2. Các nguyên lý đo của cảm biến
2.1 Cảm biến đo gió WINDCAP
WXT510 sử dụng cảm biến Vaisala WINDCAP® trong việc đo gió. Các cảm biến gió là ba cột đầu dò siêu âm cách đều nhau trên một mặt phẳng nằm ngang. Hướng gió và tốc độ gió được xác định bằng cách đo thời gian sóng siêu âm di chuyển từ đầu dò này sang tới hai đầu dò còn lại và ngược lại. Thời gian vận chuyển này phụ thuộc vào tốc độ gió dọc theo đường siêu âm. Đối với lúc tốc độ gió bằng 0, cả thời gian di chuyển giữa 2 cột chiều đến và chiều đi là như nhau. Nếu có gió tồn tại dọc trên đường đi của âm thanh có nghĩa là thời gian truyền của hướng gió đi thuận so với hướng gió sẽ giảm, và thời gian truyền của hướng gió đi ngược so với hướng gió sẽ tăng.
Cảm biến đo gió đo thời gian di chuyển của sóng siêu âm theo cả 2 hướng. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào tốc độ gió dọc theo đường đi của sóng siêu âm. Nếu tốc độ gió bằng 0 có nghĩa là thời gian sóng truyền xuôi và ngược bằng nhau. Nếu có gió tồn tại dọc trên đường đi của âm thanh có nghĩa là thời gian truyền của hướng gió đi lên sẽ tăng và đi xuống sẽ giảm. Từ các thời gian truyền đo được tại 3 đường khác nhau, bộ vi điều khiển sẽ tính toán tốc độ và hướng gió theo chiều ngang. Tốc độ gió theo thời gian di chuyển đo được được tính theo công thức sau:
w 1 1 0.5. .( ) f r V L t t = − (2.1) Trong đó:s • Vw - tốc độ gió
• L - khoảng cách giữa 2 cột đầu dò cảm biến • tf - thời gian truyền theo chiều thuận
• tr - thời gian truyền theo hướng ngược
Đo 6 thời gian truyền giữa 3 cọc (2 chiều) sẽ được 3 giá trị Vw cho mỗi cặp 3 đường đi của sóng siêu âm. Tốc độ gió tính được là độc lập với độ cao, nhiệt độ và độ
ẩm do các đại lượng này bị khử đi khi đo thời gian truyền theo cả 2 hướng, mặc dù từng thành phần thời gian thì lại phụ thuộc vào các đại lượng trên. Giá trị Vwcủa 2 đường này là đủ để tính được tốc độ cũng như hướng gió. Với kĩ thuật xử lý tín hiệu thì có thể tính toán được tốc độ và hướng gió từ 2 đường này với chất lượng tốt nhất.
Tốc độ gió được coi là 1 đại lượng vô hướng có đơn vị m/s, kt, mph, km/h. Hướng gió được biều thị bằng độ (o). Hướng gió được ghi bằng WXT510 cho biết hướng mà gió thồi tới cảm biến. Hướng bắc là 0o, đông là 90o
, nam là 180o, tây là 270o. Hướng gió được không tính được khi tốc độ gió giảm xuống dưới 0.05m/s. Trong trường hợp này, đầu ra được tính gần thời điểm đo nhất sẽ được duy trì cho đến khi tốc độ gió lại tăng đến 0.05m/s.
Giá trị trung bình của tốc độ và hướng gió được tính như 1 đại lượng trung bình vô hướng của tất cả các mẫu trong toàn bộ khoảng thời gian trung bình được chọn (1…900s). Số lượng mẫu tuỳ thuộc vào tốc độ lấy mẫu: 4 Hz (mặc định), 2 Hz hoặc 1 Hz. Các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ và hướng gió đại diện cho các cực trị đáp ứng trong khoảng thời gian trung bình được chọn.