ES2337499T3 - Dispositivo de medicion laser y metodo. - Google Patents
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Abstract
Un dispositivo de medida (50) que comprende una parte de transmisión (66) que posee un mecanismo de exploración para transmitir una radiación a una pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante a través de una ventana (54), una parte de recepción (66) para detectar la radiación de retorno desde el volumen de prueba distante a través de dicha ventana y un procesador (66) para analizar la radiación de retorno detectada, teniendo dicha ventana asociada un aparato de limpieza de la ventana (56; 58; 60; 62; 64) para limpiar dicha ventana en respuesta a una señal de activación de limpieza, estando el procesador preparado para generar una señal de activación de limpieza para activar el aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha radiación de retorno desde el volumen de prueba distante detectada sean indicativas de una reducción en la transmisión a través al menos de parte de dicha ventana caracterizado porque el procesador está preparado para determinar la potencia media de retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno de una pluralidad de sectores angulares mutuamente excluyentes (A-H), correspondiendo cada sector angular a un intervalo de ángulos de transmisión de la radiación desde el dispositivo y para generar una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de la radiación desde el dispositivo.
Description
Dispositivo de medición láser y método.
La presente invención se refiere a dispositivos
de medición láser, tales como dispositivos de radar láser con
exploración (lidar, light detection and ranging; detección y
medición a través de luz) para anemometría y similares, y en
particular a dispositivos de medición láser de este tipo que son
adecuados para su incorporación en una cubierta hermética
Los dispositivos lidar son bien conocidos y se
han utilizado para medir perfiles de viento durante muchos años. El
principio básico de un dispositivo lidar es dirigir un haz láser a
un punto o región del espacio y detectar la señal de retorno. La
medida del desplazamiento por efecto Doppler de la luz
retrodifundida por pequeñas partículas naturales y gotitas
(aerosoles) presentes en la atmósfera se utiliza para proporcionar
una medida de la velocidad del viento en la línea de visión. En
estos dispositivos, el haz láser normalmente se explora para
permitir medir las componentes de la velocidad del viento en
múltiples puntos del espacio permitiendo con ello que pueda
calcularse el vector de viento en un volumen de prueba distante.
Un ejemplo de un dispositivo lidar primitivo,
basado en un láser de dióxido de carbono, se describe en Vaughan,
J. M. et al: "Laser Doppler velocimetry applied to the
measurement of local and global wind", Wind Engineering, Vol.
13, nº 1, 1989. Más recientemente, también se han desarrollado
sistemas lidar basados en fibra óptica; por ejemplo, ver Karlsson
et al, Applied Optics, Vol. 39, Nº 21, 20 julio de 2000 y
Harris et al, Applied Optics, Vol. 40, páginas
1501-1506 (2001). Los sistemas basados en fibra
óptica ofrecen numerosas ventajas sobre los sistemas tradicionales
basados en láseres de gas. Por ejemplo, los sistemas basados en
fibra óptica son relativamente compactos y pueden fabricarse
utilizando componentes estándar de telecomunicaciones que tienen
precios moderados y son normalmente muy fiables.
Tras el reciente incremento en la explotación de
la energía eólica, existe ahora una necesidad de anemómetros que
sean capaces de realizar medidas fiables de la velocidad del viento
durante periodos de tiempo prolongados (por ejemplo, semanas o
meses). Estas medidas rutinarias de la velocidad del viento pueden
utilizarse para valorar la conveniencia de las ubicaciones
propuestas para las turbinas eólicas, para medir el rendimiento de
extracción de energía de las turbinas eólicas existentes o incluso
para formar parte de un sistema de control de una turbina eólica.
Planes para ubicar campos eólicos en alta mar han llevado también a
una necesidad de realizar medidas de la velocidad del viento, no
atendidas, a largo plazo y lejos de tierra y la patente
WO2005/008284 (QinetiQ Ltd) describe un dispositivo lidar montado
sobre una boya para su despliegue en alta mar.
Para prolongar la vida del dispositivo y para
minimizar las necesidades de mantenimiento, cualquier dispositivo
lidar comercialmente viable pensado para su uso al aire libre deberá
estar situado dentro de un contenedor hermético. Típicamente, un
contenedor de este tipo contendrá una única ventana ópticamente
transparente a través de la cual se transmite y se recibe la
radiación. Por ejemplo, la patente WO2005/008284 describe un
sistema lidar montado dentro de una boya que tiene una ventana de
cristal para la transmisión y recepción de la radiación. La patente
WO2005/008284 describe también cómo el uso periódico de un sencillo
sistema de barrido, o un sistema de lavado/barrido, puede mantener
el cristal libre de restos. Sin embargo, la activación de un
sistema de barrido requiere energía de las baterías del dispositivo
y el dispositivo solamente puede llevar una cantidad limitada de
producto de lavado. La sobreutilización de un mecanismo de limpieza
con un sistema de lavado/barrido reducirá, por consiguiente, las
reservas de energía y de producto de lavado del dispositivo,
reduciendo con ello los intervalos de mantenimiento. Por otra parte,
si el sistema de lavado/barrido se utiliza con mucha separación en
el tiempo puede existir una acumulación de suciedad en la ventana
externa que podría conducir a la pérdida, o a una reducción en la
calidad, de los datos de velocidad del viento obtenidos.
Es, por consiguiente, un objeto de la presente
invención el proporcionar un dispositivo láser adecuado para su uso
en una cubierta hermética que mitigue al menos algunas de las
desventajas descritas anteriormente. Es un objeto adicional de la
invención el proporcionar un dispositivo de radar láser hermético
que tenga una reducida necesidad de mantenimiento.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención
un dispositivo de medida comprende una parte de transmisión que
posee un mecanismo de exploración para transmitir una radiación a
una pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante a
través de una ventana, una parte de recepción para detectar la
radiación de retorno desde el volumen de prueba distante a través
de dicha ventana y un procesador para analizar la radiación de
retorno detectada, teniendo dicha ventana asociada un aparato de
limpieza de la ventana para limpiar dicha ventana en respuesta a
una señal de activación de limpieza, estando el procesador preparado
para generar una señal de activación de limpieza para activar el
aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha
radiación de retorno desde el volumen de prueba distante detectada
sea indicativa de una reducción en la transmisión a través al menos
de parte de dicha ventana. El dispositivo se caracteriza porque el
procesador está dispuesto para determinar la potencia media de
retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno
de una pluralidad de sectores angulares mutuamente excluyentes. Cada
sector angular corresponde a un intervalo de ángulos de transmisión
de la radiación desde el dispositivo y se genera una señal de
activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de
retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de la
radiación desde el dispositivo.
