ES2573288T3 - Detección de vibración de palas de turbinas eólicas y calibración de radar - Google Patents

Detección de vibración de palas de turbinas eólicas y calibración de radar Download PDF

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Abstract

Una turbina eólica (1) que comprende una torre de turbina eólica, al menos una pala giratoria (5) y un sistema para la medición de las vibraciones de la pala del rotor en dicha turbina eólica, comprendiendo el sistema: - al menos una unidad de radar Doppler (7), configurada de manera operativa para emitir y recibir señales de radar, montada en la torre de la turbina eólica (2) en una posición por encima de la posición más baja de al menos una pala, estando colocada la unidad de radar (7) de manera que mida las reflexiones de una señal de radar emitida desde la pala de la turbina (5); y - una unidad de procesamiento configurada para recibir los datos de medición de la unidad de radar (7) y para determinar, mediante el análisis del desplazamiento Doppler en las señales del radar recibidas con relación a las señales transmitidas debido al movimiento de la pala (5) hacia o alejándose de la torre de la turbina (2), la velocidad de la pala (5) en la dirección hacia o alejándose de la torre de la turbina (2); caracterizada por que: la unidad de procesamiento está configurada para calcular las propiedades de vibración de la pala sobre la base de la velocidad determinada de la pala (5) en la dirección hacia o alejándose de la torre de la turbina (2), dentro y fuera del plano de rotación del rotor.

Description

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DESCRIPCION
Deteccion de vibracion de palas de turbinas eolicas y calibracion de radar Campo de la invencion
Un primer aspecto de la presente invencion se refiere a un sistema o aparato y a un procedimiento correspondiente para la deteccion de vibraciones de palas de rotor de turbinas eolicas.
Un segundo aspecto de la presente invencion se refiere a un procedimiento para realizar el diagnostico y la calibracion en una red de antenas.
Antecedentes de la invencion
La figura 1 ilustra una turbina eolica 1 tfpica; La turbina eolica comprende una torre de turbina eolica 2 sobre la que se monta una gondola de turbina eolica 3. Sobre un buje 6 esta montado un rotor de turbina eolica 4 que comprende al menos una pala de turbina eolica 5. El buje 6 esta conectado a la gondola 3 por medio de un arbol de baja velocidad (no mostrado) que se extiende desde la parte delantera de la gondola. La turbina eolica ilustrada en la figura 1 puede ser un modelo pequeno destinado a un uso domestico o de utilidad ligera, o puede ser un modelo grande, tal como los que se utilizan en la generacion de electricidad a gran escala o en un parque eolico, por ejemplo. En el ultimo caso, el diametro de las palas podna ser tan grande como de 100 metros o mas.
En relacion con un primer aspecto de la invencion, como la turbina eolica es sometida a impulsos del viento, u otras condiciones meteorologicas, pueden establecerse oscilaciones en las palas del rotor, y las vibraciones suceden dentro y fuera del plano de rotacion del rotor. Es deseable monitorizar estas vibraciones, ya que una vibracion excesiva puede causar danos a las palas, al buje del rotor o a otros componentes estructurales.
Los procedimientos existentes para medir tales vibraciones dependen de acelerometros o dispositivos similares montados directamente sobre o dentro de la pala, o en el buje de la turbina eolica. Tales disposiciones son diffciles de mantener debido a la dificultad para acceder a los sensores, y a la dificultad de proporcionar rutas de comunicacion para los sensores para devolver datos a una unidad de procesamiento central. Un ejemplo de un procedimiento de la tecnica anterior se puede encontrar, por ejemplo, en el documento US 2008/0101930A1.
Hemos apreciado que sena deseable proporcionar un sistema alternativo y un procedimiento para la deteccion de las vibraciones de la pala.
En relacion con realizaciones de un segundo aspecto de la invencion, anteriormente se han propuesto sistemas de radar para evitar la colision entre una aeronave y un obstaculo en tierra. Por ejemplo, el documento EP-A-1.486.798 describe un sistema de prevencion de colisiones de obstaculos (OCAS) que comprende un sistema de radar que explora continuamente un area de cobertura para aeronaves en movimiento. Al detectar una aeronave dentro del area de cobertura, el radar esta adaptado para seguir a la aeronave como un objetivo definido. El curso, la altura y la velocidad del objetivo se calculan, y si los parametros son tales que existe un peligro de colision de la aeronave con el obstaculo, el sistema se activa para emitir una senal de aviso al piloto de la aeronave que se aproxima.
El sistema OCAS descrito en el documento EP-A-1.486.798 incluye una o mas unidades de campo que estan montadas en, o adyacentes al obstaculo u obstaculos de los cuales se debe advertir. Cada unidad de campo incorpora el sistema de radar descrito anteriormente y uno o mas dispositivos de advertencia para la emision de senales de advertencia a las aeronaves que se aproximan. Una unidad central de procesamiento procesa la informacion del sistema de radar y controla los dispositivos de advertencia sobre la base de la informacion procesada. En realizaciones preferidas, el dispositivo de aviso comprende una luz de advertencia que se ilumina despues de la deteccion de una aeronave. Ademas, o como alternativa a la luz de aviso, la unidad de campo puede comprender un dispositivo de alarma de audio, tal como una radio, para emitir senales de alarma acustica para el piloto. Los dispositivos de advertencia son operados con el fin de activar una advertencia a su debido tiempo antes de una posible colision, de tal manera que el piloto tiene tiempo suficiente para percibir el obstaculo, tomar una accion evasiva y maniobrar lejos del obstaculo.
Cada unidad de campo del sistema de prevencion de colisiones de obstaculos de un parque eolico esta equipada preferiblemente con una antena de radar como se describe en el documento EP-A-1.486.798, que permite la exploracion deseada que se va a realizar, como se describio anteriormente. La antena del radar comprende preferiblemente una pluralidad de paneles de la antena montados en un marco, de tal manera que los paneles miran hacia afuera desde el marco en diferentes direcciones. Preferiblemente, los paneles de antena estan dispuestos como los lados de un octagono.
Cada panel de antena comprende una pluralidad de elementos de antena que se seleccionan segun la frecuencia, los requisitos de cobertura vertical, etc. Con la disposicion de los paneles de antena descrita anteriormente, los elementos de antena forman una matriz que se extiende a lo largo tanto un eje horizontal (azimut) como un eje vertical (elevacion) para proporcionar la cobertura deseada del radar. En el documento WO-A-2011/085237 se describe una disposicion de antena de radar adecuada para su uso en las unidades de campo de la presente
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Hemos podido apreciar que sena conveniente ser capaz de realizar comprobaciones de diagnOstico en un sistema de red radares similares a las utilizadas en la disposiciOn OCAS.
Sumario de la invencion
Un primer aspecto de la invenciOn se define en las reivindicaciones independientes 1 y 16, a las que se hace referencia a continuaciOn. En las reivindicaciones dependientes se presentan caractensticas preferidas.
Las realizaciones del primer aspecto de la invenciOn pueden proporcionar una turbina eOlica, que tiene una torre de turbina eOlica y al menos una pala giratoria, y que comprende ademas un sistema para la mediciOn de las vibraciones de las palas del rotor de dicha turbina eOlica. El sistema comprende al menos una unidad de radar Doppler configurada operativamente para emitir y recibir senales de radar, estando la unidad de radar montada en la torre de la turbina eOlica en una posiciOn por encima de la posiciOn mas baja de al menos una pala, estando la unidad de radar situada para medir las reflexiones de una senal de radar emitida desde la pala de la turbina. Una unidad de procesamiento esta configurada para recibir los datos de mediciOn desde la unidad de radar y para determinar, mediante analisis de desplazamiento Doppler en las senales de radar recibidas respecto a las senales transmitidas debido al movimiento de la pala hacia o alejandose de la torre de turbina, la velocidad de la pala hacia o alejandose de la torre de la turbina. El uso de una unidad de radar para medir la velocidad de la pala permite realizar una determinaciOn de las vibraciones que se producen en la pala sin necesidad de un sensor interno en la pala. Esto reduce los costes de fabricaciOn y de mantenimiento de las palas, dado que los sensores en las palas no necesitan ser reemplazados, y los sensores situados en la torre son mas faciles de reemplazar en el campo.
