[發明專利]光學式測風系統

有效

• 申請號: 201410776663.2
• 申請日: 2014-12-15
• 公開（公告）號: CN105759072B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 廖子毅;林榮貴;江智偉
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: G01P5/26
• 分類號: G01P5/26;G01P13/02
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;常大軍

一種光學式測風系統，包含一光源、一透鏡單元、一感測單元及一處理單元；光源用以發射連續波激光光；透鏡單元為單鏡單視野，透鏡單元具有相對的一第一側與一第二側，連續波激光由第一側射入透鏡單元，于第二側形成一擴束的連續波激光，擴束的連續波激光聚焦于一檢測位置并回傳一回波信號；感測單元設置于透鏡單元的第一側，上述回波信號通過透鏡單元投影至感測單元并產生一電壓信號；處理單元耦接于感測單元，由處理單元根據電壓信號的電壓變化而計算一目標物的走向。

技術領域

本發明涉及一種光學式測風系統，尤其涉及一種以連續波激光搭配光學聚焦系統取代同調脈沖激光、以電壓檢測取代傅立葉頻譜分析、以單鏡單視野與光電陣列的組合取代多軸掃描系統及單鏡單視野以形成一極小的觀測區而可避免寬視野在復雜地形區域的誤差的光學式測風系統。

背景技術

傳統風機是以尾置風速風向計進行測風，以控制風機指向。近年來，有利用激光進行測風，然現有激光測風系統的問題主要包含系統復雜、單價極高及需有寬視野。

針對系統復雜與單價極高部份，請參閱圖1所示，現有測風系統采用立體掃描，其檢測范圍呈現一錐形體，如圖1虛線區域所示，錐形體會隨著距離而急速擴張，于復雜地形環境容易受到地形阻擋，而在多塔架風機環境則容易受到其他風機阻擋，皆會影響檢測結果。此外，現有測風系統屬干涉放大架構，在都卜勒激光測風技術出現之后，將激光設置于機艙上，可量測風機前緣數百公尺處的風場，有效避免葉片流場的干擾。但是都卜勒系統需使用脈沖式同調(coherence)激光，同時系統需即時進行傅立葉運算，其頻譜技術需使用高速傅立葉轉換，而數據檢測/分析需使用高速運算主機，高運算需求、高功率消耗、高耗材成本，整體設備非常復雜，且單價極高，約需25000～35000歐元，且壽命短，一般不高于三年。因此無法普遍于風機配置。

其次，針對需有寬視野部份，由于都卜勒系統是在激光路徑上量測風速分量，對于風向的檢測需以不同夾角的激光指向以獲得風的方向，因此這個夾角越大越好。但是如此在數百公尺外會形成一個很寬的觀測區，在有地形效應的地方，會有方位誤判的潛在問題。

此外，現有測風系統是以風速量測為優先。例如已知一種風速檢測系統，該系統未設置聚焦裝置，且其使用分軸發射/接收，因此需要特定的交會位置，此外，該系統未使用單一光路，照明區域與強度無法校正，因此必須使用峰值檢測(peak detection)，但如此可能會檢測到獨立事件，影響檢測的準確度。

據此，相關技術領域人士亟需一種「簡化激光源、簡化運算、簡化觀測區且具有窄視野」的光學式測風系統，以解決現有相關問題，并可增加測風市場競爭力效果。

發明內容

在一實施例中，本發明提出一種光學式測風系統，包含一光源、一透鏡單元、一感測單元及一處理單元；光源用以發射連續波激光光；透鏡單元為單鏡單視野，透鏡單元具有相對的一第一側與一第二側，連續波激光由第一側射入透鏡單元，于第二側形成一擴束的連續波激光，擴束的連續波激光光聚焦于一檢測位置并回傳一回波信號；感測單元設置于透鏡單元的第一側，上述回波信號通過透鏡單元投影至感測單元并產生電壓信號；處理單元耦接于感測單元，由處理單元根據電壓信號的電壓變化而計算一目標物的走向。

以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

附圖說明

圖1為現有風機的測風系統；

圖2為本發明的一實施例的架構示意圖；

圖3為本發明進行測風的流程示意圖；

圖4為本發明的回波信號于感測單元成像的示意圖。

其中，附圖標記

100-光學式測風系統

10-光源

200-目標物