BR112017018475B1

BR112017018475B1 - Sensor de velocidade de vento

Info

Publication number: BR112017018475B1
Application number: BR112017018475-3A
Authority: BR
Inventors: Christopher M. Masucci
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2015-05-21
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2021-04-06
Also published as: AU2016264113B2; BR112017018475A2; WO2016187245A1; EP3298356A1; EP3298356A4; US20160341757A1; EP3298356B1; US9753053B2; ES2786556T3; AU2016264113A1

Abstract

um sensor de velocidade de vento (11) compreende uma plataforma inferior (32) e uma plataforma superior (34). pilares (40) são posicionados ou conectados entre a plataforma superior (34) e a plataforma inferior (32). sensores ultrassônicos (10) são presos aos seus pilares correspondentes (40). um elemento de proteção inferior (38) se estende para fora a partir de um sensor ultrassônico (10) de referência por uma distância radial maior do que uma separação radial entre qualquer par dos sensores ultrassônicos (10).

Description

SENSOR DE VELOCIDADE DE VENTO

Campo da Descrição

[001] Esta descrição refere-se a um sensor de velocidade de vento para um veículo.

Fundamentos da técnica

[002] Sensores de velocidade de vento da técnica anterior podem ser montados em veículos para estimar a velocidade de vento. Entretanto, certos sensores de vento da técnica anterior apresentam um erro de medição significativo quando um veículo fora de estrada se desloca em uma área ou campo de trabalho. Assim, existe a necessidade de melhorar o desempenho do sensor de vento para reduzir erros de medição do movimento do veículo.

Sumário

[003] De acordo com uma modalidade, um sensor de velocidade de vento compreende uma plataforma inferior e uma plataforma superior. Pilares são posicionados ou conectados entre a plataforma superior e a plataforma inferior. Sensores ultrassônicos são presos aos seus pilares correspondentes. Um elemento de proteção inferior se estende para fora a partir de um sensor ultrassônico de referência por uma distância radial maior do que uma separação radial entre qualquer par dos sensores ultrassônicos.

Breve Descrição dos Desenhos

[004] A FIG. 1 é uma vista em perspectiva de uma primeira modalidade do sensor de velocidade de vento.

[005] A FIG. 2 é uma vista em perspectiva de uma segunda modalidade do sensor de velocidade de vento.

[006] A FIG. 3 é um diagrama de blocos de um conjunto de eletrônicos do sensor de velocidade de vento da FIG. 1 ou FIG. 2.

Descrição Detalhada das Modalidade

[007] De acordo com uma modalidade, um sensor de velocidade de vento 11 compreende uma plataforma inferior 32 e uma plataforma superior 34. Os pilares 40 são posicionados ou conectados entre a plataforma superior 34 e a plataforma inferior 32. Sensores ultrassônicos (10, 12) são presos aos seus pilares correspondentes 40. Um elemento de proteção inferior 38 se estende para fora a partir de um sensor ultrassônico de referência 10 por uma distância radial 103 maior do que uma separação radial 101 entre qualquer par dos sensores ultrassônicos (10,12). Na ausência do elemento de proteção inferior 38, do elemento de proteção superior 36, ou ambos, a turbulência criada pelo formato irregular do veículo pode distorcer ou mudar o fluxo de ar detectado por um ou mais sensores ultrassônicos (10,12), que pode fazer com que ele leia uma velocidade de vento imprecisa incluindo a direção de vento, a magnitude da velocidade de vento, ou ambos. O elemento de proteção inferior 38 é posicionado abaixo dos sensores ultrassônicos (10, 12) e o elemento de proteção superior 36 é posicionado acima do sensor ultrassônico para endireitar e guiar o fluxo de ar detectado por um ou mais sensores (10, 12), ao mesmo tempo que deflete a turbulência acima ou abaixo dos elementos de proteção (36,38).

[008] Em uma modalidade, uma plataforma inferior 32 compreende uma estrutura substancialmente cilíndrica, uma estrutura substancialmente poligonal, ou uma estrutura substancialmente retangular. Em uma modalidade, a plataforma superior 34 compreende uma estrutura substancialmente cilíndrica, uma estrutura substancialmente poligonal, ou uma estrutura substancialmente retangular. A plataforma inferior 32 ou a plataforma superior 34 pode ser formada pela união de um primeiro elemento de alojamento e um segundo elemento de alojamento para alojar um conjunto de eletrônicos 112, poupar os sensores ultrassônicos (10,12). Para fins ilustrativos, o conjunto de eletrônicos 112 é ilustrado em linhas tracejadas ou fantasmas na FIG. 1 dentro da plataforma inferior 32, embora outras modalidades possam se enquadrar no escopo das reivindicações anexas. O conjunto de eletrônicos 112 é descrito em maiores detalhes em conjunto com a FIG. 3.