Preferiblemente, la unidad de radar es una unidad de radar de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) que tiene un penodo de modulaciOn de frecuencia t1 de duraciOn de tal manera que la pala del rotor, cuando pasa a traves del haz del radar, se encuentra dentro de dicho haz durante la duraciOn de al menos dos penodos de modulaciOn de frecuencia. Las unidades de radar FMCW permiten un haz de transmisiOn continua mediante el uso de componentes seguros y rentables. La configuraciOn del penodo de modulaciOn de frecuencia para permitir al menos dos exploraciones de frecuencia de la pala que pasa permite obtener la determinaciOn del desplazamiento Doppler debido al movimiento relativo de la pala mediante la comparaciOn de los desplazamientos Doppler entre las exploraciones. El penodo de modulaciOn de frecuencia puede, por ejemplo, ser de entre 0,5 y 0,01 milisegundos, y mas espedficamente entre 0,2 y 0,05 milisegundos.
La unidad de procesamiento puede configurarse entonces para procesar los datos medidos de la unidad de radar obtenidos durante un primer periodo de la modulaciOn de frecuencia y un penodo de modulaciOn de frecuencia posterior para determinar el desplazamiento Doppler debido al movimiento de la pala hacia o alejandose de la torre de turbina. En particular, la unidad de radar puede medir una respuesta de frecuencia, y la unidad de procesamiento esta configurada para procesar las respuestas de frecuencia obtenidas para la primera y posteriores modulaciones de frecuencia y determinar los respectivos perfiles de alcance indicativos del alcance que va desde la unidad de radar a la pala; procesar los perfiles de alcance para obtener la respectiva informaciOn de Doppler; y comparar la informaciOn de Doppler para determinar la velocidad de la pala en la direcciOn hacia o alejandose de la torre de la turbina.
Los perfiles de alcance pueden incluir una pluralidad de acumuladores de alcance, cada uno correspondiente a un conjunto o propagaciOn de alcances. La unidad de procesamiento esta configurada para procesar los componentes de frecuencia que caen en los acumuladores de alcance correspondientes a la posiciOn de la pala para obtener la informaciOn de Doppler correspondiente a la pala y no a otros objetos que se encuentran en lugares diferentes. El procesamiento de solo aquellas frecuencias correspondientes a la pala, o a los objetos detectados en el alcance de la pala, evita un procesamiento innecesario de los objetos detectados no relacionados.
Preferiblemente, la unidad de procesamiento esta configurada para determinar la velocidad del lado de la torre (o lado de succiOn) y del lado opuesto (el lado de presiOn) de la pala mediante la identificaciOn de senales/reflexiones recibidos de los lados correspondientes de la pala. La unidad de procesamiento puede procesar los perfiles de alcance para obtener la informaciOn de Doppler correspondiente, tanto para el lado de la torre como el lado opuesto de la pala y comparar la informaciOn de Doppler para las dos partes de la pala para determinar la velocidad de cada lado de la pala en la direcciOn hacia o alejandose de la torre de la turbina. La detecciOn de las velocidades de las dos superficies principales de la pala permite realizar una comparaciOn para determinar si la estructura de la propia pala es variable, siendo este el caso si la velocidad de uno de los lados es diferente de la velocidad del otro.
Preferiblemente, la unidad de radar se monta en una posiciOn tal que la senal de radar se refleja desde la punta de la pala al pasar por el punto mas bajo en su rotaciOn. El control de la punta de la pala, o una parte de la pala en la proximidad de la misma, en lugar de mas hacia la rafz de la pala, permite la mediciOn del punto de mayor deflexiOn probable debido a la vibraciOn.
Se puede utilizar una serie de unidades de radar Doppler, cada una montada en la torre de la turbina. Se pueden disponer varias unidades de radar Doppler alrededor de la circunferencia de la torre de turbina eOlica a una altura comun. La distribuciOn de las unidades de radar alrededor de la circunferencia permite tomar lecturas en cualquier
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posicion de guinada. De manera alternativa o adicional, se pueden disponer una pluralidad de unidades de radar Doppler de forma lineal a lo largo de la longitud de la torre entre el centro de rotacion de la pala y la posicion mas baja de la pala, lo que permite mediciones de la velocidad de la pala en una pluralidad de puntos a lo largo de la longitud de la pala para construir un perfil de velocidad para toda la pala.
En lugar de proporcionar una pluralidad de unidades de radar Doppler alrededor de la circunferencia de la torre, una unidad de radar se puede montar de forma giratoria sobre la torre, de modo que pueda girar alrededor del eje de la torre. La unidad de radar incluye ademas un controlador de rotacion para controlar la posicion de rotacion de la unidad de radar sobre el eje de la torre. Preferiblemente, se puede proporcionar un sistema de control de guinada para hacer girar la gondola de la turbina eolica, y la pala, alrededor del eje de la torre para orientar la pala/el rotor. El controlador de rotacion puede acoplarse al sistema de control de guinada con el controlador de rotacion, que es accionable para recibir los datos de guinada indicativos de la posicion de guinada de la turbina eolica y para controlar la posicion de rotacion de la unidad de radar para posicionarla orientada sustancialmente perpendicular al plano de rotacion de la pala del rotor en respuesta a los datos de guinada. Mediante el control de la posicion circunferencial de la unidad de radar para que coincida con el angulo de guinada de la turbina eolica, la unidad de radar puede recibir datos para calcular la velocidad de la pala en cualquier angulo de guinada.
La unidad de procesamiento puede estar configurada para emitir una senal de apagado para apagar la turbina eolica cuando la velocidad detectada de la pala en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina excede un valor predeterminado.
La unidad de radar puede incluir una serie de elementos del tipo descrito en relacion con un segundo aspecto de la invencion. La unidad de radar, por lo tanto, puede incluir una matriz en fase.
Un procedimiento correspondiente puede proporcionarse para la medicion de las vibraciones de la pala del rotor en una turbina eolica que comprende una torre de turbina eolica y al menos una pala giratoria. El procedimiento comprende proporcionar al menos una unidad de radar Doppler configurada operativamente para emitir y recibir una senal de radar montada en la torre de turbina eolica en una posicion por encima de la posicion mas baja de al menos una pala, estando colocada la unidad de radar de manera que pueda medir las reflexiones de una senal de radar emitida desde la pala de la turbina. Las senales del radar se emiten y las reflexiones se reciben desde la pala. El procedimiento incluye ademas analizar el desplazamiento Doppler de las senales de radar recibidas con relacion a las senales transmitidas para determinar la velocidad del movimiento de la pala hacia o alejandose de la torre de turbina.
Un segundo aspecto de la invencion se define en las reivindicaciones independientes 18 y 38, a las que se hace referencia a continuacion. En las reivindicaciones dependientes se presentan caractensticas preferidas.
Las realizaciones del segundo aspecto de la invencion pueden proporcionar un procedimiento para calibrar un sistema de radar que comprende una pluralidad de elementos de antena dispuestos en una matriz, comprendiendo cada elemento un transmisor y un receptor para transmitir y recibir senales, siendo accionables los elementos de antena para funcionar en un modo de transmision o un modo de recepcion y para ajustar la amplitud y la fase de la senal. El procedimiento comprende activar el modo de transmision en un primer elemento de antena de la matriz para transmitir una senal y activar el modo de recepcion en un segundo elemento de antena de la matriz proximo al primer elemento de antena, siendo seleccionado el segundo elemento de antena para ser colocado con el fin de recibir radiacion procedente de un lobulo lateral del primer elemento de antena. Una determinacion se hace entonces en cuanto a si el segundo elemento de antena recibe la senal procedente del primer elemento de radar.
