Tuulen nopeuden mittaus

Tuulen nopeutta voidaan mitata monen eri tekniikan avulla. Erityisesti säähavaintojen mittaamiseen ja tietojen keräämiseen erikoistuneet sääasemat mittaavat myös tuulen nopeutta. Tämä on tärkeä tieto lentoliikenteelle ja merenkululle. Sääasemat mittaavat tuulta anemometriksi kutsutulla laitteella. Anemometrillä mitataan myös ilmanpainetta käyttäen paineanemometriä.

Nopeusanometrit tuulen nopeuden mittauksessa

Nopeusanemometri on erityisesti nopeuteen kehitetty laite, joka voidaan vielä jakaa eri kategorioihin toimintaperiaatteensa mukaisesti. Kategoriat ovat seuraavat:

  • propellianemometrit
  • akustiset anemometrit
  • kuppianemometrit
  • kuumalanka-anemomoetrit
  • laser-doppleranemometrit

Propellianemometri muistuttaa ulkomuodoltaan periteistä tuulimyllyä. Laitteen keskiakselin tulee olla vaakasuorassa. Tällöin se on suoraan tuulen suuntainen. Tuulen vaihdellessa suuntaansa seuraa laitteen akseli suunnan vaihdoksia. Laitteen tärkeimmät osat ovat sen pyörivä potkuri sekä samalla akselilla oleva peräsin. Näiden avulla saadaan yhdellä kertaa mitattua sekä tuulen suunta että nopeus.

Akustinen anemometrin ultraääniaallot määrittävät tuulen nopeuden mittauspisteessä. Laitteen avulla saadaan hyvin tarkat mitta-arvot jokaisesta ilmansuunnasta liikuttamatta itse laitetta.

Kuppianometri on rakennettu puolipallon muotoisista kupeista. Kuppeja on laitteessa kolmesta neljään ja ne liitetään vaakasuorasti ohueen varteen. Nämä puolipallon toisessa päässä omaavat kupit kiinnitetään pystysuoraan tankoon. Tuulen pyörittäessä kuppeja pystyvarressa, saadaan mitattua niiden pyörimisnopeus ja kierron pituuden avulla voidaan laskea tuulen nopeus.

Kuumalanka-anemometri pitää sisällään hyvin ohuen metallijohdon. Tämä kahden tai kolmen mikrometrin läpimitan omaava lanka kuumennetaan hieman ympäristöön lämpimämpään lämpötilaan. Tuulen nopeuden mittaus perustuu johtimen viilentymiseen tuulen puhaltaessa langan ympärillä. Käyttämällä tunnettuja fysiikan yhtälöitä, voidaan laskea tuulen nopeus käyttäen lämpöarvoeroa tuulen viilentäessä lankaa.

Laser-doppler-anemometri käyttää laseria tuulen nopeuden määrityksessä. Laite lähettää lasersäteitä joita ilman molekyylit heijastavat takaisin laitteeseen. Laitteen sisälle heijastuva valo havainnoidaan ja analysoidaan. Laite pystyy vertaamaan heijastuvaa sädettä lähetettyyn säteeseen. Ilmamolekyylien aiheuttava fysiikassa tunnetun Doppler-ilmiön, jonka avulla voidaan laskea molekyylien nopeus eli tuulen nopeus.

Yhteenveto

Osa tuulen mittaustekniikoista edustaa hyvin korkean tason teknologiaa. Laseria hyödyntävä laite on tarkin ja samalla kallein. Laite antaa kuitenkin tarkkaa tietoa tuulen voimakkuudesta ja on siten tarpeellinen esimerkiksi lentokentillä. Oli käytetty anturi mikä tahansa edellä mainituista, tulee se sijoittaa mahdollisimman korkealle paikalle. Tällaisella sijoittelulla saadaan mahdollisimman tarkka tieto tuulen nopeudesta.