De esta manera, el propio dispositivo de medida
(por ejemplo un anemómetro láser) está preparado no sólo para tomar
la medida remota pedida (por ejemplo la velocidad del viento) sino
también para llevar a cabo la tarea de supervisar la radiación
retrodifundida de retorno para buscar cualquier cambio que indique
una reducción en la transmisión a través al menos de parte de una
ventana asociada. Un dispositivo de medida de la presente invención
permite, de este modo, activar el aparato de limpieza de la ventana
(por ejemplo un sistema de lavado/barrido) de cualquier mecanismo
hermético asociado solamente cuando sea necesario para limpiar la
ventana de suciedad y similares. De este modo se optimiza el
intervalo entre operaciones de limpieza de la ventana y el
dispositivo asegura que la ventana esté libre de suciedad al mismo
tiempo que minimiza el uso de recursos de limpieza tales como
energía y productos de lavado.
Debe resaltarse que las ventajas anteriores se
consiguen sin necesidad de equipos de supervisión adicionales,
tales como un sensor de transmisión autónomo. El análisis de la
señal de radiación retrodifundida ya recibida por el dispositivo de
medida se utiliza para obtener la medida pedida (por ejemplo la
velocidad del viento) y también para determinar cuándo necesita ser
limpiada la ventana. Un dispositivo de la presente invención es, de
este modo, altamente adecuado para la adquisición desatendida de
medidas durante mucho tiempo.
El dispositivo comprende medios para dirigir la
radiación a una pluralidad de puntos dentro del volumen de prueba
distante y comprende un mecanismo de exploración. De este modo, el
dispositivo puede emitir radiación hacia, y/o recibir radiación
desde, una pluralidad de direcciones diferentes. El dispositivo
puede tener un número de direcciones de visión fijas o el
dispositivo puede comprender un mecanismo de exploración para llevar
a cabo una exploración angular del haz de radiación dentro del
volumen de prueba distante. Aunque podría emplearse cualquier
patrón de exploración, normalmente se utiliza una exploración cónica
como se describe después. Como se describe en la patente
WO2005/008284 también podría utilizarse una exploración aleatoria o
seudoaleatoria siempre que la dirección de visión sea conocida con
suficiente precisión.
El procesador está preparado para generar una
señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación
de retorno detectada varíe en función del ángulo de transmisión de
la radiación desde el dispositivo. En otras palabras, el
dispositivo está preparado para supervisar la potencia de la
radiación de retorno en función del ángulo del haz
transmitido/recibido y para proporcionar una señal de activación de
limpieza cuando existan variaciones angulares importantes en la
potencia de la señal de retorno. Cualquier variación angular en la
potencia de retorno es probable que sea debida a suciedad o
"porquería" que contamine parte de la ventana reduciendo con
ello la transmisión de radiación a través de esa parte de la
ventana.
Debe destacarse que, en el caso de un
dispositivo lidar de efecto Doppler, la potencia de retorno de cada
medida estaría en la forma de un espectro de potencia Doppler (es
decir, potencia de retorno en función del desplazamiento Doppler).
En este caso, habría que calcular la potencia de toda la luz
retornada (por ejemplo integrando en todo el espectro Doppler) y
que el procesador usara este dato como la potencia de retorno. Debe
destacarse que la parte de transmisión puede transmitir o una onda
continua (CW) o una radiación por impulsos. Cuando se transmita
radiación por impulsos el término potencia debe entenderse que
significa la energía del impulso de señal detectado.
El procesador está preparado para determinar la
potencia media de retorno de la radiación de retorno detectada
recogida de cada uno de una pluralidad de sectores angulares
mutuamente excluyentes, correspondiendo cada sector angular a un
conjunto de ángulos de transmisión de la radiación desde el
dispositivo. En otras palabras, cada medida de potencia de retorno
recibida realizada por el dispositivo puede asignarse a un sector
angular y entonces puede calcularse la potencia de retorno media
para cada sector angular. La media puede obtenerse de una única
exploración, de un número definido de exploraciones o de un periodo
de tiempo definido. Preferentemente, la pluralidad de sectores
angulares comprende al menos 2 sectores, al menos 3 sectores, al
menos 4 sectores, al menos 5 sectores, al menos 8 sectores, al
menos 10 sectores, al menos 15 sectores o al menos 20 sectores. El
intervalo de ángulos de un sector puede ser idéntico o diferente al
intervalo de ángulos de otros sectores. Los sectores son mutuamente
excluyentes.
Tomando el ejemplo de un anemómetro láser
explorado de forma cónica que se describe con más detalle a
continuación, el ángulo de transmisión/recepción podría dividirse
en ocho sectores angulares cubriendo cada uno un margen angular de
45º. La radiación de retorno detectada por la parte de recepción
podría entonces ser asignada al sector angular apropiado y podría
determinarse un valor de la potencia de retorno media de cada sector
a partir de las medidas asignadas a dicho sector.
Entonces el procesador puede utilizar cierto
número de técnicas diferentes para identificar regiones con
transmisión reducida en la ventana. De forma ventajosa, el
procesador está preparado para determinar un primer sector angular
que tenga la máxima potencia media de retorno y un segundo sector
angular que tenga la mínima potencia media de retorno, en el que el
procesador genera una señal de activación de limpieza si la potencia
media de retorno del primer sector angular supera sustancialmente
la potencia media de retorno del segundo sector angular.
Preferiblemente, la señal de activación de limpieza se produce si la
potencia media de retorno del primer sector angular excede de la
potencia media de retorno del segundo sector angular en un factor
mayor de dos. Aunque un factor de dos proporciona una buena
discriminación, los expertos en la materia estarán de acuerdo en
que el valor exacto de dicho factor podría optimizarse de acuerdo
con lo requerido para situaciones diferentes.
En una disposición de mínimo/máximo de este
tipo, el procesador busca una diferencia sustancial entre los
valores máximo y mínimo de potencia media de retorno calculada para
los diversos sectores angulares. Como se ha indicado anteriormente,
el periodo sobre el que se determinan los valores medios puede
fijarse según se requiera.
De forma alternativa, el procesador puede estar
preparado para calcular la desviación estándar de la potencia media
de retorno de cada sector con respecto a la media del valor de
potencia media de retorno de todos los sectores, en el que se
produce una señal de activación de limpieza si la desviación
estándar excede un valor predeterminado. Un aumento de la
desviación típica de la intensidad media de retorno indica que
existe una intensidad de retorno reducida en uno o más sectores
angulares. Los expertos en la materia estarán también de acuerdo en
que existen numerosas técnicas alternativas para calcular una
variación en la intensidad media de retorno en función del sector
angular.
Aunque el procesador podría utilizar los datos
de potencia de retorno sin procesar, el procesador puede,
ventajosamente, estar preparado para determinar la potencia de
retorno normalizada de cada medida, siendo calculada dicha potencia
de retorno normalizada a partir de la potencia de la señal de
retorno detectada y un valor de referencia de la potencia de
retorno asociado.