Preferiblemente, el modo de recepcion se activa en al menos otro elemento mas de la antena de la matriz, proximo al primer elemento de antena, de manera que el segundo elemento de antena y cada uno de los demas elementos de antena funcionan en modo de recepcion, mientras que el primer elemento de radar funciona en modo de transmision. El procedimiento puede incluir entonces la etapa de determinar la fase relativa y/o la amplitud del segundo elemento de antena y cada uno de los elementos de antena adicionales. Preferiblemente, el procedimiento comprende ademas seleccionar el segundo elemento de antena y cada uno de los elementos de antena adicionales para ser activados en el modo de recepcion, seleccionandose el segundo elemento y cada elemento adicional de tal manera que se encuentren en una posicion relativa al primer elemento de antena, de manera que la senal esperada del primer elemento de antena en la posicion de los elementos segundo y adicionales es equivalente. Preferiblemente, el segundo elemento y cada uno de los elementos adicionales se seleccionan de tal manera que se encuentran en posiciones en las que pueden recibir la radiacion de los lobulos laterales equivalente desde el primer elemento de radar. El segundo elemento y cada elemento adicional pueden estar situados en lados diferentes del primer elemento, y equidistantes del mismo. El segundo elemento y cada uno de los elementos adicionales pueden estar situados de forma simetrica o reflejados alrededor de un eje a traves del primer elemento.
La matriz comprende preferiblemente una pluralidad de paneles de sub-matriz dispuestos para formar una estructura tridimensional a partir de la cual los elementos irradian. Cada panel tiene una pluralidad de elementos sobre el mismo, donde el primer elemento de antena se encuentra en un panel diferente al segundo y siguientes elementos de antena. El segundo elemento de antena y el elemento o elementos de antena adicionales estan situados preferiblemente en un panel comun. El primer elemento de radar esta situado preferiblemente en posicion diagonal
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desde el segundo elemento de antena y desde el elemento o elementos de antena adicionales en la matriz.
En otras realizaciones, en lugar de apoyarse en un solo emisor y dos o mas receptores, el procedimiento puede comprender la activacion del modo de transmision en por lo menos otro elemento mas de la antena de la matriz, proximo al segundo elemento de antena, de manera que el primer elemento de antena y cada uno de los elementos del radar adicionales funcionen en modo de transmision, mientras que el segundo elemento de radar funciona en modo de recepcion. El procedimiento a continuacion incluye ademas la determinacion de la fase relativa y/o la ganancia/amplitud del segundo elemento de antena y cada uno de los elementos de antena adicionales de una manera similar a la anterior. El procedimiento comprende preferiblemente ademas la seleccion de la activacion del segundo elemento de antena y cada uno de los elementos de antena adicionales en el modo de transmision, seleccionandose el primer elemento y cada elemento adicional de manera que se encuentren en una posicion relativa al segundo elemento de radar de tal forma que la senal esperada desde el primer elemento de antena y los elementos del radar adicionales en la posicion del segundo elemento de radar sea equivalente. El primer elemento de antena y cada uno de los elementos adicionales se seleccionan preferiblemente de tal manera que se encuentran en una posicion en la que pueden transmitir la radiacion desde los lobulos laterales equivalentes al segundo elemento de radar. El primer elemento y cada elemento adicional estan situados preferentemente en lados diferentes del segundo elemento, y equidistantes del mismo. El primer elemento y cada uno de los elementos adicionales estan situados preferiblemente simetricamente alrededor o reflejados alrededor de un eje a traves del segundo elemento. Como se menciono anteriormente, la matriz puede comprender una pluralidad de paneles, teniendo cada uno una serie de elementos. El segundo elemento de antena y el elemento o elementos de antena adicionales estan situados preferiblemente en un panel comun, y el primer y segundo elementos de antena estan situados en paneles diferentes. Preferiblemente, el segundo elemento de antena esta situado en diagonal desde el primer elemento de antena y el elemento o elementos de antena en la matriz. Alternativamente, el primer elemento de antena se acciona en el modo de recepcion, y el modo de transmision se activa en el segundo y al menos un elemento adicional mas de la antena.
El procedimiento preferiblemente incluye ademas la etapa de ajustar la fase o ajuste de amplitud/ganancia del segundo y/o cada uno de los elementos de antena adicionales en respuesta a la fase relativa determinada o a la medicion de la amplitud/ganancia.
Cuando las realizaciones del primer aspecto de la invencion comprenden un sistema de radar que tiene una matriz en fase de elementos, los procedimientos descritos en relacion con el segundo aspecto de la invencion se pueden utilizar con el mismo para comprobar y calibrar dicha matriz.
Las realizaciones del segundo aspecto de la invencion tambien pueden proporcionar un sistema o aparato que comprende un sistema de radar que incluye a su vez una pluralidad de elementos de antena dispuestos en una matriz, comprendiendo cada elemento consta de un transmisor de radar y un receptor para transmitir y recibir senales de radar, siendo los elementos de antena operables en modo de transmision o en modo de recepcion. Tambien se proporciona una unidad de control, acoplada al sistema de radar, que esta configurada para activar el modo de transmision en un primer elemento de antena de la matriz para transmitir una senal del radar y para activar el modo de recepcion en un segundo elemento de antena de la matriz proximo al primer elemento de antena, y posicionado de manera que recibe la radiacion procedente de un lobulo lateral del primer elemento de antena. La unidad de control esta configurada ademas para determinar si el segundo elemento de antena recibe una senal del radar. La unidad de control puede estar configurada ademas para llevar a cabo cualquiera de los procedimientos descritos anteriormente o a continuacion. Tambien puede proporcionarse un programa de ordenador correspondiente que cuando se ejecuta en el sistema hace que la unidad de control lleve a cabo los procedimientos descritos anteriormente o a continuacion.
Breve descripcion de los dibujos
Los ejemplos de la invencion se describiran ahora con mas detalle en referencia a los dibujos, en los que:
La Figura 1 muestra una ilustracion esquematica de una turbina eolica;
La Figura 2 es una ilustracion esquematica de una turbina eolica que incluye una unidad de radar de acuerdo con una realizacion del primer aspecto de la invencion;
La Figura 3 es un diagrama de un sistema de deteccion de vibraciones que incorpora una unidad de radar FMCW;
La Figura 4 es una serie de diagramas que muestran las diversas etapas en la extraccion de datos de velocidad de los datos del radar recibidos;
La Figura 5 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal a traves de una turbina eolica que incluye una unidad de radar de acuerdo con una realizacion del primer aspecto de la invencion;
La Figura 6 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal a traves de una turbina eolica de acuerdo con otra realizacion del primer aspecto de la invencion;
La Figura 7 es un diagrama de un sistema de control para un sistema que incorpora un montaje giratorio para una unidad de radar;
La Figura 8 es una ilustracion esquematica de una seccion transversal a traves de una turbina eolica de acuerdo con otra realizacion del primer aspecto de la invencion que incorpora una pluralidad de unidades de radar;
5 La Figura 9 es una ilustracion esquematica de una turbina eolica que incluye una pluralidad de unidades de radar de acuerdo con una realizacion adicional del primer aspecto de la invencion;
La Figura 10 es un esquema de una matriz lineal en fase;
La Figura 11 es un diagrama de un elemento de antena y un sistema de unidad de control;
La Figura 12 es un diagrama de un ejemplo de patron de radiacion desde un elemento de radar;
10 La Figura 13 es un diagrama de una red de antenas usado para implementar realizaciones del segundo aspecto de la invencion;
La Figura 14 es un diagrama que muestra los patrones de prueba de ejemplo;
La Figura 15 es otro diagrama que muestra los patrones de prueba de ejemplo;
La Figura 16 es otro diagrama que muestra los patrones de prueba de ejemplo;
15 La Figura 17 es otro diagrama que muestra los patrones de prueba de ejemplo;
La Figura 18 es otro diagrama que muestra los patrones de prueba de ejemplo.
Descripcion detallada de las realizaciones preferidas
A continuacion se describiran realizaciones de acuerdo con un primer aspecto de la presente invencion.
La Figura 2 muestra una ilustracion esquematica de una turbina eolica que incorpora una unidad de radar 7. La 20 turbina eolica se muestra con una unica pala a modo de ilustracion. Se observara que una turbina eolica usualmente tiene mas palas, y tfpicamente tendra tres palas. La incidencia del viento en la pala causa una rotacion en la direccion indicada por la flecha en la figura. La pala traza una trayectoria circular 8 y alcanza su punto mas bajo 9 respecto a la base de la turbina cuando el eje mayor o longitudinal de la pala es vertical; es decir, la pala alcanza su punto mas bajo en su rotacion cuando su eje mayor coincide con el eje principal/vertical de la torre 2.
