桥塔上可自动调整方位的风观测装置及其调整方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种桥塔上可自动调整方位的风观测装置及其调整方法，属于桥塔风传感观测领域，装置包括：风传感器、三角形支架、转动轴以及固定三角形支架的两条缆风索；还包括控制器，控制器与可编程逻辑控制器PLC、同步电机依次相连。方位调整方法主要步骤有：计算出不同来流风向时最优的风传感器安装角度；采集来流风向数据；计算风向变化量，并判断风向变化量是否大于5°；控制器对可编程逻辑控制器PLC发出指令；PLC控制同步电机开启，带动转动轴转动。本发明专利技术能自动调整桥塔上的风观测装置，其测得的数据准确性高。

【技术实现步骤摘要】
桥塔上可自动调整方位的风观测装置的调整方法
本专利技术涉及桥塔风观测领域，具体涉及桥塔上可自动调整方位的风观测装置及其调整方法。
技术介绍
为了确保桥梁结构在风荷载作用下的安全性，就必须合理确定桥位处的风场特性，现场实测是目前较有效也是采用较多的一种手段。现有的现场风观测试验装置中主要有塔上直接安装式、塔上固定支架式。桥塔的截面尺寸一般达到10m左右，由于桥塔的干扰，风传感器一般需要安装在来流风向的上游方向以减少桥塔对风传感器所在处的气流扰动。由于自然界的风向在不同时刻是不同的，特别是不同季节，桥位处的主导风向一般是不一致甚至是反向的，再加上塔上直接安装式和塔上固定安装式一旦安装其位置均不能随风向的改变而变化，因此当风向改变后，安装在支架上的风传感器受桥塔的影响较大，此时其数据的代表性较差，离散性较大，风观测数据的准确性也较差，因此这种塔上的风观测装置有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种桥塔上可自动调整方位的风观测装置以及此风观测装置的方位调整方法，使得在不同的风向下都能测得准确的风向数据，且无需人工干预，自动操作。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种桥塔上可自动调整方位的风观测装置，风传感器通过支柱固定在三角形支架一端，远离此端的三角形支架的一边固定在转动轴上，三角形支架与转动轴在同一竖直平面内，转动轴安装在桥塔上固定的轴承上，还设置有固定三角形支架的两条缆风索，两条缆风索的一端共同固定在所述三角形支架的上弦杆中部，另一端分别固定在桥塔上；风传感器通过数据采集线连接控制器，控制器与可编程逻辑控制器PLC、同步电机依次相连，此外，同步电机还连接到转动轴，控制转动轴转动。作为优化，所述缆风索由两段组成，一段为钢绞线，另一段为弹簧。一种采用桥塔上可自动调整方位的观测装置的方位调整方法，包括以下步骤：根据桥塔的形状特征，通过CFD数值模拟计算出在不同来流风向时最优的风传感器安装角度，并将这种对应关系存储在控制器中；风传感器采集来流风向数据；控制器根据当前的风向数据计算风向变化量，并判断风向变化量是否大于5°；若风向变化量未大于5°，则风传感器继续采集风向数据，若风向变化量大于5°，则控制器查找预先计算出的最优风传感器安装角度，之后对可编程逻辑控制器PLC发出指令；可编程逻辑控制器PLC接收到指令后，控制同步电机开启，带动转动轴转动，调整三角形支架安装角度，调整后，风传感器继续采集风向数据。作为一种改进，还包括数据存储步骤，存储的数据包括风传感器所采集到的风向数据和可编程逻辑控制器PLC所发出的方位调整角度值。本专利技术的有益效果是：由于本专利技术可根据来流风向的改变全程自动调整风传感器安装角度，使得风传感器的安装位置始终处于最优状态，该方式可以最大限度减少桥塔对风传感器的影响，提高风观测数据的代表性、准确性，同时减少由于测量方法不当引起的误差。此外，该装置安装方便，操作简易，安装后可以自动运行，运营过程中无需人工干预，并且本专利技术装置的安装成本较低，可适用于各种类型的桥塔或者其它的风观测塔，适用范围广。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明，其中：图1为本专利技术装置的主视图。图2为本专利技术装置的俯视图。图3为本专利技术装置的左视图。图4为本专利技术装置在风向改变时，其自动调整方位的效果示意图。图5为本专利技术中自动调整风观测装置方位的调整流程示意图。图6为本专利技术中风传感器与来流风向的夹角保持在最优角度为51°时的示意图。图中：1-风传感器；2-支柱；3-三角形支架；4-转动轴；5-轴承；6-数据采集线；7-控制器；8-可编程逻辑控制器PLC；9-同步电机；10-桥塔；11-钢绞线；12-弹簧；13-缆风索；14-上弦杆；图4中，平行箭头组表示风向，虚线表示调整前，实线表示调整后。具体实施方式本专利技术的目的是提供了一种桥塔上可自动适应风向的风观测装置及其调整方法，当桥位处的来流风向改变时，本装置可自动调整风传感器的安装角度以减少桥塔对风传感器的影响，其所得到的风观测数据代表性较好。