El valor de potencia de referencia puede
determinarse en la inicialización del sistema o en el arranque del
sistema. También puede medirse periódicamente o actualizarse de
forma continua (por ejemplo puede utilizarse una media móvil). La
ventaja de utilizar un proceso de normalización de este tipo es que
se reduce cualquier efecto que esté asociado con objetos que entran
en el campo de visión del dispositivo. Por ejemplo, el proceso de
normalización eliminará los efectos asociados con objetos (por
ejemplo vehículos) que estén temporalmente situados en la vecindad
del dispositivo y aumenten (o reduzcan) la potencia de la señal
detectada. Este tipo de normalización asegurará también que no se
produzca de forma continua una señal de activación de limpieza en
presencia de suciedad persistente en la ventana que no pueda ser
removida por el mecanismo concreto de limpieza de la ventana
asociado.
Si se necesita, el procesador puede analizar los
datos de potencia de retorno normalizada y los datos de potencia de
retorno sin procesar. En este caso, los datos sin procesar podrían
analizarse en busca de la presencia de una reducción persistente en
el retorno de potencia para un sector angular. Si se detecta una
reducción persistente de este tipo en la intensidad de los datos
sin procesar, el procesador podría estar preparado para generar una
señal de error que indique la presencia de un objeto externo (por
ejemplo un vehículo) o la presencia de suciedad en la ventana que
no puede ser eliminada por el mecanismo de limpieza de la ventana.
En paralelo, los datos de potencia normalizada podrían también
generarse utilizando datos de potencia de referencia adquiridos de
manera periódica. El análisis de los datos de potencia normalizada
tendría las ventajas descritas anteriormente; a saber, que la señal
de activación de limpieza no se produciría de forma continua en
presencia de suciedad persistente o de que un objeto entre en el
campo de visión del dispositivo. Una disposición de este tipo,
permitiría, de este modo, que la señal de activación de limpieza se
produzca cuando sea necesaria, no reduciría reservas en un intento
de eliminar suciedad persistente y proporcionaría también una
bandera (es decir, la señal de error) que indicaría un problema
potencial con las medidas obtenidas.
La imprevisibilidad asociada con el
funcionamiento del dispositivo en regiones remotas, o en el mar,
significa que existe la posibilidad de que las técnicas de
procesamiento conduzcan a la generación de una señal de activación
de limpieza de forma continua. Aunque las diversas técnicas
descritas anteriormente pueden mitigar las posibilidades de una
ocurrencia de este tipo, el procesador está preparado, de forma
ventajosa, para generar una señal de error si se genera de forma
persistente una señal de activación de limpieza. El dispositivo
puede comprender también un medio de comunicación para contactar
con un centro remoto para comunicar que se ha generado una señal de
error de este tipo.
El medio de comunicación puede ser un aparato
GSM (es decir un teléfono móvil) o un radioenlace. A través del
enlace de comunicaciones pueden transmitirse también otros datos;
por ejemplo medidas tomadas, estado de la batería, el nivel de
cualquier reserva de fluidos, etc.
Convenientemente, el dispositivo es
monoestático. En otras palabras, la parte de recepción y la parte de
transmisión comparten una óptica común que forma haces transmisor y
receptor sustancialmente paralelos y que se superponen. Además, el
foco de los haces transmisor y receptor es siempre coincidente
cuando se utiliza una disposición monoestática de este tipo. De
este modo, los haces transmisor y receptor pasan siempre a través de
la misma zona de la ventana.
Alternativamente, el dispositivo podría ser
biestático. En este caso, el transmisor y el receptor comprenden
disposiciones ópticas separadas y discretas. Para un sistema de este
tipo, es preferible asegurar que los haces transmisor y receptor
están enfocados en la misma distancia y también que los dos haces se
intersectan en sus puntos de foco. Un dispositivo que comprende
medios para alterar simultáneamente el foco y el "squint"
(ángulo de desviación) de una disposición biestática se describe en
la solicitud de patente PCT GB03/04408. En dicha disposición, los
haces emisor y receptor pueden pasar por zonas ligeramente
diferentes de la ventana.
De forma ventajosa, el procesador está preparado
para determinar cualquier desplazamiento Doppler de la radiación de
retorno detectada por la parte de recepción. La luz retornada
(retrodifundida) recogida por la parte de recepción puede ser
mezclada con una señal de oscilador local extraída de la fuente de
luz del transmisor con anterioridad a la detección. De esta manera
se proporciona un sistema de detección heterodino. Esto permite que
los datos de desplazamiento Doppler sean extraídos fácilmente de la
frecuencia diferencia entre el oscilador local y la luz retornada
(es decir, retrodifundida).
Convenientemente, el haz de luz transmitida
comprende radiación infrarroja. Por ejemplo, el dispositivo podría
incorporar un láser de estado sólido y puede disponerse que funcione
a la longitud de onda de telecomunicaciones de 1,55 \mum. Debe
indicarse también que aquí el término "luz" se utiliza para
describir radiación visible o no visible de cualquier longitud de
onda desde el ultravioleta profundo al infrarrojo lejano. El
dispositivo lidar puede disponerse para funcionamiento en CW
(continua) o por impulsos.
De preferencia, el transmisor y el receptor
comprenden componentes ópticos unidos por fibra óptica.
Preferentemente, el dispositivo comprende al menos una pieza de
fibra óptica. Sistemas basados en fibra de este tipo pueden
fabricarse utilizando componentes ópticos "de fabricación
normalizada" y son relativamente baratos, robustos y
fiables.
Convenientemente, el procesador está preparado
para calcular la velocidad del viento a partir del desplazamiento
Doppler de la radiación retrodifundida recogida por la parte
receptora. En otras palabras, el dispositivo puede ser un
anemómetro láser. Alternativamente, la invención podría aplicarse a
un dispositivo láser que dirigiera una radiación a un volumen de
prueba distante en el espacio. Por ejemplo, un dispositivo DIAL
(differential adsorption lidar; lidar de absorción diferencial) del
tipo descrito en las patentes WO2004/025324 y WO2004/053518 o un
dispositivo de vibrometría.
De forma ventajosa, el procesador está preparado
para analizar el espectro de potencia Doppler de cada medida para
detectar la presencia de lluvia. Esto puede comprender la
determinación de la agudeza de los picos (spikiness) de cada
espectro Doppler utilizando una cualquiera de un cierto número de
funciones matemáticas. De esta manera, las propiedades de agudeza
de los picos de dicha radiación de retorno detectada proporcionan
una indicación de que la lluvia probablemente reduzca la
transmisión a través de al menos parte de, y probablemente toda, la
ventana. Entonces puede activarse, de acuerdo con esto, el mecanismo
de activación de limpieza.
La técnica de detección de lluvia puede
utilizarse en combinación con otras medidas de transmisión a través
de la ventana. En el ejemplo de, digamos, un anemómetro láser con
exploración de tipo cónico la técnica de detección de lluvia puede
utilizarse junto con la técnica descrita anteriormente para
determinar las variaciones angulares en la potencia de la radiación
de retorno.
