоянным углом места

  • Range Height Indicator (RHI) – сканирование в вертикальной плоскости в заданном диапазоне углов места с постоянным азимутом

  • измерение вертикального профиля ветра

  • измерение профиля ветра в произвольном заданном направлении

Выбор и управление режимами сканирования осуществляется через программное обеспечение, входящее в комплект поставки.

Про анемометры:  WINDSCRIBE VPN | 20 ГБ В МЕСЯЦ НА 1 ГОД | ВАУЧЕР купить на за 1.49 руб

По требованию заказчика могут быть реализованы дополнительные режимы сканирования по заданному закону, например, режим последовательного кругового сканирования с несколькими заданными углами места.

Импульсный доплеровский ветровой лидар ИВЛ-5000 (WINDEX-5000) – это надежный и высокоточный  инструмент для автоматического непрерывного дистанционного мониторинга параметров ветровых полей в приземном слое атмосферы, выявления на его основе опасных ветровых явлений (сдвига ветра, зон интенсивной турбулентности, вихревых следов за воздушными судами), автоматического оповещения пользователей и передачи данных об опасных явлениях.

Разработан в соответствии с требованиями ГОСТ и СанПиН, работает в невидимом человеческому глазу диапазоне, относится к безопасным лазерным изделиям. Имеется сертификат МАК, Свидетельство об утверждении типа средств измерений Росстандарта, заключение Роспотребнадзора.

%D0%BB%D0%B8%D0%B4%D0%B0%D1%80%20300_edi

Профилометр лидарный ветровой ПЛВ-300  (WINDEX-300) предназначен для  дистанционного измерения параметров ветра на заданных высотах, построения профиля ветра и определения ветровых явлений на основе результатов сканирования.

Разработан в соответствии с требованиями ГОСТ и СанПиН, работает в невидимом человеческому глазу диапазоне, относится к безопасным лазерным изделиям. Имеется сертификат МАК, Свидетельство об утверждении типа средств измерений Росстандарта, заключение Роспотребнадзора.

ПЛВ-300 (WINDEX-300) позволяет:

  • определять горизонтальную компоненту скорости ветра

  • определять направление вектора скорости относительно направления на север

  • определять вертикальную компоненту скорости ветра

  • определять вертикальный сдвиг ветра

  • определять статистические характеристики турбулентности

343487897-huge.jpg

Назначение:

  • снижение уровня выбросов за счёт оперативного принятия решений на основе данных объективных средств контроля метеорологических условий, сопутствующих загрязнению воздуха, и по данным наземных станций наблюдений за качеством воздуха

  • снижение уровня экологического загрязнения территории за счет адаптивной синхронизации технологических процессов, сопровождающихся выбросом загрязняющих веществ, с метеорологическими условиями, благоприятными для рассеивания примесей

  • повышение экологической безопасности населения, прилегающих территорий, снижение рисков заболеваний и повышение уровня доверия к органам власти

Структура системы мониторинга и управления:

  • территориально-распределённая система наблюдения за уровнем загрязнений на основе сети автоматических станций измерений качества воздуха по характерным показателям объекта мониторинга (источника загрязнений)

  • комплекс средства контроля метеорологических условий, сопутствующих загрязнению воздуха (температурно-ветровая стратификация) на базе температурного профилемера и лидарного ветрового профайлера

  • система передачи данных в центр мониторинга и принятия решений (ЦМПР)

  • аппаратно-программный комплекс получения результатов прогноза метеорологических параметров и прогнозирования пространственного распределения качества воздуха на контролируемой территории в ЦМПР

WhatsApp Image 2020-03-23 at 14.19.00.jp

Система обнаружения маловысотного сдвига ветра предназначена для повышения уровня безопасности полетов в ходе выполнения взлетно-посадочных операций посредством удаленного измерения и отображения в реальном времени информации о направлении и скорости воздушного потока на заданных высотах, а также выдачи предупреждений всем пользователям воздушного пространства, включая экипажи воздушных судов.

Возможные области применения лидаров:

  • метеорологическое обеспечение безопасности взлетно-посадочных операций на аэродромах и вертолетных площадках

  • метеорологическое обеспечение метеослужб различных отраслей экономики и промышленности

  • метеорологическая поддержка центров метеорологического анализа и прогноза

  • метеорологические исследования приземного слоя атмосферы

  • обеспечение безопасности промышленных объектов и объектов инфраструктуры (атомные, гидроэлектростанции, тепловые электростанции, опасные химические и нефтедобывающие предприятия)

  • мониторинг окружающей среды

сдвиг ветра конечная версия.png
лид 2.png
сдвиг с водяными2.png
2%20%D0%B2%D0%B8%D1%85%D1%80%D0%B8_edite

Скорости завихрений, провоцируемых  вихревыми следами за ВС, таковы, что в направлении полета ВС они имеют малые значения, а наибольшее влияние они оказывают в плоскости, перпендикулярной направлению полета. Лидар измеряет радиальную составляющую скорости ветра, и получает скорость воздушного потока. Если направление измерений находится не в перпендикулярной плоскости к направлению полета самолета, то такие искаженные проекции скорости в этом направлении буду измерены менее точно.