25 Una unidad de radar que comprende un emisor y un receptor esta fijada a la torre. La unidad de radar se coloca por encima del punto mas bajo 9 en el que la pala 5 pasa de tal forma que las senales de radar emitidas desde la unidad de radar se reflejan desde la pala y son detectadas por el receptor. El emisor y el receptor pueden ser el mismo componente, pero en ciertas realizaciones se separan preferiblemente en el espacio para evitar interferencias.
Se puede proporcionar una unidad de procesamiento, acoplada a la unidad de radar para recibir datos de la misma. 30 Las vibraciones hacen que la pala se mueva hacia o alejandose de la torre a medida que gira la pala. La unidad de procesamiento determina el desplazamiento Doppler de la senal del radar de retorno desde la pala a medida que vibra, en base a los datos recibidos desde la unidad de radar, para determinar la velocidad de la pala hacia o alejandose de la torre. Hay varias maneras de producir el efecto Doppler utilizando un dispositivo de radar. Los radares pueden ser de impulsos coherentes (CP), de impulsos Doppler, de onda continua (CW), o de frecuencia 35 modulada (FM). El radar Doppler CW solo proporciona una salida de velocidad, ya que la senal recibida del objetivo se compara en la frecuencia con la senal original, pero no hay ninguna senal temporal con la que extraer informacion del alcance. El radar FMCW mejora con respecto a este mediante el barrido de la frecuencia del transmisor periodicamente para permitir una determinacion del alcance. Aunque las realizaciones del primer aspecto de la invencion pueden utilizar cualquier tipo de radar, en este documento se utilizara el ejemplo espedfico de FMCW.
40 La Figura 3 muestra un esquema de un sistema de deteccion de vibraciones que incorpora una unidad de radar FMCW. El transmisor de FM proporciona una senal de radar a la antena transmisora. La senal es una onda continua de una frecuencia particular que puede considerarse una onda portadora que se modula por el modulador. La modulacion puede ser modulacion de amplitud o de fase, pero el ejemplo que se utiliza es la modulacion de frecuencia, por lo que la frecuencia de la senal CW portadora se modula en una frecuencia tal que vana con el 45 tiempo.
Tres esquemas de modulacion se utilizan comunmente: una forma de onda sinusoidal, una forma de onda triangular o una forma de onda de diente de sierra.
La senal de radar modulada se emite de forma continua desde la antena de transmision o emisor. La senal se refleja desde la pala a medida que pasa a traves del campo de cobertura del radar y la senal de retorno es detectada por la 50 antena de recepcion o receptor. Por lo general, se utiliza un mezclador para combinar la senal recibida con una
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porcion de la senal transmitida originalmente. La unidad de procesamiento recibe la senal mezclada y realiza el calculo necesario para extraer de la senal recibida una medicion Doppler indicativa de la velocidad de la pala del rotor, obteniendo una velocidad y una direccion ya sea hacia o alejandose de la torre.
La Figura 4 se utilizara para proporcionar un ejemplo particular de la manera en que se extrae la medicion Doppler. Se observara que otros procedimientos computacionales pueden ser posibles, o que se pueden utilizar variaciones de este procedimiento.
La Figura 4, dibujo A, muestra una senal de radar CWFM de onda de diente de sierra representada como una lmea continua. La lmea de puntos indica una senal de retorno simplificado desde la pala. Como puede verse a partir de A, la senales transmitidas y recibidas se separan, en un momento dado, por una frecuencia 8f que se debe tanto al alcance de la pala como al desplazamiento Doppler debido a la velocidad radial de la pala hacia o alejandose de la unidad de radar y, por lo tanto, tambien de la torre.
Los datos de la senal de retorno, que se pueden mezclar con una porcion de la senal emitida, se someten entonces a una transformada de Fourier para extraer la informacion del alcance. La transformada de Fourier, a veces conocida como una FFT (Transformada Rapida de Fourier) de alcance, se aplica a cada senal de barrido para determinar una pluralidad de perfiles de alcance, identificando cada perfil de alcance los objetos detectados dentro de acumuladores de alcance particulares o celulas. El dibujo B de la Figura 4 muestra una transformada de Fourier de alcance de ejemplo para un barrido de frecuencia particular, que tiene una senal en el acumulador de alcance r2. El pico mostrado representa una pala detectada. Una transformada posterior, conocida a veces como una FFT de Doppler, se aplica entonces a las muestras de la misma celula del alcance de barridos de consecutivos para extraer informacion de Doppler indicativa de la velocidad del objeto detectado en ese acumulador de alcance. La informacion de Doppler incluye la velocidad de cambio de fase de la salida de cada acumulador de alcance de un barrido al siguiente, lo que permite determinar la velocidad, incluida la velocidad y la direccion radiales hacia o alejandose de la torre de turbina.
La Figura 5 es una seccion transversal de la turbina eolica de la Figura 2 a lo largo de la lmea A-A, como se ve desde arriba, con la pala del rotor en su punto mas bajo en lugar de en la posicion mostrada en la Figura 2. La gondola no se muestra por motivos de claridad. La pala pasa por delante de la torre 2, y por lo tanto tambien de la unidad de radar 7, a una distancia X, siendo la distancia perpendicular al eje de la torre. La unidad de radar emite un haz de radar 10 que tiene una anchura de haz a. La cantidad de tiempo que la pala pasa dentro del haz del radar depende del valor de a, X y la velocidad de rotacion de la pala. Como se menciono anteriormente, tfpicamente se situara una punta de la pala en el punto mas bajo de la rotacion, a aproximadamente 3-5 m de la torre de turbina. La pala puede girar a una velocidad de alrededor de 20 rpm. Un valor tfpico de ejemplo para a puede ser 10° o menos. Otros valores de ejemplo se proporcionan en la tabla 1 a continuacion.
77 GHz 10 GHz
Parametros WT
Velocidad de rotacion/pala (rpm)
20 20
Numero de palas
3 3
Distancia (m) de la pala a la torre
5 5
Longitud de la pala (m)
50 50
Ancho de la pala (m)
2 2
Velocidad de rotacion/pala (grados/s)
120 120
Velocidad en la punta de la pala (m/s)
104,72 104,72
Parametros del radar
Frecuencia (GHz)
77 10
Longitud de onda (m)
0,0039 0,0300
Anchura del haz de la antena (grados)
4 4
Abertura de la antena (tamano efectivo)
0,06 0,43
Tiempo maximo de observacion/pala (s)
0,033333 0,033333
Ancho de banda de barrido (GHz)
20 20
Resolucion del alcance (m)
0,0075 0,0075
Duracion del barrido (ms)
0,1 0,1
Velocidad no ambigua (+/-) (m/s)
9,74 75,00
# barridos durante el tiempo de
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Resolucion de velocidad (m/s)
0,12
0,90
Tabla 1: Una comparacion de los parametros del radar de ejemplo para los parametros de la turbina eolica de ejemplo
Tal como se especifica en la tabla, por un valor de X de 5 metros, una pala con una longitud de 50 metros, y una velocidad de rotacion de 20 rpm, la punta de la pala se desplaza a una velocidad de aproximadamente 105 m/s y pasa un total de alrededor de 0,03 segundos dentro del alcance angular del detector por revolucion. Con el fin de ser capaz de obtener una medicion fiable del valor Doppler para la pala se requieren al menos dos barridos de frecuencia, es decir, una exploracion aproximadamente cada 0,015 segundos. Este es un ejemplo del numero mmimo requerido de barridos. En la practica, la frecuencia de los barridos puede ser considerablemente mayor, por ejemplo, un barrido se puede producir alrededor de cada 0,1 milisegundos, lo que proporciona considerablemente mas que el numero mmimo de barridos requerido para la supervision de la velocidad de la pala.