De forma ventajosa, un dispositivo hermético
comprende un dispositivo del tipo descrito anteriormente y una
cubierta hermética. La cubierta hermética comprende preferentemente
una ventana sustancialmente transparente y un mecanismo de limpieza
de la ventana en el que el dispositivo está preparado para
transmitir y recibir radiación a través de la ventana de la
cubierta hermética. La ventana de la cubierta hermética puede
comprender una única pieza de material sustancialmente
transparente, o puede comprender una pluralidad de piezas de dicho
material. Debe destacarse también que la ventana debe ser
sustancialmente transparente a la longitud de onda de
funcionamiento del dispositivo. La ventana puede estar diseñada para
que bloquee las longitudes de onda distintas a la longitud de onda
de funcionamiento para evitar un excesivo calentamiento interno del
sistema y/o saturación por otras fuentes de luz (por ejemplo, la
luz del sol).
La cubierta hermética puede ser un contenedor
hecho a medida diseñado específicamente para el dispositivo de
medida. Por ejemplo, puede construirse un revestimiento endurecido o
una boya para contener el dispositivo. De forma alternativa, la
cubierta hermética puede ser parte de otro objeto. Por ejemplo, el
dispositivo de medida puede colocarse en la cabina de un barco o
dentro de la barquilla o cubo de una turbina eólica. En este último
ejemplo, la ventana y/o el mecanismo de limpieza de la ventana puede
ser una parte existente de la cubierta (por ejemplo el barco o la
turbina eólica) o puede añadirse a la cubierta si se requiere.
Convenientemente, el dispositivo está preparado
para su funcionamiento con base en tierra y dirigido hacia arriba.
En otras palabras, el dispositivo está preparado para ser apuntado
sustancialmente de forma vertical y para medir la velocidad del
viento en un volumen de prueba distante situado a una cierta altura
sobre el suelo. De forma alternativa, el dispositivo puede también
prepararse para su utilización en alta mar (por ejemplo sobre una
plataforma flotante) o para uso en aeronaves.
De forma ventajosa, el mecanismo de limpieza de
la ventana comprende un mecanismo de lavado y barrido. De forma
alternativa, el mecanismo de limpieza de la ventana podría
comprender una película plástica sustancialmente transparente y
medios para desplazar la película sobre la superficie externa de la
ventana. A los expertos en la materia se les ocurrirán muchos otros
tipos de mecanismos de limpieza.
Debe destacarse que en el caso más simple el
mecanismo de limpieza de la ventana recibe una señal de activación
de limpieza que inicia una acción de limpieza (por ejemplo, de
lavado y barrido). Sin embargo, el mecanismo de limpieza de la
ventana puede también estar preparado para recibir (y el procesador
preparado para generar) una señal de activación de limpieza que
contenga instrucciones para llevar a cabo una o más de una
pluralidad de acciones de limpieza. Por ejemplo, la señal de
activación de limpieza puede contener o bien una orden de barrido o
una orden de lavado y barrido. El procesador puede entonces activar
solamente una acción de barrido (por ejemplo si se detecta lluvia)
o una acción de lavado y barrido (por ejemplo si se detecta
porquería) según se requiera.
El procesador puede estar también preparado para
recibir información adicional para determinar si ha de generarse
una señal de activación de limpieza o el tipo de señal de activación
de limpieza a aplicar al mecanismo de limpieza. Por ejemplo, el
procesador puede recibir información sobre las reservas de fluidos
disponibles y/o de las reservas de energía disponible y/o el tiempo
que falta hasta la siguiente tarea de mantenimiento programada. El
criterio para generar una señal de activación de limpieza puede, de
este modo, tener en consideración esta información adicional. Por
ejemplo, el umbral para generar una señal de activación de limpieza
puede aumentarse a medida que las reservas de fluidos y de energía
se reducen. Alternativamente, si sólo se reducen las reservas de
fluidos se puede utilizar varias veces solamente la acción de
barrido e iniciar la acción de lavado solamente si la acción de
barrido por si sola no resuelve el problema.
De acuerdo con un segundo aspecto de la
invención, se describe un método para adquirir una medida que
comprende los pasos de: (i) transmitir y explorar una radiación a
una pluralidad de puntos dentro de un volumen de pruebas distante;
(ii) detectar la radiación retornada desde el volumen de pruebas
distante; y (iii) analizar la radiación de retorno detectada, en el
que los pasos (i) y (ii) comprenden la transmisión y la recepción de
la radiación a través de una ventana que tiene asociada un aparato
de limpieza de la ventana para limpiar dicha ventana en respuesta a
una señal de activación de limpieza, y el paso (iii) comprende la
generación de una señal de activación de limpieza para activar el
aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha
radiación de retorno detectada son indicativas de una reducción en
la transmisión a través de al menos parte de dicha ventana. El
método se caracteriza porque el procesador determina la potencia
media de retorno de la radiación de retorno detectada recogida de
cada uno de una pluralidad de sectores angulares mutuamente
excluyentes, correspondiendo cada sector angular a un intervalo de
ángulos de transmisión de la radiación desde el dispositivo, y
genera una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la
radiación de retorno detectada varía en función del ángulo de
transmisión de la radiación desde el dispositivo.
La invención se describirá ahora, solamente a
título de ejemplo, con referencia a los siguientes dibujos en los
que:
- la figura 1 muestra el principio básico de
funcionamiento de un sistema lidar para medida del viento por
efecto Doppler;
- la figura 2 muestra una ilustración
esquemática de un sistema lidar para medida del viento con
exploración cónica y apuntando hacia arriba en funcionamiento;
- la figura 3 muestra un espectro de señal
Doppler típico adquirido en una posición con una exploración cónica
y del que puede extraerse un valor de la velocidad del viento en la
línea de visión;
- la figura 4 muestra datos típicos de la
velocidad del viento en función del ángulo obtenidos a partir de un
sistema lidar para medida del viento por efecto Doppler con
exploración cónica;
- la figura 5 muestra un dispositivo lidar
hermético de la presente invención;
- la figura 6 muestra una división en ocho
sectores del retorno del láser del dispositivo de la figura 5;
- la figura 7 muestra suciedad en un sector de
la ventana del dispositivo;
- la figura 8 muestra la intensidad integrada
registrada por el sistema lidar para los diferentes sectores del
dispositivo mostrado en la figura 7; y
- la figura 9 muestra cómo los espectros Doppler
obtenidos por el dispositivo lidar pueden ser analizados para
determinar la presencia de lluvia.