[009] Um conjunto pilares 40 é posicionado entre ou conectado à plataforma superior 34 e a plataforma inferior 32. Embora os pilares 40 sejam mostrados com uma seção transversal substancialmente circular, cada pilar pode ter qualquer formato em seção transversal tal como substancialmente elíptico, retangular, triangular, ou de outra forma. Conforme mostrado na FIG. 1, cada pilar 40 tem um entalhe ou rebaixo (por exemplo, um entalhe semicilíndrico) para receber ou montar um sensor ultrassônico correspondente dentro do entalhe ou rebaixo.

[0010] Os sensores ultrassônicos (10,12) são presos aos seus pilares correspondentes 40 por fixadores, uma conexão de encaixe por pressão, ou ligação adesiva, por exemplo. Pelo menos dois sensores ultrassônicos 10 são requeridos para fornecer uma estimativa de velocidade de vento, embora três ou mais sensores ultrassônicos (10,12) possam fornecer estimativas mais precisas. Os sensores ultrassônicos 12 são mostrados como linhas tracejadas nas FIG. 1, FIG. 2 e FIG. 3, porque os sensores ultrassônicos são opcionais.

[0011] Em uma modalidade, um elemento de proteção inferior 38 se estende para fora por uma distância radial 103 que é substancialmente igual à distância radial 103 do elemento protetor superior 36. Em outra modalidade, o elemento de proteção inferior 38 se estende para fora a partir de um sensor ultrassônico de referência 10 (ou qualquer sensor ultrassônico arbitrário) por uma distância radial maior 103 do que uma separação radial 101 entre qualquer par dos sensores ultrassônicos (10,12). Similarmente, em certas modalidades, o elemento de proteção superior 36 se estende para fora a partir de um sensor ultrassônico (10, 12) por uma distância radial 103 maior do que uma separação radial 101 entre qualquer par dos sensores ultrassônicos (10,12). Se o sensor ultrassônico é localizado juntamente com um pilar 40, a distância radial 103 e a separação radial 101 pode ser medida a partir de um eixo geométrico vertical central 55 de cada pilar 40, por exemplo.

[0012] O elemento de proteção superior 36 e o elemento de proteção inferior 38 podem ter virtualmente qualquer formato perimetral (por exemplo, curvado, circular, elíptica, elíptico, conformado em anel, conformado em leque ou poligonal) desde que o elemento de proteção superior 36 e o elemento de proteção inferior 38 sejam substancialmente planares ou geralmente planos. Conforme ilustrado, na FIG. 1, o elemento de proteção superior 36 é substancialmente anular e substancialmente planar. Similarmente, o elemento de proteção inferior 38 é substancialmente anular e substancialmente planar. Em certas modalidades, o elemento de proteção superior 36 pode ser referido como um disco ou um elemento conformado em disco; o elemento de proteção inferior 38 pode ser referido como um disco ou um elemento conformado em disco.

[0013] Em uma modalidade, o elemento de proteção superior 36 é preso a pelo menos uma porção de uma superfície inferior 38 da plataforma superior 34. Por exemplo, o elemento de proteção superior 36 é adesivamente ligado a pelo menos uma porção (por exemplo, uma superfície de anel externa) da superfície inferior 38 da plataforma superior 34. Em certas modalidades, o elemento de proteção inferior 38 é preso a pelo menos uma porção de uma superfície superior 35 (por exemplo, uma superfície anular externa) da plataforma inferior 32. Por exemplo, o elemento de proteção inferior 38 é adesivamente ligado a pelo menos uma porção da superfície inferior 35 da plataforma superior 34.

[0014] O sensor de velocidade de vento 11 é capaz de montar em um veículo ou instrumento, ou uma estrutura estacionária. O sensor de velocidade de vento 11 é bem adequado para montagem em construção agrícola, silvicultura e outros veículos de trabalho fora de estrada, ou seus instrumentos associados. Uma extremidade de um eixo de suporte 44 é conectada à plataforma inferior 32 e uma extremidade oposta do eixo de suporte tem um flange 46 para conexão com o veículo, instrumento, ou outra estrutura 48 através de um ou mais fixadores 50.

[0015] O sensor de velocidade de vento 111 da FIG. 2 é similar ao sensor de velocidade de vento 11 da FIG. 1, exceto que na FIG. 2, cada elemento de proteção superior 136 e o elemento de proteção inferior 138 tem um ressalto, colar ou cubo. Elementos semelhantes nas FIG. 1 e FIG. 2 são indicados por números de referência semelhantes.

[0016] Na FIG. 2, o elemento de proteção superior 136 tem um ressalto, colar ou cubo 52 para conjugação com um perímetro externo da plataforma superior 34 e o elemento de proteção inferior 138 tem um ressalto, colar ou cubo 52 para conjugação com um perímetro externo da plataforma inferior 32.