La resolucion del alcance de la unidad de radar depende del ancho de banda de frecuencia de barrido utilizado. Un ancho de banda grande proporciona una resolucion mas alta, lo que significa una mayor distancia entre los respectivos acumuladores de frecuencia en el contexto de dibujo B en la Figura 4. Para las turbinas eolicas tfpicas, la pala puede pasar alrededor de 3-5 m desde la torre de la turbina y, por lo tanto, desde la unidad de radar, durante el penodo de medicion. Una variacion de frecuencia mayor durante un intervalo de tiempo dado proporciona una medicion mas precisa del tiempo de transito y una mejor indicacion del alcance. La ambiguedad de Doppler, es decir, la posibilidad de una medicion de Doppler incorrecta, depende del numero de barridos realizados durante un intervalo de tiempo dado. Cuantos mas barridos de frecuencia se lleven a cabo durante el penodo de observacion, y por lo tanto cuanto mas corto sea el penodo de cada barrido de frecuencia, es mas probable que la medicion de Doppler sea inequvoca. Sin embargo, la resolucion Doppler, es decir, las velocidades que se pueden resolver, depende del tiempo de observacion, independientemente del numero de barridos realizados, con un tiempo de observacion mas largo ofreciendo una resolucion Doppler mas alta. La resolucion Doppler es tambien dependiente de la frecuencia de la senal portadora del FMCW, siendo mayor la resolucion para frecuencias mas altas. Como ejemplo, para el radar de frecuencia de 77 GHz se puede ver que un ancho de banda de barrido de frecuencia de 20 GHz da una resolucion de alcance de alrededor de 7,5 mm, que es suficiente para la resolucion de la posicion de la pala de la turbina. Un tamano de la antena de alrededor de 6 cm, que tiene una anchura de haz 4° da una resolucion de velocidad de 0,12 m/s, que tambien esta dentro del alcance deseado para el proposito actual. Dicha disposicion debe permitir la medicion no ambigua de velocidades de vibracion en el alcance de +/- 9,74 m/s.
Es posible configurar la unidad de radar para detectar las senales del radar reflejadas tanto desde el lado de la torre como desde el lado opuesto de la pala, con la unidad de procesamiento configurada para determinar la velocidad del lado de la torre (o lado de succion) y el lado opuesto (el lado de presion) de la pala mediante la identificacion de senales/reflexiones recibidos desde los respectivos lados de la pala. A condicion de que el ancho de banda de la unidad de radar sea suficiente para resolver estas dos superficies, se puede obtener un perfil de alcance de la clase mostrada en el dibujo C de la Figura 4. Una resolucion de alcance de alrededor de 7,5 mm como se ha mencionado anteriormente permite la resolucion de los dos lados de la pala. La informacion de Doppler para los acumuladores de alcance correspondientes a ambas superficies de la pala puede entonces resolverse, ofreciendo informacion de la velocidad independiente de ambos lados de la pala. Esto se puede utilizar para determinar si diferentes patrones de vibracion se producen en los dos lados de la pala, lo que puede indicar un fallo estructural. Si la resolucion no es suficiente para resolver ambos lados de la pala entonces efectivamente se determina un valor medio Doppler para ambas superficies.
La unidad de procesamiento puede procesar los perfiles de alcance para obtener la informacion de Doppler correspondiente, tanto para el lado de la torre como el lado opuesto de la pala y comparar la informacion de Doppler para las dos partes de la pala para determinar la velocidad de cada lado de la pala en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina. La deteccion de las velocidades de las dos superficies principales de la pala permite realizar una comparacion para determinar si la estructura de la propia pala es variable, siendo este el caso si la velocidad de uno de los lados es diferente de la velocidad del otro.
Haciendo de nuevo referencia a la Figura 2, una unica unidad de radar 7 esta fijada a la torre por encima del punto 9 mas bajo por el que pasa la pala 5. En particular, la unidad de radar puede estar situada a una altura tal que la punta de la pala pase a traves del campo de vision de la senal de radar, de tal forma que la velocidad de la punta hacia o alejandose de la torre se mida. Sin embargo, la unidad de radar puede estar situada a cualquier altura a la que se desea medir las vibraciones de la pala.
Aunque se puede utilizar una unica unidad de radar fijada a la torre, sena preferible ser capaz de medir las propiedades de la vibracion de la pala a medida que la turbina se mueve a diferentes posiciones de guinada. Se apreciara que si la turbina fuera a orientarse desde la posicion indicada en la Figura 2, o sugerida por la Figura 5, el plano de rotacion de la pala se movena desde la posicion perpendicular a la direccion de emision/deteccion de la unidad de radar, lo que resultana en que la pala abandonana el campo de vision de la unidad de radar.
La Figura 6 muestra una realizacion de la invencion que incorpora una unidad de radar movil. La Figura 6 se toma de
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la misma vista que la Figura 5, mostrando la unidad de radar 7 fijada a la torre 2 a traves de un montaje giratorio 10. El montaje giratorio permite que la unidad de radar gire alrededor del eje de la torre, alrededor de la superficie de la torre, a una altura constante respecto a la base de la torre. El montaje giratorio permite la rotacion de la unidad de radar ya sea en el sentido horario o anti-horario. La posicion de rotacion del montaje giratorio se controla mediante un accionador que puede recibir senales de una unidad de control. El movimiento de la unidad de radar alrededor de la torre se puede ajustar en respuesta a un cambio en la guinada de la turbina.
La Figura 7 muestra un sistema de control de ejemplo para el montaje giratorio. Se suministra un controlador de rotacion de la unidad de radar 71 para el envfo de senales de control al accionador del montaje giratorio 72. El controlador de rotacion de la unidad de radar esta acoplado a un controlador de guinada 73 que esta configurado para enviar senales de control a un sistema de orientacion de la turbina 74 y recibir datos de guinada del mismo. El controlador de guinada recibe o calcula los datos indicativos de la posicion de guinada de la turbina, y controla los cambios de orientacion. El controlador de rotacion de la unidad de radar esta configurado para recibir datos de posicion de guinada y datos de variacion de guinada, y para determinar si la posicion de rotacion de la unidad de radar necesita alterarse en respuesta. Cuando se determina que la posicion de guinada de la turbina corresponde a que las palas estan fuera del alcance de visualizacion de la unidad de radar cuando estan en su posicion mas baja el controlador de rotacion de la unidad de radar controla el accionador del montaje giratorio para hacer girar la unidad de radar hasta que transmite/recibe sustancialmente de la misma direccion que el angulo de guinada de la turbina. El controlador de rotacion de la unidad de radar forma parte preferiblemente de la unidad de radar en sf.
El accionador del montaje giratorio en sf puede ser cualquier construccion apropiada para permitir la rotacion necesaria de la unidad de radar alrededor de la circunferencia de la pala de la turbina a la altura requerida. Esto puede ser en forma de dos anillos, estando un primer anillo 11 fijado a la torre de la turbina alrededor de su circunferencia, y un segundo anillo 12 que tambien se extiende alrededor de la circunferencia de la torre de la turbina, a la que la unidad de radar esta fijada, estando el segundo anillo acoplado al primer anillo mediante cojinetes 13 para permitir la rotacion relativa entre los dos anillos y, por lo tanto, entre la unidad de radar y la torre de la turbina.
Una alternativa a la disposicion descrita en relacion a las Figuras 6 y 7 se proporciona en la Figura 8, que tambien se toma de la misma vista que la Figura 5. La Figura 8 muestra de nuevo una torre de turbina 2, pero en este ejemplo una pluralidad de unidades de radar 7 estan fijadas alrededor de la circunferencia de la misma a una altura comun. Las unidades de radar se distribuyen a intervalos regulares. Es posible que haya mas o menos unidades de las que se muestran en la Figura. Proporcionar una pluralidad de unidades alrededor de la circunferencia tiene la ventaja de que no requiere partes moviles. Dado que pueden utilizarse unidades de bajo coste, tales como las que se encuentran en aplicaciones de radar en vetnculos como las aplicaciones de control de crucero, el uso de una serie de unidades distribuidas alrededor de la circunferencia de la torre de la turbina puede ser mas atractiva que disponer de un mecanismo de rotacion.
El cfrculo 81 en la Figura 8 indica la distancia aproximada de la torre a las palas de la turbina, en el plano de la unidad de radar, donde no se esta produciendo la vibracion para todas las posibles posiciones de guinada. Las unidades de radar se pueden distribuir alrededor de la torre, de manera que sus campos de vision se superponen a una distancia horizontal predeterminada de la torre de la turbina. En particular, las unidades de radar se pueden distribuir de tal manera que los angulos de vision horizontal hacen que sus campos de vision 82 se junten o se superpongan a una distancia desde la torre correspondiente a la posicion esperada de la pala en el punto mas bajo en su rotacion, como se muestra en la Figura 8 para tres unidades de radar. La distancia a la que los campos de vision se superponen puede estar en, o a una distancia predeterminada mas alla de, la distancia prevista de la pala cuando no se produce vibracion mas la distancia maxima esperada de la vibracion, de manera que la pala se puede detectar en todas las posiciones de guinada durante todas las distancias esperadas razonablemente causadas por las vibraciones.