\vskip1.000000\baselineskip
Con referencia a la figura 1, se muestra en ella
el principio básico de funcionamiento de un dispositivo lidar para
medir la velocidad del viento por efecto Doppler. Un dispositivo
lidar coherente 2 está preparado para dirigir un haz láser 4 a una
cierta área, también llamada volumen de prueba 6, del espacio. Las
radiaciones láser retrodifundidas procedentes de los aerosoles
atmosféricos (polvo, polen, polución, cristales de sal, gotitas de
agua, etc.) 8 que son transportados por el viento en la dirección 10
a través del volumen de prueba se detectan entonces por el
dispositivo lidar 2. La medida del desplazamiento de la frecuencia
Doppler de la radiación retrodifundida se consigue heterodinando la
señal de retorno con una señal del oscilador local estable obtenida
del láser que proporciona el haz de transmisión. El desplazamiento
de frecuencia por efecto Doppler es directamente proporcional a la
velocidad del viento, y de este modo el dispositivo lidar no
necesita calibración. Más detalles sobre la construcción específica
de aparatos lidar de este tipo pueden encontrarse en muchos sitios,
por ejemplo, ver Karlsson et al ó Harris et al
(ibid) cuyos contenidos se incorporan aquí por la presente
al hacer referencia a los mismos.
El dispositivo lidar coherente 2 es
monoestático, es decir tiene ópticas de transmisión y de recepción
comunes. El ajuste del foco del haz combinado de
transmisión/recepción permite controlar la distancia del dispositivo
al volumen de prueba 6. Debe destacarse que también se conocen los
denominados sistemas lidar biestáticos que tienen ópticas de
transmisión y de recepción separadas. En los sistemas biestáticos,
los focos de los haces de transmisión y de recepción se hace que
coincidan con el punto de intersección de los haces. En los
sistemas biestáticos es preferible modificar tanto el foco de los
haces de transmisión y de recepción como el ángulo de desviación
(squint) del sistema al ajustar el alcance del dispositivo. Debe
destacarse que aquí el término "haz de recepción" se utiliza
para indicar la región desde la que cualquier luz retornada será
dirigida al detector. En otras palabras, el haz de recepción no es
un haz de fotones, sino simplemente un haz virtual o un
pseudo-haz que define el volumen desde el que el
sistema recibe luz.
Con referencia a la figura 2, se muestra en ella
un sistema lidar 20 con base en tierra, con exploración cónica y
que apunta hacia arriba. En funcionamiento, el dispositivo lleva a
cabo una exploración cónica continua 22 alrededor del eje vertical
24 para interceptar el viento en un intervalo de ángulos. Esto
permite calcular la velocidad y la dirección del viento horizontal
tal y como se describe con más detalle a continuación. Además, el
ajuste del foco del láser permite muestrear el viento en una gama de
alturas (h) sobre el nivel del suelo.
Aunque a continuación solamente se describen
dispositivos lidar con exploración cónica, debe destacarse que para
determinar el verdadero vector velocidad del viento pueden
utilizarse muchos otros patrones de exploración, esquemas de haces
múltiples fijos o esquemas de haces fijos (staring) conmutados. Como
se describe en nuestra solicitud de patente internacional
WO2005/008284, también es posible la exploración aleatoria o
pseudoaleatoria siempre que la dirección de apunte (o de visión)
asociada con cada valor de la velocidad de la línea de visión sea
conocido con un suficiente grado de precisión.
Para extraer la información Doppler, la salida
eléctrica del detector del sistema lidar se muestrea digitalmente a
50 MHz y se obtiene el espectro Doppler como una FFT (fast Fourier
transform; transformada rápida de Fourier) de 512 puntos. A
continuación, se calcula la media de 256 de estas FFT individuales
para producir cada espectro Doppler o de viento; esto representa un
tiempo de medida de 2,6 ms. La atmósfera se congela eficazmente a
esta escala de tiempo de forma que el espectro representa la
variación espacial instantánea de la velocidad del viento en la
línea de visión a través del volumen de prueba. Los espectros se
producen a una velocidad de alrededor de veinticinco por segundo,
lo que corresponde a un ciclo de trabajo total de alrededor del
6,5%.
La figura 3 muestra un ejemplo típico de un
espectro Doppler del viento obtenido. El espectro Doppler muestra
la densidad espectral de potencia de la señal de retorno en función
de la frecuencia de desplazamiento Doppler tal y como se detecta
durante el tiempo de adquisición de 2,6 ms. Puede verse que el pico
en el espectro muestra un apreciable abanico de velocidades del
viento dentro del volumen de prueba. Si el flujo de aire fuera
completamente uniforme a lo largo de todo el volumen de prueba,
entonces todas las medidas deberían encontrarse dentro de solamente
uno o dos "picos" del espectro. De hecho, en la figura 3
alrededor de diez picos contienen una señal apreciable.
La velocidad del viento en la línea de visión se
obtiene del espectro de la figura 3 por medio de un algoritmo que
calcula el centroide del espectro por encima de un determinado nivel
umbral 30. Un experto en la materia reconocerá que podrían usarse
una serie de técnicas de análisis de datos alternativas, tales como
rutinas de seguimiento de picos (peak picking routines), etc. El
desplazamiento de la frecuencia Doppler se convierte entonces en
velocidad multiplicando por el factor de conversión \lambda/2 ó
0,775 ms^{-1} por MHz: este factor de calibración sufre una
deriva despreciable en periodos de tiempo amplios (< 0,2%). Para
espectros estrechos y bien definidos, tal como el de la figura 3,
el proceso de seguimiento de picos da lugar a una incertidumbre
mínima. Errores mayores son probables cuando el flujo del aire es
más turbulento, aunque éstos pueden reducirse calculando una media
durante el funcionamiento.
La figura 4 muestra múltiples puntos de datos de
la velocidad del viento en la línea de visión representados por
cruces 40 y cada una obtenida a partir de un espectro del tipo
mostrado en la figura 3. Los puntos de datos de la velocidad del
viento se obtuvieron utilizando un haz descentrado treinta grados
con respecto a la vertical y explorado en acimut a la velocidad de
una revolución por segundo. A medida que el haz gira, intercepta al
viento con ángulos diferentes, construyendo con ello un mapa de la
velocidad del viento alrededor de un disco de aire.
\vskip1.000000\baselineskip
En un flujo de aire uniforme, una representación
de V_{LOS} (Doppler line-of-sight
velocity; velocidad Doppler en la línea de visión) en función del
ángulo de exploración toma la forma de una onda senoidal
rectificada, correspondiendo los valores Doppler de pico a medidas
contra el viento y a favor del viento. La velocidad Doppler en la
línea de visión puede describirse como una función del ángulo de
exploración (\Phi) mediante la expresión:
(1)V_{LOS} =
| a cos(\Phi - b) + c
|
en donde la velocidad horizontal
(u) y la velocidad vertical (w) vienen dadas
por
(2a)u = a / sen
30º
(2b)w = c / cos
30º
y b es el
acimut.
\vskip1.000000\baselineskip
El uso de los datos de velocidad en la línea de
visión adquiridos de la exploración cónica en las expresiones
anteriores utilizando una rutina de sustitución LSS (least sum of
squares; suma mínima de cuadrados) permite obtener de forma
repetitiva la velocidad horizontal del viento y la velocidad
vertical del viento y los datos de acimut del viento con intervalos
de alrededor de tres segundos. Los datos ajustados se muestran
mediante la línea continua 42.
