مقياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية هو جهاز عالي الدقة يقيس سرعة الرياح واتجاهها باستخدام تقنية الموجات فوق الصوتية. بالمقارنة مع مقاييس سرعة الرياح الميكانيكية التقليدية، تتميز مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية بعدم وجود أجزاء متحركة، ودقة عالية، وانخفاض تكاليف الصيانة، ما يجعلها مستخدمة على نطاق واسع في العديد من المجالات في أمريكا الشمالية. من رصد الأرصاد الجوية إلى توليد طاقة الرياح، إلى سلامة المباني والإدارة الزراعية، تلعب مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية دورًا مهمًا في توفير بيانات دقيقة لسرعة الرياح واتجاهها.
1. مبدأ عمل ومزايا مقياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية
1.1 مبدأ العمل
تحسب أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية سرعة الرياح واتجاهها بقياس فرق التوقيت بين الموجات فوق الصوتية المنتشرة في الهواء. ويعتمد مبدأ عملها على:
يتم تجهيز الجهاز عادة بزوجين أو ثلاثة أزواج من أجهزة استشعار الموجات فوق الصوتية، والتي ترسل وتستقبل الإشارات فوق الصوتية في اتجاهات مختلفة.
عندما يتدفق الهواء، فإن زمن انتشار الموجات فوق الصوتية في اتجاهي الريح المعاكس والريح المعاكس سيكون مختلفًا.
من خلال حساب فارق التوقيت، يمكن للجهاز قياس سرعة الرياح واتجاهها بدقة.
1.2 المزايا
دقة عالية: يمكن لأجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية قياس تغييرات سرعة الرياح التي تصل إلى 0.01 متر/ثانية، وهي مناسبة للسيناريوهات ذات متطلبات الدقة العالية.
لا يوجد أجزاء متحركة: نظرًا لعدم وجود أجزاء ميكانيكية، فإن أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية ليست عرضة للتآكل والتلف ولديها تكاليف صيانة منخفضة.
التنوع: بالإضافة إلى سرعة الرياح واتجاهها، يمكن لبعض أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية أيضًا قياس درجة الحرارة والرطوبة وضغط الهواء.
في الوقت الحقيقي: يمكنه توفير بيانات سرعة الرياح واتجاهها في الوقت الحقيقي، وهو مناسب لسيناريوهات التطبيق التي تتطلب استجابة سريعة.
2. حالات التطبيق في أمريكا الشمالية
2.1 خلفية التطبيق
أمريكا الشمالية منطقة شاسعة ذات مناخات متنوعة، من المناطق الباردة في كندا إلى المناطق المعرضة للأعاصير في جنوب الولايات المتحدة. يُعدّ رصد سرعة الرياح واتجاهها أمرًا بالغ الأهمية للعديد من الصناعات. وقد استُخدمت مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في رصد الأرصاد الجوية، وتوليد طاقة الرياح، وسلامة المباني، والإدارة الزراعية، نظرًا لدقتها وموثوقيتها العالية.
2.2 حالات تطبيقية محددة
الحالة 1: مراقبة سرعة الرياح في مزارع الرياح في الولايات المتحدة
تُعد الولايات المتحدة الأمريكية من الدول الرائدة عالميًا في توليد طاقة الرياح، وتُعدّ مراقبة سرعة الرياح أمرًا بالغ الأهمية لتشغيل مزارع الرياح. في إحدى مزارع الرياح الكبيرة في تكساس، تُستخدم مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية لتحسين تشغيل توربينات الرياح. وتشمل تطبيقاتها المحددة ما يلي:
طريقة النشر: تركيب أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية على الجزء العلوي من توربينات الرياح لمراقبة سرعة الرياح واتجاهها في الوقت الحقيقي.
تأثير التطبيق:
بفضل بيانات سرعة الرياح الدقيقة، يمكن لتوربينات الرياح ضبط زوايا الشفرات وفقًا لسرعة الرياح لتحقيق أقصى قدر من كفاءة توليد الطاقة.