[0017] Em certas modalidades, o ressalto, colar ou cubo 52 é encaixado por pressão sobre o perímetro externo da plataforma superior 34 para prender o elemento protetor superior 136 na plataforma superior 34. Similarmente, o ressalto, colar ou cubo 52 é encaixado por pressão sobre o perímetro externo da plataforma inferior 32 para prender o elemento de proteção superior 136 na plataforma inferior 32.

[0018] Em uma configuração alternativa, o ressalto, colar ou cubo 52 do elemento de proteção inferior 138 ou elemento de proteção superior 136 pode ser adesivamente ligado, soldado ou preso (com fixadores) na plataforma de proteção inferior ou na plataforma de proteção superior, respectivamente.

[0019] Na FIG. 3, a plataforma inferior 32, a plataforma superior 34, ou ambos podem compreender um invólucro de eletrônicos com uma primeira porção de invólucro e uma segunda porção de invólucro correspondente que encerra o conjunto de eletrônicos 112 ilustrado no diagrama de blocos. Por exemplo, o primeiro invólucro pode se encasar com a segunda porção de invólucro, ou a primeira porção de invólucro pode compreender uma tampa para montagem em um recipiente que incorpora a segunda porção de invólucro. O conjunto de eletrônicos 112 tem um ou mais sensores ultrassónicos (10,12) que são arranjados para sensorear ou detectar a velocidade de vento. Por exemplo, os sensores ultrassônicos (10, 12) são posicionados em associação com pilares correspondentes 40 como ilustrado na FIG. 1 ou FIG. 2, por exemplo.

[0020] Cada sensor ultrassônico (10,12) compreende um transdutor ultrassônico que tem terminais sensores. Uma unidade de operação 16 é acoplada aos terminais sensores para acionar o sensor ultrassônico (10, 12) para produzir ou transmitir um pulso de som ou pulso de ruído no tempo de transmissão. Cada sensor ultrassônico (10,12) pode gerar ou transmitir um pulso de som ou pulso de ruído dentro de uma banda de frequência de medição (por exemplo, aproximadamente de 150 Hz a aproximadamente 450 kHz).

[0021] Cada sensor ultrassônico (10,12) pode receber, detectar ou sensorear um pulso de som ou pulso de ruído dentro de uma banda de frequência de medição (por exemplo, aproximadamente de 150 Hz a aproximadamente 450 kHz). Terminais de entrada do multiplexador 14 são acoplados aos terminais sensores de um ou mais sensores ultrassônicos (10,12). Em uma base multiplexada no tempo, o multiplexador 14 recebe sinais recebidos que contêm medições de tempo de recepção e outros parâmetros de sinal (por exemplo, magnitude e deslocamento de frequência) de pulsos de som a partir de um ou mais sensores ultrassônicos (10,12). A saída do multiplexador 14 é alimentada a um conversor analógico para digital 18 que recebe sinais de um ou mais dos sensores ultrassônicos (10,12) através do multiplexador 14.

[0022] Um processador de dados eletrônico 26 compreende um microcontrolador, um microprocessador, uma rede de portas programáveis, um circuito integrado específico de aplicação, um processador de sinal digital, ou outro processador de dados para armazenar, recuperar, manipular ou processar dados. O processador de dados 26 é acoplado a um barramento de dados 24. Por sua vez, o barramento de dados 24 é conectado a uma ou mais portas de dados 22 e um dispositivo de armazenamento de dados 30.

[0023] O dispositivo de armazenamento de dados 30 compreende uma memória eletrônica, uma memória de acesso aleatório não-volátil, um dispositivo de armazenamento magnético, um dispositivo de armazenamento óptico, uma unidade de disco rígido, ou semelhante. O dispositivo de armazenamento de dados 30 pode armazenar software ou instruções que podem ser executados pelo processador de dados 26. Por exemplo, o dispositivo de armazenamento de dados 30 pode armazenar um estimador de velocidade de vento 28.

[0024] O processador de dados 26 ou estimador de velocidade de vento 28 lê medições de tempo de recepção e outros parâmetros de sinal (por exemplo, magnitude ou deslocamento de frequência) de pulsos de som a partir de um ou mais sensores ultrassônicos (10, 12) em uma base multiplexada em intervalos de tempo. O processador de dados 26 ou estimador de velocidade de vento 28 determina uma diferença de tempo entre um tempo de transmissão do pulso de som a partir de um sensor ultrassônico (10, 12) e o tempo de recepção do pulso de ruído transmitido nos outros sensores ultrassônicos (10, 12) fornece uma indicação da velocidade de vento, incluindo a direção de vento e a velocidade de vento. A direção de vento requer que o sensor de vento (11, 111) seja orientado com uma direção conhecida para o rumo norte ou que o rumo do veículo seja conhecido para um sensor de velocidade de vento montado no veículo (11 ou 111).