\newpage
Debe destacarse que una posible ambigüedad de
180º en el acimut puede resolverse fácilmente con referencia a una
lectura de una sencilla veleta. De forma alternativa, el dispositivo
lidar podría estar preparado para incorporar una función de
detección de dirección mediante la inclusión de un medio, por
ejemplo un modulador acústico-óptico del tipo descrito en Harris
(ibid) para desplazar la frecuencia del oscilador local en
relación con el haz transmitido. En este último caso, la velocidad
Doppler en la línea de visión en función del ángulo de exploración
se adaptaría a una curva senoidal (sin rectificar).
Con referencia ahora a las figuras 5a y 5b, se
muestra en ellas un dispositivo lidar hermético 50 de la presente
invención. El dispositivo 50 comprende una cubierta 52 que incluye
una ventana 54 sustancialmente transparente. Una boquilla de lavado
56 está situada en el exterior de la cubierta en la proximidad de la
ventana transparente 54 y está conectada, mediante un tubo que pasa
a través de un agujero en la cubierta 52, al depósito de fluido de
lavado 58 a través de una bomba 60 alimentada por batería. Un
elemento de barrido 62 está situado también en el exterior de la
cubierta 52 y está conectado a un mecanismo de accionamiento del
motor 64 a través de un agujero adicional en la cubierta 52. El
mecanismo de accionamiento del motor también chupa energía de la
batería 55. El dispositivo 50 incluye también un dispositivo lidar
con exploración 66 que también está conectado a la batería 55 y
está dispuesto de forma que los haces de transmisión y de recepción
explorados pasen a través de la ventana 54.
Se proporcionan juntas estancas (por ejemplo
juntas de goma) para asegurar que cualquier abertura en la cubierta
(por ejemplo los agujeros necesarios para el conducto del
dispositivo de lavado y el soporte para el accionamiento del
elemento de barrido) es sustancialmente estanca. La ventana 54 está
también inclinada alrededor de 10º con respecto a la horizontal
para asegurar que el agua de lluvia no forma una piscina.
Aunque la ventana 54 del dispositivo 50 no
realiza ninguna función óptica, sería posible que la ventana tomara
la forma de una lente u otro componente óptico (por ejemplo un
filtro selectivo en longitud de onda, una cuña óptica, etc.) que
lleve a cabo una función óptica (por ejemplo enfoque del haz) en
combinación con el dispositivo lidar con exploración. En otras
palabras, la ventana podría formar parte del sistema óptico del
dispositivo lidar que está encerrado dentro de la cubierta.
En funcionamiento, el dispositivo lidar de
exploración 66 forma haces de transmisión y de recepción
coincidentes que son explorados cónicamente dentro de un disco de
aire que define el volumen de prueba distante. El foco del
dispositivo lidar 66 puede también alterarse si es necesario para
controlar la distancia desde el dispositivo a la que se obtienen
las medidas del viento. El elemento de barrido y/o el dispositivo de
lavado se activan cuando el dispositivo lidar 66 genera la
apropiada señal de control.
La boquilla de lavado 56 está dispuesta de forma
que, cuando se activa, el fluido de lavado se pulveriza sobre la
ventana transparente 54. El fluido de lavado puede comprender agua,
una solución agua/jabón, alcohol o una solución estándar para lavar
parabrisas de coches. La composición del fluido de lavado dependerá
de las condiciones medioambientales (por ejemplo temperatura de
funcionamiento) en las que esté situado el dispositivo 50. El
elemento de barrido 62 comprende una lámina limpiadora de goma que
está preparada, cuando se activa, para pasar sobre la ventana 54, a
través de la que se transmite/recibe el haz láser, y con ello
limpiarla.
A diferencia de los dispositivos conocidos en
los que el mecanismo de lavado/barrido se activa de forma periódica,
el dispositivo lidar 66 está preparado para determinar cuándo se
necesita una acción de lavado y/o de barrido mediante el control de
la intensidad de retorno en función del ángulo de incidencia del haz
recibido. Un método para implementar una limpieza
"inteligente" de la ventana de este tipo se describirá a
continuación con referencia a las figuras 6 a 8.
Con referencia a la figura 6, puede verse cómo
la exploración acimutal realizada por el dispositivo lidar para
adquirir datos de la velocidad del viento puede dividirse en ocho
sectores, A a H. Cada uno de estos sectores corresponde a una parte
de 45º de la exploración cónica llevada a cabo por el dispositivo
lidar. Para una exploración que se lleva a cabo cuando la ventana
está limpia (es decir, libre de cualquier pieza importante de
suciedad) la potencia media de la señal (es decir, la potencia de
retorno integrada sobre el espectro Doppler) de las medidas será
sustancialmente independiente del ángulo de exploración del
dispositivo lidar. En otras palabras, en condiciones normales de
dispersión uniforme la potencia media de la señal es independiente
del acimut y por consiguiente la potencia media de la señal será
aproximadamente la misma para las medidas en cada uno de los ocho
sectores.
Sin embargo, como se muestra en la figura 7, la
ventana transparente 70 puede comprender una región de suciedad 72
en parte del camino 74 a lo largo del que se explora el haz láser.
La suciedad puede proceder de una variedad de fuentes; por ejemplo,
puede comprender excrementos de pájaros (es decir, heces de
pájaros), hojas húmedas, etc. La presencia de una región de
suciedad 72 de este tipo alterará la cantidad de luz transmitida a
través de la ventana 70 y, por consiguiente, reducirá la potencia
de la señal de retorno recibida por el detector del dispositivo
lidar. En otras palabras, variaciones en la potencia media de la
señal en función del acimut indican un nivel deteriorado de
transmisión a través de la ventana 70 y la potencia media de la
señal diferirá, por consiguiente, entre sectores.
La figura 8 muestra la potencia media de la
señal de las medidas obtenidas dentro de cada uno de los sectores
A-H mostrados en la figura 7 frente a la potencia
media de señal previa (ventana limpia) para todos los sectores
(línea discontinua 80). Para asegurar que las variaciones
transitorias en la intensidad de retorno (por ejemplo, nubes o
niebla moviéndose a través del campo de visión) no activan una
operación de lavado/barrido las potencias medias de las señales
mostradas en la figura 8 se obtienen de una pluralidad de
exploraciones. Por ejemplo, podría obtenerse una media del
funcionamiento durante cinco minutos. Los valores de los datos de
velocidad del viento que se deriven de espectros Doppler que estén
afectado severamente por RIN (relative intensity noise; ruido de
intensidad relativa) o por filtrado paso alto se omiten de un
cálculo de funcionamiento medio de este tipo.
En la figura 8 puede verse que la potencia media
de la señal de los sectores C y D es significativamente menor que
la potencia media de la señal de los otros seis sectores (es decir,
A, B, y E-H). Esta reducción en la potencia de la
señal es indicativa de la presencia de suciedad en la ventana del
dispositivo. Pueden utilizarse una serie de métodos de
procesamiento de datos para determinar cuándo existe una reducción
suficiente en la potencia media de la señal para que merezca la
pena una operación de lavabo/barrido. La técnica preferida es
comparar el sector que tenga la relación señal/ruido (S/R) media
máxima con el sector que tenga la relación señal/ruido media
mínima.
