[發明專利]一種風場的測量裝置、系統及測量方法

在審

• 申請號: 202010612634.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN113866845A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 韓艷;沈煉;汪闊;楊瑛;蔡春聲;胡朋
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00;G01P5/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種風場的測量裝置，其特征在于：包括牽引模塊和量測模塊，所述牽引模塊包括無人機和維桿，當目標測點的風速屬于低風速區時，采用方案A；屬于高風速區時，采用方案B；

方案A：所述量測模塊為風速儀，所述維桿橫式擺放并穿插于無人機機身下部，所述維桿上設有風速儀和配重塊，所述風速儀位于來流側，所述配重塊位于所述風速儀的對稱側，在目標測點上所述風速儀的實測風速為目標測點的實際風速；

方案B：所述量測模塊包括風速儀和加速度傳感器，所述維桿豎式擺放，所述維桿的一端固定無人機，另一端固定風速儀和加速度傳感器，所述測量裝置用于采集數據以便計算出目標測點的實際風速，如下：

式中，為目標測點的實際風速，為使用風速儀得到的目標測點的最終風速，為使用加速度傳感器得到的維桿端的搖晃速度，為無人機懸停時機翼旋轉對空氣向下產生的速度。

2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：目標測點的初測風速低于預設風速閾值時，目標測點處于低風速區；高于或等于預設風速閾值時，目標測點處于高風速區。

3.根據權利要求2所述的測量裝置，其特征在于：所述預設風速閾值的取值范圍為：[4，6]m/s。

4.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：使用風速儀測出的最終速度按照如下公式獲取：

式中，為風速儀的偏角引起的修正系數，為風速儀的實測風速，θ為來風時維桿與豎向產生的角度，c_x風速儀空氣阻力系數，ρ為無人機測定高度處的空氣密度，s_Lx為風速儀在水平方向的投影面積，T為維桿產生的拉力，m為風速儀的質量，為加速度傳感器測得的桿端加速度。

5.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：維桿端的搖晃速度按照如下公式計算：

式中，為維桿端加速度傳感器測得的桿端加速度，t表示時間。

6.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：無人機懸停時機翼旋轉對空氣向下產生的速度按照如下公式計算：

式中，P為無人機的輸出功率，M為無人機和維桿的總質量，g為重力加速度，方向為豎直向下。

7.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述維桿為碳纖維桿，長度的取值范圍為：[80,120]cm。

8.根據權利要求1所述的測量裝置，其特征在于：所述測量裝置為城市冠層風場的測量裝置。

9.一種基于權利要求1-8任一項所述測量裝置的系統，其特征在于：包括所述測量裝置和計算機，所述計算機與所述測量裝置連接，采用方案B時，所述計算機利用所述測量裝置采集的數據進行數據計算得到目標測點的風速。

10.一種基于權利要求1-8任一項所述測量裝置的風場測量方法，其特征在于：包括如下步驟：

首先，鑒別目標測點的風速是屬于低風速區還是高風速區，若屬于低風速區，采用方案A；若屬于高風速區，采用方案B；

然后，控制無人機飛行直至測量裝置達到目標測點，以及根據方案A或方案B獲取目標測點的實際風速。