[0025] Em uma modalidade, um receptor de determinação de localização 20 (por exemplo, um receptor de navegação por satélite) pode fornecer dados de localização 17, dados de rumo 19, ou ambos para o processador de dados 26, de modo que o processador de dados 26 possa compensar um vetor de movimentação do veículo. Por exemplo, o processador de dados 26 pode subtrair o vetor de movimentação do veículo a partir de um vetor de velocidade de vento estimado, para anular o efeito do rumo do veículo sobre a orientação para o norte do sensor de velocidade de vento (11 ou 111).

[0026] Em uma modalidade, o processador de dados 26 ou o estimador de velocidade de vento 28 é programado ou arranjado para processar os dados sinais recebidos para fornecer uma estimativa do vetor de velocidade de vento com base nas medições dos sensores ultrassônicos (10, 12) e os dados de localização 17 e os dados de rumo 19 do receptor de determinação de localização 20. O processador de dados 26 pode medir o tempo de transmissão de pulsos de som, o tempo de recepção correspondente dos pulsos de som transmitidos em um ou mais sensores ultrassônicos (10,12), e a magnitude ou outros parâmetros de sinal.

[0027] Tendo descrito uma ou mais modalidades, tornar-se-á aparente que várias modificações podem ser feitas sem que se afaste do escopo da invenção, como definido nas reivindicações anexas. Outras modalidades da invenção podem incluir qualquer combinação de características a partir de uma ou mais reivindicações dependentes, e tais características podem ser incorporadas, coletivamente ou separadamente, em qualquer reivindicação independente.

Claims

Sensor de velocidade de vento (11, 111), compreendendo:
uma plataforma inferior (32);
uma plataforma superior (34);
uma pluralidade de pilares (40) entre e conectados à plataforma superior (34) e a plataforma inferior (32), os pilares (40) possuindo um eixo vertical central respectivo (55);
um elemento de proteção inferior (38, 138)
substancialmente planar e substancialmente anular preso a pelo menos uma parte de uma superfície superior da plataforma inferior (32) e definindo uma direção radial, o elemento de proteção (38, 138) se estendendo em uma direção perpendicular ao eixo central (55) dos pilares (40); e
uma pluralidade de sensores ultrassônicos (10, 12) presos a pilares correspondentes dos pilares (40), com pares de sensores ultrassônicos (10, 12) espaçados na direção radial por uma separação radial (101),
caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção inferior (38, 138) se estende para fora de maneira radial a partir do eixo vertical (55) dos pilares (40) por uma distância radial (103) maior do que a separação radial (101) entre qualquer par dos sensores ultrassônicos (10, 12).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um elemento de proteção superior (36, 136) que se estende para fora a partir de um dos sensores ultrassônicos (10, 12) por uma distância radial (103) maior do que uma separação radial (101) entre qualquer par dos sensores ultrassônicos (10, 12).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção superior (36, 136) é substancialmente anular e substancialmente planar.
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção superior (36, 136) é preso a pelo menos uma porção de uma superfície inferior da plataforma superior (34).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção superior (36, 136) é adesivamente ligado a pelo menos uma porção da superfície inferior da plataforma superior (34).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção superior (136) tem um ressalto, colar ou cubo (52) para conjugação com um perímetro externo da plataforma superior (34).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o ressalto, colar ou cubo (52) tem uma conexão de encaixe por pressão sobre o perímetro externo da plataforma superior (34).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção inferior (38, 138) é adesivamente ligado a pelo menos uma porção da superfície superior da plataforma inferior (32).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de proteção inferior (38) tem um ressalto, colar ou cubo (52) para conjugação com um perímetro externo da plataforma inferior (32).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o ressalto, colar ou cubo (52) tem uma conexão de encaixe por pressão sobre o perímetro externo da plataforma inferior (32).
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de vento (11, 111) é montado sobre um veículo ou um instrumento.
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que:
cada sensor ultrassônico (10, 12) possui terminais de sensor;
a plataforma inferior (32) compreende um invólucro de eletrônicos (112) que encerra o seguinte:
um multiplexador (14) acoplado aos terminais de sensor;
um acionador (16) acoplado aos terminais de sensor;
um conversor analógico para digital (18) recebendo sinais de um ou mais dos sensores ultrassônicos (10, 12) através do multiplexador;
um processador de dados (26) para processar os sinais recebidos para fornecer uma estimativa do vetor de velocidade de vento.
Sensor de vento de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente um receptor de determinação de localização (20) para fornecer dados de localização ao processador de dados (26), de modo que o processador de dados (26) possa remover um vetor de movimentação do veículo do vetor de velocidade de vento estimado, o vetor de movimentação do veículo baseado no rumo do veículo, velocidade do veículo, ou ambos.