En el ejemplo mostrado en la figura 8, puede
verse que el sector A tiene la mayor relación S/R media mientras
que el sector C tiene la mínima relación S/R media. El dispositivo
lidar 66 provocará que se inicie una acción de lavado/barrido si la
señal con una relación S/R mínima está por debajo de un umbral
"máx/mín" que sea la mitad de la señal con relación S/R
máxima; tal umbral máx/mín se muestra mediante la línea discontinua
82. Aunque un umbral máx/mín de alrededor de dos es adecuado para
la mayoría de las aplicaciones, debe destacarse que el nivel exacto
de umbral podría fijarse como fuera necesario. En lugar de esta
técnica de fijar el umbral máx/mín, podría aplicarse un sencillo
umbral de relación S/R absoluta, o podría calcularse la desviación
estándar de la potencia media de los diferentes sectores. Los
expertos en la materia comprenderán también las diversas formas
diferentes en las que los datos podrían ser analizados para obtener
la misma función.
Para prevenir la pérdida de señal debido a
reflexiones procedentes del elemento de barrido y/o del fluido de
lavado, el dispositivo lidar está preparado para que las medidas del
dispositivo lidar no se recojan mientras se está limpiando la
ventana. Esto evita también el ruido eléctrico procedente de los
motores de lavado/barrido que reducen la exactitud de las medidas
del dispositivo lidar y reduce el pico de potencia de salida que se
solicita a la batería del dispositivo.
Debe destacarse que, como se describió
anteriormente, una operación de comparar con el valor umbral se
lleva a cabo cuando se extraen los valores de los datos de la
velocidad del viento de cada espectro Doppler adquirido por el
dispositivo lidar. Por consiguiente, cualquier suciedad que sea lo
suficientemente opaca como para evitar la obtención de una señal de
retorno utilizable no producirá un dato falso de velocidad del
viento sino que simplemente producirá un retorno "nulo". La
ausencia de un pequeño número de puntos de datos de la velocidad
del viento cuando se lleva a cabo un ajuste de datos del tipo
descrito con referencia a la figura 4 debería tener un efecto
despreciable sobre el vector de velocidad del viento calculado. Una
técnica de rechazo de resultados aislados del tipo descrito en
nuestra solicitud de patente internacional "copending"
GB05/001943 puede también aplicarse al llevar a cabo dicho ajuste
de datos. Debe también destacarse que dichas técnicas de
procesamiento deberían también asegurar que los datos de velocidad
del viento calculados no son afectados por retornos debidos a
movimiento del elemento limpiador o por la aplicación del fluido de
lavado si fuera necesario el continuar con la adquisición de datos
durante una operación de lavado/barrido.
Aunque la técnica anterior proporciona una forma
robusta de asegurar que la ventana sólo se limpia cuando es
necesario, debe destacarse que ciertos sucesos pueden parecer
análogos a la presencia de suciedad sobre la ventana externa. Por
ejemplo, puede aparecer una señal de retorno procedente de un objeto
en la vecindad del dispositivo lidar, o de un penacho de humo (por
ejemplo de una fábrica) o de un banco de niebla persistente. La
presencia de un objeto de este tipo puede ser temporal (por ejemplo
un vehículo o aeronave puede cruzar la región probada por el
dispositivo) o puede permanecer en escena durante un periodo
prolongado. Además, puede no ser posible para el sistema de
lavado/barrido el eliminar ciertos tipos de suciedad persistente.
El dispositivo lidar se diseña, por consiguiente, para que ignore
cualquier sector que tenga una intensidad de retorno bajo tras N
intentos para limpiar la ventana utilizando el mecanismo de
lavado/barrido de la suciedad. Este proceso se implementa llevando
a cabo una operación de renormalización cada pocas horas, pero es
posible una renormalización más o menos frecuente. El dispositivo
puede también estar preparado para "llamar a casa" para
reportar a un operador remoto la presencia de una potencia de señal
baja de forma persistente procedente de un sector del dispositivo;
esto puede conseguirse sobre un enlace telefónico o de datos
adecuado (probablemente sin hilos).
En adición, o como un alternativa, al análisis
anterior, el dispositivo lidar puede estar preparado para activar
una operación de limpieza de la ventana (por ejemplo un
lavado/barrido) en presencia de fuerte lluvia. Con referencia a la
figura 9, se muestra cómo un espectro Doppler típico obtenido en
presencia de lluvia (figura 9a) tiene picos con-
siderablemente más agudos que un espectro de retrodifusión estándar obtenido cuando no está lloviendo (figura 9b).
siderablemente más agudos que un espectro de retrodifusión estándar obtenido cuando no está lloviendo (figura 9b).
Una sencilla medida de la agudeza de los picos
(S) de un espectro Doppler puede determinarse utilizando la
expresión:
donde i es el pico del espectro e
y_{i} es la intensidad de la señal del pico
iésimo.
\vskip1.000000\baselineskip
En el caso de aerosoles S será pequeña pero para
lluvia S será grande. El umbral exacto que identifica la presencia
de lluvia, y el umbral al que la lluvia se convierte en
suficientemente fuerte como para que merezca la pena una operación
de lavado/barrido dependerá de las propiedades del dispositivo. Debe
destacarse también que S variará con la altura y dependerá también
de la orientación vertical (exploración) u horizontal (fijo). En
este ejemplo el dispositivo lidar se preparó para calcular S cuando
el dispositivo lidar estaba enfocado a una altura media (por
ejemplo, 80 m) y el valor de S se promedió durante varios segundos
para proporcionar un valor medio de funcionamiento "S".
Aunque la ecuación 3 proporciona una medida
sencilla de la agudeza de los picos de un espectro Doppler, los
expertos en la materia estarán de acuerdo con que se podrían
utilizar muchas funciones matemáticas alternativas para obtener el
mismo resultado. La función concreta utilizada dependerá de la
potencia disponible del procesador y de la aplicación
específica.
La presencia de lluvia (deducida de la medida de
la agudeza de los picos del espectro Doppler) puede hacer que el
dispositivo lidar genere una salida diferente que la producida
cuando la técnica descrita con referencia a las figuras 6 a 8
indicaba la presencia de suciedad en la ventana. Por ejemplo, puede
activarse solamente el elemento de barrido si comienza a llover
mientras que se activaría una acción de lavado/barrido si se detecta
la presencia de suciedad en la ventana. La acción seleccionada
puede depender también de otros factores ambientales; por ejemplo,
el fluido de lavado puede aplicarse solamente cuando la temperatura
exceda un cierto nivel umbral para asegurar que el fluido no se
hiela sobre la ventana reduciendo con ello (en lugar de mejorar) la
transmisión a través de la ventana.