如图1、图2和图3所示，此装置结构为：包括风传感器1，其可为螺旋桨式风速风向仪或者三维超声风速风向仪，风传感器1通过支柱2固定在三角形支架3一端，远离此端的三角形支架3的一边固定在转动轴4上，三角形支架3与转动轴4在同一竖直平面内，竖直平面即是相对于水平面而言，转动轴4安装在桥塔10上固定的轴承5上，还设置有固定三角形支架3的两条缆风索13，缆风索13具有一定弹性，其长度可以在一定范围内自由改变，两条缆风索13的一端共同固定在所述三角形支架3的上弦杆14（上弦杆14与另两条杆首尾相连组成三角形支架3）中部，另一端分别固定在桥塔10上；风传感器1通过数据采集线6连接控制器7，控制器7与可编程逻辑控制器PLC8、同步电机9依次相连，同步电机9还连接到转动轴4，可编程逻辑控制器PLC8用于接收控制器7传输过来的指令，根据指令控制同步电机9开始运转，同步电机9带动转动轴4转动，转动过程和效果如图4所示。本专利技术中所述的缆风索13由两段组成，一段为钢绞线11，另一段为弹簧12。采用本专利技术中可自动调整方位的风观测装置的方位调整方法，其调整步骤如图5所示，包括以下步骤：根据桥塔的形状特征，通过CFD（ComputationalFluidDynamics）数值模拟计算出不同来流风向时最优的风传感器1安装角度，并将这种对应关系存储在控制器7中；例如，如图6所示，这种对应关系与桥塔的截面形状有一定关系，CFD优化计算的结果表明近似圆形的桥塔其对应关系为：风传感器1与来流风向的夹角保持在51°是较优的安装位置。风传感器1采集来流风向数据；控制器7根据当前的风向数据计算风向变化量，并判断风向变化量是否大于5°；若风向变化量未大于5°，则风传感器1继续采集风向数据，若风向变化量大于5°，则控制器7查找预先计算出的最优风传感器1安装角度，之后对可编程逻辑控制器PLC8发出指令；可编程逻辑控制器PLC8接收到指令后，控制同步电机9开启，带动转动轴4转动，调整三角形支架3安装角度，调整后，风传感器1继续采集风向数据。另外，还包括数据存储步骤，存储的数据包括风传感器1所采集到的风向数据和可编程逻辑控制器PLC8所发出的方位调整角度值。具体的，例如在最优安装角度为51°情况下，当风向改变量为8°时，本装置做如下自动调整：第一步，风传感器1的数据实时传输到控制器7中；第二步，控制器7对数据进行存储和分析，控制器7中的微型计算机根据预先设定的判断标准（改变角度大于5°即进行调整）进行判断，判断表明风向角改变已经大于5°，需要调整三角形支架3；第三步，控制器7根据预先设定的对应关系计算出三角形支架3需要调整的角度值为8°；第四步，控制器7发送调整三角形支架3角度的指令到同步电机9的可编程逻辑控制器PLC8中；第五步，可编程逻辑控制器PLC8根据相应的指令启动同步电机9调整三角形支架3的安装角度，从而最终完成调整过程。调整完成后风传感器1的安装位置还是和来流风向保持在51°的最优安装角度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥塔上可自动调整方位的风观测装置，其特征在于：风传感器（1）通过支柱（2）固定在三角形支架（3）一端，远离此端的三角形支架（3）的一边固定在转动轴（4）上，所述三角形支架（3）与转动轴（4）在同一竖直平面内，所述转动轴（4）安装在桥塔（10）上固定的轴承（5）上，还设置有固定三角形支架（3）的两条缆风索（13），所述两条缆风索（13）的一端共同固定在所述三角形支架（3）的上弦杆（14）中部，另一端分别固定在桥塔（10）上；所述风传感器（1）通过数据采集线（6）连接控制器（7），所述控制器（7）与可编程逻辑控制器PLC（8）、同步电机（9）依次相连，所述同步电机（9）还连接到转动轴（4），控制所述转动轴（4）转动。

【技术特征摘要】
1.一种风观测装置的方位调整方法，其特征在于：包括以下步骤：风观测装置结构为：风传感器(1)通过支柱(2)固定在三角形支架(3)一端，远离此端的三角形支架(3)的一边固定在转动轴(4)上，所述三角形支架(3)与转动轴(4)在同一竖直平面内，所述转动轴(4)安装在桥塔(10)上固定的轴承(5)上，还设置有固定三角形支架(3)的两条缆风索(13)，所述两条缆风索(13)的一端共同固定在所述三角形支架(3)的上弦杆(14)中部，另一端分别固定在桥塔(10)上；所述风传感器(1)通过数据采集线(6)连接控制器(7)，所述控制器(7)与可编程逻辑控制器PLC(8)、同步电机(9)依次相连，所述同步电机(9)还连接到转动轴(4)，控制所述转动轴(4)转动；根据桥塔的形状特征，通过CFD数值模拟计算出在...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明金，李永乐，向活跃，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51