La Figura 9 muestra como una pluralidad de unidades de radar tambien se pueden distribuir a lo largo de la altura de la torre de la turbina eolica para proporcionar mediciones a diferentes alturas, en caso necesario. Cada unidad de radar se puede montar en un montaje giratorio, tal como de la manera descrita para las Figuras 6 y 7, o alternativamente una pluralidad de unidades de radar se puede distribuir alrededor de la circunferencia en cada altura como se describe para la Figura 8. Las alturas a lo largo de la torre pueden ser intervalos regulares, o podnan ser puntos de interes particular, tales como la punta de la pala a medio camino, y/o tan cerca de la rafz de la pala como sea posible.
Cuando se utiliza una pluralidad de unidades de radar tal como el ejemplo descrito en relacion a la Figura 9, puede ser necesario asegurar que las unidades de radar correspondientes estan suficientemente separadas en el espacio, la frecuencia o el tiempo para evitar la interferencia o el ruido de unidades vecinas. En particular, cada unidad puede configurarse para transmitir, recibir o transmitir y recibir, como es posible con FMCW, en un intervalo de tiempo particular. Por lo tanto, las unidades pueden estar configuradas para transmitir/recibir durante diferentes rotaciones respectivas de la pala/rotor. En el ejemplo de una sola pala, una primera unidad de radar en una primera altura a lo largo de la torre puede estar configurada para enviar/recibir senales de radar cuando la pala pasa a traves de su campo de vision y luego cesa la transmision. Una segunda unidad de radar en una segunda altura a lo largo de la torre, diferente de la primera altura, puede configurarse despues para comenzar a enviar/recibir senales del radar,
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dejando de transmitir una vez que la pala ha pasado a traves de su campo de vision. Esto se puede repetir para todas las unidades de radar distribuidas a diferentes alturas. La coordinacion de la activacion de cada unidad de radar se puede realizar mediante una unidad de control central acoplada a cada unidad de radar.
A medida que las unidades de radar establecen la velocidad de cada pala a lo largo de un penodo de tiempo, se puede establecer un perfil de velocidad, identificando la variacion de la velocidad de la pala en la direccion hacia o alejandose de la torre con el tiempo. Esto permite determinar el penodo de vibracion de la pala. Los parametros de seguridad se pueden introducir, y si el penodo de vibracion de la pala, o la velocidad de la pala, excede un valor predeterminado, entonces la turbina se puede cerrar automaticamente. Esto se puede lograr mediante el controlador central, que puede estar dispuesto para recibir los datos de cada unidad de radar para determinar los perfiles de velocidad para cada pala. El controlador central tambien puede contener la unidad de procesamiento configurada para recibir datos de medicion de la unidad de radar, de tal forma que el analisis del desplazamiento Doppler se lleva a cabo centralmente, de manera remota desde el transmisor y el receptor. Alternativamente, la unidad de procesamiento puede estar situada en una carcasa comun con el transmisor y el receptor.
Se han descrito realizaciones de la aplicacion de un radar Doppler montado en una turbina eolica para detectar la velocidad de la pala hacia o alejandose de la torre, y para calcular las propiedades de vibracion de la pala fuera del plano de rotacion, tal como el penodo de vibracion, la amplitud de la vibracion, etc. Un radar Doppler montado en la turbina tambien se puede usar para otras aplicaciones. Una de tales aplicaciones es la deteccion de aeronaves como se ha descrito anteriormente, y a continuacion, en relacion con el sistema de OCAS.
En el sistema de OCAS el radar Doppler es preferiblemente una matriz en fase FMCW montada debajo del punto mas bajo de la pala en la torre de turbina. Los parametros de ejemplo para el sistema OCAS son una frecuencia de
l, 325 GHz, una anchura de haz de la antena de unos 24° y un tamano efectivo de la abertura de la antena de 0,54
m. El ancho de banda de barrido de 0,035 permite una resolucion de alcance de 4,2857 m, una velocidad Doppler no ambigua de 566,04 m. Esto permite la resolucion de aeronaves y otros objetos en el entorno de una turbina eolica. Tambien permite, utilizando las mediciones Doppler de velocidad descritas anteriormente, la determinacion del movimiento relativo de las partes del objeto en el aire en relacion a su direccion de desplazamiento. Por ejemplo, el perfil de la rotacion de una pala de helicoptero puede detectarse y analizarse para que el sistema OCAs pueda identificar que un objeto detectado es un helicoptero. Asimismo, la helice de un avion o similar se puede identificar utilizando la firma Doppler. Ademas, de esta manera, la medida de Doppler permite la identificacion del perfil de Doppler de aleteo de las alas de un ave.
Asf, el sistema OCAS, u otros tipos de sistemas de radar, se pueden configurar para detectar la senal Doppler de los objetos en movimiento y analizarla para producir un perfil de Doppler, determinando la velocidad relativa de las partes del objeto que se mueven respecto a la direccion del objeto. Esto permite que el sistema de radar identifique y clasifique los diferentes objetivos y ajuste las medidas adoptadas sobre la base de estas clasificaciones. Si un objeto se determina que es un pajaro, o una bandada de pajaros, entonces puede ocurrir que el sistema OCAS no active las senales de advertencia. Si el objeto se determina que es un helicoptero, entonces puede usarse un tiempo de aviso o patron de aviso diferente del que se utilizana para un avion.
A continuacion se describiran realizaciones de acuerdo con un segundo aspecto de la invencion.
Una matriz en fase es una antena directiva que comprende antenas radiantes individuales, o elementos, que generan un patron de radiacion cuya forma y direccion se determina por las fases y amplitudes relativas de las corrientes en los elementos individuales. Variando correctamente las fases relativas es posible controlar la direccion de la radiacion emitida por la matriz. Los elementos radiantes pueden ser dipolos, grnas de onda de tipo abierto, ranuras cortadas por la gma de ondas, o cualquier otro tipo de la antena. Las antenas de matriz en fase permiten la orientacion del haz mediante control electronico.
Una antena de matriz comprende una serie de elementos radiantes individuales espaciados adecuadamente entre sf. La amplitud y fase relativas de las senales aplicadas a cada elemento se controlan electronicamente para obtener el patron de radiacion deseado a partir del efecto combinado de todos los elementos. Tfpicamente, las matrices pueden ser lineales, con un conjunto de elementos dispuestos en una lmea recta, o superficie plana, que comprende una configuracion de elementos de dos dimensiones. La radiacion maxima emitida puede ser perpendicular a la lmea o plano de la matriz (matriz andanada), o en paralelo a la matriz (matriz de radiacion longitudinal).
La Figura 10 muestra una matriz en fase lineal 1001 que comprende una serie de elementos 1002 en una disposicion lineal. La separacion entre cada elemento es la misma. Cada elemento comprende tanto un emisor como un receptor, de manera que la radiacion emitida por el emisor y, posteriormente, reflejada por un objeto dentro del campo de vision del emisor es detectada por el receptor. Con el fin de implementar una disposicion de este tipo, en la que el emisor y el receptor se encuentran efectivamente en el mismo lugar, es preferible que cada elemento funcione unicamente en el modo de transmision o unicamente en el modo de recepcion en cualquier momento dado, ya que la transmision y la recepcion simultaneas causan interferencias. En disposiciones en las que las funciones de los componentes de la antena como radiador y receptor, la funcion esta controlada por la electronica de emision y recepcion, solo puede utilizarse una de las funciones de transmision o de recepcion en cada momento.
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Con el fin de producir un patron de radiacion deseado, cada elemento de la matriz tiene una fase particular de la corriente aplicada al emisor. La fase de cada elemento se selecciona de tal manera que la matriz produce un patron de radiacion deseado. Esto se ilustra en la Figura 10, en la que cada elemento tiene una fase determinada 01 - 04. Una o mas de estas fases pueden ser iguales, o todas ellas pueden ser diferentes, pero el factor importante es sus valores relativos unas con otras para lograr el patron de radiacion deseado. En lugar de un conjunto lineal de una matriz de dos dimensiones, se puede usar como ejemplo una matriz de elementos de 3 por 4.