Aunque se ha mostrado un mecanismo de
lavado/barrido, podrían utilizarse técnicas de limpieza alternativas
para limpiar la ventana en respuesta a una señal procedente del
dispositivo lidar. Por ejemplo, podría hacerse desplazar sobre la
superficie externa de la ventana una película removiendo con ello la
suciedad sobre la ventana.
Debe destacarse también que se requieren
dispositivos lidar herméticos para una amplia gama de aplicaciones.
Las diferentes aplicaciones es probable que impongan exigencias
diferentes al contenedor hermético que encierra al dispositivo
lidar. Por ejemplo, la exigencia de que el contenedor sea hermético
es mucho menos exigente para aplicaciones basadas en tierra que
para dispositivos pensados para su utilización en el mar. Debe
destacarse también que el contenedor hermético puede estar unido a,
o formar parte integral de, un artículo mayor. Por ejemplo, el
dispositivo lidar podría estar alojado dentro de un barco o de una
turbina eólica; en este caso el dispositivo lidar debería estar
preparado para generar una señal de salida que active un mecanismo
(por ejemplo un elemento de barrido) para limpiar la ventana del
barco/turbina a través de la que se dirige el haz láser del
dispositivo lidar.
Aunque hasta ahora se ha descrito un dispositivo
lidar para la medida de la velocidad del viento, la invención es
igualmente aplicable a cualquier sistema láser en el que un haz de
radiación se mueve o explora a través de una ventana de salida. Por
ejemplo, la técnica podría utilizarse con heliómetros, sistemas DIAL
(differential absorption lidar; dispositivo lidar de absorción
diferencial) con exploración, dispositivos lidar para perfiles
altimétricos de distancia, etc. Sistemas láser que no utilicen
dispositivos lidar podrían también utilizar la invención.
Claims (19)
1. Un dispositivo de medida (50) que comprende
una parte de transmisión (66) que posee un mecanismo de exploración
para transmitir una radiación a una pluralidad de puntos dentro de
un volumen de prueba distante a través de una ventana (54), una
parte de recepción (66) para detectar la radiación de retorno desde
el volumen de prueba distante a través de dicha ventana y un
procesador (66) para analizar la radiación de retorno detectada,
teniendo dicha ventana asociada un aparato de limpieza de la ventana
(56; 58; 60; 62; 64) para limpiar dicha ventana en respuesta a una
señal de activación de limpieza, estando el procesador preparado
para generar una señal de activación de limpieza para activar el
aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha
radiación de retorno desde el volumen de prueba distante detectada
sean indicativas de una reducción en la transmisión a través al
menos de parte de dicha ventana caracterizado porque el
procesador está preparado para determinar la potencia media de
retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno de
una pluralidad de sectores angulares mutuamente excluyentes
(A-H), correspondiendo cada sector angular a un
intervalo de ángulos de transmisión de la radiación desde el
dispositivo y para generar una señal de activación de limpieza
cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varía en
función del ángulo de transmisión de la radiación desde el
dispositivo.
2. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de sectores angulares
(A-H) comprende al menos 4 sectores angulares.
3. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el procesador está
preparado para determinar un primer sector angular (A) que tenga la
máxima potencia media de retorno y un segundo sector angular (C)
que tenga la mínima potencia media de retorno, en el que el
procesador genera una señal de activación de limpieza si la
potencia media de retorno del primer sector angular supera
sustancialmente la potencia media de retorno del segundo sector
angular.
4. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 3, en el que se produce una señal de activación de
limpieza si la potencia media de retorno del primer sector angular
supera la potencia media de retorno del segundo sector angular en
un factor mayor de 2.
5. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está
preparado para calcular la desviación estándar de la potencia media
de retorno de cada sector con respecto a la media del valor de
potencia media de retorno de todos los sectores, en el que se
produce una señal de activación de limpieza si la desviación
estándar excede un valor predeterminado.
6. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está
preparado para determinar la potencia de retorno normalizada de cada
medida, siendo calculada dicha potencia de retorno normalizada a
partir de la potencia de retorno detectada y un valor de referencia
de la potencia de retorno asociado.
7. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está
preparado para generar una señal de error si se genera de forma
persistente una señal de activación de limpieza.
8. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de
comunicación para contactar con un centro remoto.
9. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que el haz de transmisión
formado por la parte de transmisión y el haz de recepción definido
por la parte de recepción están dispuestos para que se intercepten
continuamente en el volumen de prueba distante durante el
funcionamiento.
10. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha parte de
transmisión y dicha parte de recepción comprenden un transceptor
monoestático.
11. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está
preparado para determinar cualquier desplazamiento Doppler de la
radiación de retorno detectada por la parte de recepción.
12. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 11, en el que el procesador está preparado para
calcular la velocidad del viento a partir del desplazamiento
Doppler de la radiación retrodifundida recogida por la parte de
recepción.
13. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 11 a 12, en el que el procesador está
preparado para analizar el espectro de potencia Doppler de cada
medida para detectar la presencia de lluvia.
14. Un dispositivo de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que el análisis del espectro Doppler
comprende analizar la agudeza de los picos de cada espectro
Doppler.
15. Un dispositivo de acuerdo a una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte de
transmisión, durante el funcionamiento, transmite radiación de onda
continua al volumen de prueba distante.
16. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la parte de transmisión,
durante el funcionamiento, transmite una radiación impulsiva al
volumen de prueba distante.
17. Un dispositivo hermético que comprende un
dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores y una cubierta hermética, comprendiendo dicha cubierta
hermética una ventana sustancialmente transparente y un mecanismo
de limpieza de la ventana en el que el dispositivo está preparado
para transmitir y recibir radiación a través de la ventana de la
cubierta hermética.
18. Un dispositivo hermético de acuerdo con la
reivindicación 17, en el que el mecanismo de limpieza de la ventana
comprende un mecanismo de lavado y barrido.
\vskip1.000000\baselineskip
19. Un método de adquirir una lectura que
comprende los pasos de:
(i) transmitir y explorar una radiación a una
pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante;
(ii) detectar la radiación retornada desde el
volumen de prueba distante; y
(iii) analizar la radiación de retorno
detectada,
en el que los pasos (i) y (ii) comprenden la
transmisión y la recepción de la radiación a través de una ventana
que tiene asociada un aparato de limpieza de la ventana para limpiar
dicha ventana en respuesta a una señal de activación de limpieza, y
el paso (iii) comprende la generación de una señal de activación de
limpieza para activar el aparato de limpieza de la ventana cuando
las propiedades de dicha radiación de retorno detectada sean
indicativas de una reducción en la transmisión a través de al menos
parte de dicha ventana
caracterizado porque el procesador
determina la potencia media de retorno de la radiación de retorno
detectada recogida de cada uno de una pluralidad de sectores
angulares (A-H) mutuamente excluyentes,
correspondiendo cada sector angular a un intervalo de ángulos de
transmisión de la radiación desde el dispositivo, y genera una
señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación
de retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de
la radiación desde el dispositivo.
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