في ظروف الرياح القوية، تساعد البيانات التي توفرها أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية المشغلين على إيقاف تشغيل التوربينات في الوقت المناسب لتجنب تلف المعدات.
في عام 2022، زادت مزرعة الرياح من كفاءة توليد الطاقة بنحو 8% بفضل استخدام مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية.
الحالة الثانية: شبكة الرصد الجوي الكندية
أنشأت هيئة الأرصاد الجوية الكندية شبكة رصد جوي مكثفة في جميع أنحاء البلاد، وتُعدّ مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية جزءًا أساسيًا منها. في ألبرتا، تُستخدم مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية لرصد الظواهر الجوية المتطرفة. وتشمل تطبيقاتها المحددة ما يلي:
طريقة النشر: تركيب أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية في محطات الأرصاد الجوية ودمجها مع أجهزة استشعار الأرصاد الجوية الأخرى.
تأثير التطبيق:
مراقبة سرعة الرياح واتجاهها في الوقت الفعلي، وتوفير دعم البيانات لتحذيرات الأعاصير والعواصف الثلجية.
في عاصفة ثلجية عام 2021، ساعدت البيانات التي قدمتها أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية المكتب الأرصاد الجوية على إصدار تحذيرات مسبقة وتقليل الخسائر الناجمة عن الكوارث.
الحالة 3: مراقبة أحمال الرياح في المباني الشاهقة في الولايات المتحدة
في المدن الكبرى، مثل شيكاغو ونيويورك في الولايات المتحدة، يجب أن يُراعي تصميم المباني الشاهقة الآمن تأثير حمل الرياح. تُستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية لمراقبة سرعة الرياح واتجاهها حول المباني لضمان سلامتها. وتشمل تطبيقاتها المحددة ما يلي:
طريقة النشر: قم بتثبيت أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية على الجزء العلوي وجوانب المبنى لمراقبة أحمال الرياح في الوقت الحقيقي.
تأثير التطبيق:
تساعد البيانات المقدمة المهندسين على تحسين تصميم المباني وتحسين مقاومة الرياح للمباني.
في ظروف الرياح القوية، يتم استخدام بيانات أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية لتقييم سلامة المباني وضمان سلامة السكان والمشاة.
الحالة 4: مراقبة سرعة الرياح في الزراعة الدقيقة في أمريكا الشمالية
في الزراعة الدقيقة بأمريكا الشمالية، يُعدّ رصد سرعة الرياح أمرًا بالغ الأهمية لرش المبيدات وإدارة الري. في مزرعة كبيرة بكاليفورنيا، تُستخدم أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية لتحسين عمليات رش المبيدات. وتشمل تطبيقاتها المحددة ما يلي:
طريقة النشر: تركيب أجهزة قياس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية في الأراضي الزراعية لمراقبة سرعة الرياح واتجاهها في الوقت الحقيقي.
تأثير التطبيق:
ضبط معلمات عمل معدات الرش وفقًا لبيانات سرعة الرياح لتقليل انجراف المبيدات وتحسين كفاءة الرش.
وفي عام 2020، انخفض استخدام المبيدات الحشرية بنسبة 15%، في حين تحسن تأثير حماية المحاصيل.
3. الخاتمة
أثبتت مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية مزاياها المتمثلة في الدقة العالية والموثوقية العالية والتنوع في العديد من المجالات في أمريكا الشمالية. بدءًا من توليد طاقة الرياح، مرورًا برصد الأرصاد الجوية، وصولًا إلى سلامة المباني والإدارة الزراعية، توفر مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية دعمًا مهمًا للبيانات في هذه المجالات. وفي المستقبل، ومع استمرار تطوير التكنولوجيا وتوسيع نطاق تطبيقاتها، ستتسع آفاق استخدام مقاييس سرعة الرياح بالموجات فوق الصوتية في أمريكا الشمالية.
وقت النشر: ١٨ فبراير ٢٠٢٥