En la Figura 11 se ilustra un sistema de control, que muestra un esquema de una porcion de la matriz y del sistema de control. Un elemento de antena 1101 esta acoplado para transmitir y recibir la electronica 1102 configurada para accionar el elemento de antena en los modos de transmision o de recepcion. Una unidad de control 1103 se proporciona para determinar cuando el elemento de antena debena funcionar en modos de transmision o de recepcion. La unidad de control comprende un procesador, acoplado a una memoria o RAM 1105 y, preferiblemente, acoplado a un dispositivo de almacenamiento, tal como una unidad de disco duro 1106. La unidad de control esta acoplada a los otros elementos de antena en la matriz, o a su electronica de transmision/recepcion correspondiente. La unidad de control y el procesador estan configurados para realizar los procedimientos de diagnostico y de calibracion descritos en el presente documento. La unidad de control esta acoplada tambien a un dispositivo de interfaz de usuario 1107 para proporcionar datos al mismo, incluyendo las senales de alerta cuando los elementos se identifican como defectuosos, o cuando se determina que el perfil de la fase o de amplitud/ganancia de un elemento dado esta fuera de los parametros de funcionamiento deseados.
Por lo general, la matriz se calibrara en el punto de construccion para asegurar las correctas relaciones de fase entre los elementos. Sin embargo, las relaciones de fase relativas entre elementos son sensibles a la desviacion a lo largo del tiempo debido a las condiciones durante el uso, tales como la temperatura, la humedad y asf sucesivamente. Como la fase relativa entre elementos define la direccion del haz, es importante ser capaz de asegurar que estos valores son correctos o dentro de una tolerancia deseada. El factor de amplitud o ganancia aplicado por cada receptor es tambien un factor importante. Ademas, tambien es deseable poder comprobar si cada elemento esta funcionando realmente, ya que una matriz puede contener muchos elementos y comprobar todos individualmente puede ser laborioso.
Se describiran procedimientos generales de calibracion, diagnostico o mantenimiento. El principio general empleado por realizaciones del segundo aspecto de la invencion es utilizar el canal de fuga de un elemento para transmitir la radiacion en el canal de fuga de otros elementos de la matriz. Usualmente es conveniente minimizar cualquier fuga entre los elementos dentro de una matriz, pero como se vera este efecto secundario puede ser objeto de un uso ventajoso. La radiacion de los lobulos laterales emitida por un elemento emisor puede ser detectada por la antena de recepcion a traves de un lobulo lateral. Los lobulos laterales pueden ser considerados como los maximos locales del patron de radiacion de campo lejano de una antena distinta de la del lobulo principal. La mayona de las antenas tienen patrones de radiacion, o por el contrario, recepcion, y un numero de estos lobulos en varios angulos en direcciones donde la intensidad de la senal radiada o detectada alcanza un maximo y otros angulos en los que la intensidad de la senal radiada o detectada cae a cero. La densidad de potencia en los lobulos laterales es generalmente considerablemente menor que en el lobulo principal. El lobulo principal y los lobulos laterales ocurren en ambos modos de transmision y recepcion.
La Figura 12 pone de relieve como puede ocurrir la superposicion de los lobulos laterales para una matriz del tipo mostrado en la Figura 10, con la Figura 12 mostrando una vista lateral de la matriz que incluye un patron de emision/deteccion de ejemplo para cada elemento. Debido a que los elementos son identicos, los patrones de emision/deteccion son tambien equivalentes. Como se muestra en la Figura 12, el elemento transmisor B irradia generalmente en la direccion perpendicular al plano del elemento a traves del lobulo principal 1201. Ademas, una cierta cantidad de radiacion se escapa a traves del lobulo lateral 1202. Los elementos vecinos A y C estan colocados de tal manera que sus lobulos principales no interactuan con el lobulo principal del elemento B para evitar una interferencia. Sin embargo, existe una superposicion entre el lobulo lateral del elemento B y el lobulo lateral correspondiente de los elementos A y C. La Figura 12 es una ilustracion simplificada, y pueden estar presentes mas lobulos laterales, algunos o todos los cuales se utilizan como un canal de fuga entre los elementos.
Las realizaciones del segundo aspecto de la invencion proporcionan una forma simple de determinar si los elementos de una matriz estan funcionando. Un primer elemento se pone en modo de transmision. Un segundo elemento, proximo al primer elemento, se pone en modo de recepcion. El segundo elemento se selecciona en relacion con el primer elemento, de tal manera que existe un canal de fuga entre los dos elementos. Si se recibe una senal, entonces se puede establecer que el primer elemento es operable para transmitir y el segundo elemento es operable para recibir, en cuyo caso las funciones de transmision y recepcion pueden invertirse entonces para comprobar las funciones correspondientes en los elementos. En el ejemplo de la Figura 10, esto podna implicar el uso del elemento de A como un transmisor, y del elemento B como receptor, y despues viceversa. Este proceso se puede repetir para todos los elementos, seleccionando cada vez un elemento de transmision y un elemento de recepcion proximo. El termino «proximo» pretende hacer referencia al hecho de que los elementos de recepcion estan dentro del alcance de un lobulo del canal/lateral de fuga del elemento de transmision.
Si no se recibe senal en el segundo elemento, entonces se puede establecer que o bien el elemento emisor, o el elemento de recepcion, o ambos, son defectuosos. En este caso, se puede enviar un mensaje de alerta, a traves de
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una unidad de control acoplada a la matriz del radar, al operador para investigar mas a fondo. Sin embargo, es posible concretar aun mas que elemento o elementos en particular es/son defectuosos mediante la realizacion de comparaciones adicionales. Estas comparaciones adicionales requieren que el proceso iterativo de la activacion sucesiva de elementos vecinos o proximos ya sea en el modo de transmision o recepcion establezca que elementos estan funcionando y cuales no.
Como un ejemplo, en el caso de que no se recibe senal en la situacion anterior, el procedimiento puede incluir la seleccion de un elemento receptor diferente, o de un elemento transmisor diferente, para determinar si uno o ambos de los elementos no son funcionales. Si conmutar el elemento receptor a un tercer elemento da lugar a la deteccion de una senal en el tercer elemento, se establece entonces que el segundo elemento era defectuoso, y esta informacion se transmite al operador en el mensaje de alerta. Si conmutar el elemento receptor a un tercer elemento da lugar a la no deteccion de senal alguna, un nuevo cambio se realizara para seleccionar un cuarto elemento, proximo al tercer elemento, para ponerlo en modo de transmision. Si se recibe entonces una senal a traves del tercer elemento, esto indica que el primer elemento, el elemento de transmision original, era defectuoso. Si no se recibe ninguna senal, esto significa que se requiere una mayor investigacion. Se observara que en lugar de cambiar el elemento receptor a un tercer elemento, el elemento transmisor puede en cambio cambiarse a un tercer elemento.
El uso de este tipo de enfoque iterativo de alterar selectivamente uno de un par de elementos a la vez es posible establecer, para cada elemento, si es operable para transmitir y recibir.
Como se menciono anteriormente, las relaciones de fase relativas entre cada elemento de la matriz en la Figura 10 se conocen a partir de mediciones de fabrica, o de las especificaciones teoricas. Con el fin de determinar la relacion de fase entre los parches, los elementos seleccionados de la matriz se ponen en modo de transmision y de recepcion. En un ejemplo sencillo, un primer elemento B se pone en modo de transmision, y los elementos vecinos A y C, ambos localizados en la proximidad del elemento B, se ponen en modo de recepcion. La fase de la senal del radar recibida por los elementos A y C se compara, mediante una unidad de procesamiento situada preferentemente en la unidad de control, que se puede conseguir mediante la comparacion o suma de la senal de salida del elemento A con la senal de salida del elemento C para determinar la diferencia de fase. Si la diferencia de fase entre los dos elementos no es igual a la diferencia de fase deseada, o no esta dentro de la tolerancia deseada, entonces se requiere una calibracion. El proceso anterior se puede repetir tantas veces como sea necesario hasta que las fases relativas de cada par de elementos se han comparado con la de al menos otro elemento.