Зафиксированный сдвиг ветра над ВПП в международном аэропорту (фрагмент скриншота с рабочей станции Концерна “МАНС”)

Импульсный доплеровский ветровой лидар ИВЛ-5000 предназначен для оперативного дистанционного определения воздушных вихрей, направления вектора и величины радиальной скорости воздушного потока на различных дистанциях, визуализации и отображения полученных результатов.

Изделие позволяет дистанционно:

  • определять вихревые образования

  • определять радиальную скорость ветра на различных дистанциях

  • проводить 2D картографирование ветровых полей

Система измерения вихревых следов является ключевым элементом для повышения пропускной способности аэропортов путем уменьшения дистанции продольного эшелонировоания при посадке. Примером внедрения подобной системы служит Лондонский аэропорт Хитроу, где ежегодно экономятся миллионы евро. Наличие точных данных о вихревых следах за самолетом не только повышает пропускную способность аэропорта, но и позволяет увеличить безопасность полетов.

   Импульсный доплеровский ветровой лидар ИВЛ-5000 (WINDEX-5000)

   Профилометр лидарный ветровой ПЛВ-300 (WINDEX-300)

LIDAR 2.png
скрин по.png

   Система измерения вихревых следов за воздушными судами

   Система адаптивного управления загрязняющими выбросами в атмосферу

   Система обнаружения маловысотного сдвига ветра

   Технологии на базе доплеровских ветровых лидаров




1



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). Явление Доплера – изменение частоты периодического сигнала при восприятии движущимся объектом или отражении от него. Частота светового сигнала, воспринятого движущейся со скоростью V частицей аэрозоля: (3.5.1) Знак «+» выбирается, если частица приближается к источнику света, «-» – если удаляется от него. При отражении света эффект Доплера проявляется дважды – при восприятии движущейся частицей и при восприятии приемником: (3.5.2)




2



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). Формула (3.5.2) дает кажущуюся возможность измерить скорость ветра по измеренному доплеровскому смещению частоты. Однако, относительная чувствительность такого метода ничтожно мала. (3.5.2) С учетом. Для увеличения относительной чувствительности применим дифференциальный метод измерения.




3



Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). V’ V” 3 A B V 1 Рис Оптическая схема лазерного анемометра. α 1 – лазер, 2 – полупрозрачная пластинка, 3 – зеркало.




4



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). 2 V’ V” 3 A B V 1 α Если ветер направлен перпендикулярно биссектрисе угла, то эффект Доплера проявляется в отношении проекций и с разными знаками. Наблюдатель воспринимает два отраженных луча с разными частотами: Учтем, что. (3.5.3)




5



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). Эти два луча приходят на один светоприемник, следовательно, их яркость суммируется. Фактически суммируются амплитуды периодических сигналов, имеющих несколько разную частоту. Рис Биения. E1E1 E2E2 JΣJΣ Первый луч, частота.Второй луч, частота. Яркость суммарного сигнала меняется с частотой.




6



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). (3.5.4) В ЛДИС выходным параметром является величина. Тогда относительная чувствительность метода: (3.5.5) Относительная чувствительность тем больше, чем меньше скорость ветра!




7



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). Для восприятия отраженных пучков применяют ФЭУ, который помещают в фокус объектива, направленного в точку пересечения пучков света. Трудности реализации ЛДИС. 1. Аэрозольные частицы двигаются сплошным потоком. Это сильно затрудняет определение частоты изменения яркости сигнала. 2. Для уверенной регистрации отраженных от аэрозолей пучков света нужна очень чувствительная светоприемная аппаратура. 3. Следовательно, установка становится весьма сложной и дорогостоящей.




8



3.5. Лазерный доплеровский измеритель скорости ветра (ЛДИС). Преимущества ЛДИС. 1. Возможность измерения скорости ветра в достаточно удаленных точках (например, на высоте до нескольких десятков метров). 2. Полное отсутствие инерции.

Содержание
  1. Forbidden
  2. Forbidden
  3. Forbidden

Forbidden

Если вы человек, пожалуйста, скопируйте отчет и передайте его нашей службе технической поддержки,

либо пройдите капчу:

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Forbidden

Если вы человек, пожалуйста, скопируйте отчет и передайте его нашей службе технической поддержки,

либо пройдите капчу:

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Forbidden

Если вы человек, пожалуйста, скопируйте отчет и передайте его нашей службе технической поддержки,

либо пройдите капчу:

Малошумящий узкополосный лазер для измерения скорости и направления ветра с высокой точностью в системе Лидар

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий

Adblock
detector