Una vez que la unidad de procesamiento ha establecido las frecuencias relativas entre todos los posibles pares vecinos, en el caso de la Figura 10 esto equivale a los pares A/C y B/D, se puede generar un perfil de fase relativa, identificando la diferencia relativa en la fase de cada par probado de elementos, y la calibracion se puede realizar en los elementos necesarios para llegar a las relaciones de fase correctas.
Las fases de elementos proximos separados del elemento radiante por uno o mas elementos tambien se pueden realizar si se encuentran lo suficientemente cerca el uno al otro para la senal desde el elemento de transmision para llegar a la senal del elemento de recepcion. Por lo tanto, en un ejemplo no simetrico, las fases relativas de los elementos A y D se pueden obtener cambiando el elemento B a transmision, y a continuacion cambiando el elemento C a transmision. Esto permite entonces el calculo de una fase relativa entre A y D, y por lo tanto tambien entre A y B.
Es preferible que el procedimiento se lleve a cabo poniendo un elemento en modo de transmision, y al menos dos elementos vecinos en modo de recepcion. Los elementos de recepcion estan en posiciones geometricamente relacionadas en comparacion con el elemento de transmision. Preferiblemente, los elementos de recepcion tienen canales de fuga geometrica similares o equivalentes en el modo de recepcion entre sf. Esto podna describirse como el hecho de que los elementos receptores estan equidistantes del elemento radiante y estan situados ambos en una posicion que, para un patron de radiacion esperado o previsto, recibina una senal equivalente del mismo. Puesto que tipicamente existe simetna del patron radiante alrededor del eje que se extiende verticalmente desde el plano del elemento, el posicionamiento de los elementos de recepcion en los canales de fuga geometricos equivalentes podna lograrse garantizando la existencia de simetna en el posicionamiento de los elementos de recepcion alrededor de un eje que pasa a traves del elemento de transmision, estando el eje en el plano del panel en el que se encuentra el elemento, y los elementos tambien equidistantes del elemento emisor. Como se describio anteriormente y se vera a continuacion, sin embargo, las disposiciones no simetricas tambien tienen sus usos.
La matriz solo requiere relaciones de fase relativas para operar, no valores absolutos. Lo mismo ocurre con las relaciones de amplitud o ganancia. Sin embargo, es deseable encontrar los valores de amplitud maxima y de la fase minima establecidos que cumplan con los requisitos relativos. Los valores de calibracion de los ensayos de fabricacion pueden tambien ser utiles como referencia para verificar la funcion de la antena.
El procedimiento de medicion implica preferiblemente la medicion de la fase relativa de la senal del radar del lobulo lateral del elemento de transmision tal como se recibio en los dos receptores. La salida de los dos elementos del receptor estara en un maximo cuando dichos elementos estan en fase y en un mmimo cuando estan en fase opuesta. Esto es cierto incluso si la amplitud de cada elemento receptor no es igual. Al utilizar un transmisor y dos elementos receptores, la senal del transmisor se divide para los dos receptores, ya que se transmite por el aire. La
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suma de las senales de los dos receptores se realiza en la unidad de procesamiento acoplada a la matriz. El ajuste de fase de los dos receptores se puede cambiar hasta que la senal de suma este al maximo o al mmimo para identificar cuando los receptores estan en fase (0 grados) o fuera de fase (180 grados). Esto se puede hacer para toda la gama de ajustes de fase para verificar tambien si hay no linealidades en el control de fase entre los dos elementos bajo prueba. Tambien es posible cambiar la amplitud del transmisor para verificar si hay no linealidades en la amplitud frente a la relacion de fase entre los dos receptores. El elemento individual utilizado para la transmision, o en otras realizaciones para la recepcion, se puede ajustar en cualquier amplitud o fase, ya que la misma senal se divide o se combina a partir de los dos elementos bajo prueba.
De la misma manera, la unidad del procesador o de control acoplada a la matriz puede cambiar el ajuste de ganancia de los dos receptores y encontrar el punto en el que la intensidad de la senal de los dos elementos es la misma. Si el nivel de la senal de referencia es 1,0 entonces una variacion de un factor de ganancia en un 10% debena producir un cambio de un 5% en la suma de ajustes de ganancia iguales, por ejemplo. Si la ganancia entre los elementos es desigual, el cambio del 10% en la ganancia de un elemento dara un resultado diferente. Si uno tiene un factor de ganancia de 1,1 y el otro 0,9, por ejemplo, el cambio ya no sena exactamente 5%, sino un valor mayor o menor dependiendo de que elemento se trate, es decir, el elemento con el que el factor de ganancia, un cambio del 10%.
Los ajustes de ganancia y de fase en los elementos pueden ser controlados mediante la unidad de control. Esto se puede utilizar para compensar automaticamente las mediciones de fase relativa o ganancia que indican que estos valores estan fuera de una tolerancia deseada. Los ajustes de ganancia y de fase de los elementos seran susceptibles de un control digital, de tal manera que los ajustes reales tienen una resolucion limitada (por ejemplo, 8 bits), lo que significa que el cambio que se aplica a los factores de ganancia y de fase estana en una serie de etapas digitales hacia arriba o hacia abajo.
Aunque en el presente documento se han descrito los procedimientos que utiliza un transmisor y dos o mas receptores, es posible hacer lo contrario, el uso de dos (o mas) transmisores y un receptor, debido a la equivalencia de una antena de transmision y recepcion. En contraste con los procedimientos que usan multiples receptores, la suma de las senales se producina durante la transmision por el aire. Las mediciones de fase y de amplitud se realizan entonces de la misma manera descrita anteriormente, salvo que las relaciones de fase y de amplitud/ganancia se encuentran para elementos en modo de transmision.
Las realizaciones de la invencion encuentran un uso particular en los sistemas de prevencion de colisiones del tipo descrito anteriormente. La Figura 13 muestra una disposicion de ejemplo para una antena de matriz en fase usada en un sistema de prevencion de colisiones de este tipo, como se puede encontrar en el documento EP-A-1.486.798. La matriz 1301 comprende un numero de matrices lineales que incluyen elementos de radar 1303 formados en los paneles 1302 combinados para formar una matriz que puede proporcionar una cobertura de radar 360°. El conjunto lineal forma una columna a lo largo de la longitud del panel; los elementos forman filas con los elementos de paneles vecinos, y las filas se extienden alrededor de la circunferencia de toda la matriz. En la disposicion de la Figura 13 hay ocho paneles juntos que forman una disposicion octogonal, pero pueden ser utilizados mas o menos paneles. Cada panel cuenta con una pluralidad de elementos, del tipo descrito anteriormente, que se pueden poner en modo de transmision o de recepcion como se requiera. En la disposicion de la Figura 13 hay ocho elementos, pudiendo utilizarse un numero par o impar de elementos. Preferiblemente, la matriz es tipo de radar de onda continua de frecuencia modulada (FMCW), con cada elemento teniendo una antena acoplada para recibir y transmitir la electronica y a una unidad de control como se describe en relacion con la Figura 11. El radar FMCW es preferentemente una version interrumpida de FMCW que transmite el 50% del tiempo y recibe el 50% del tiempo.
A continuacion se describira la manera en que se realizan pruebas para una disposicion de este tipo, incluyendo un ejemplo de la posible disposicion de los canales de fuga utilizados. Se apreciara que estas pruebas pueden no estar limitadas a la disposicion octogonal descrita, y se pueden aplicar a cualquier disposicion compuesta por una pluralidad de paneles. Tambien se observara que las combinaciones de elementos utilizadas en los patrones de prueba son ejemplos, y que se pueden utilizar otras combinaciones de patrones de prueba.
La Figura 14 muestra una comprobacion inicial realizada para determinar si los elementos dados dentro de un panel estan funcionando. Esta prueba se puede considerar una prueba 1:1 de pares horizontales dentro de la misma fila de la matriz. Como puede observarse, cada elemento en un panel dado se prueba girando el elemento a modo de transmision, y el elemento correspondiente en el panel vecino para recibir y viceversa. Esto se puede realizar para cada elemento en cada panel. De la misma manera descrita anteriormente para una matriz lineal, si se encuentra que un elemento que empezo en el modo de recepcion no esta recibiendo una senal, se pueden seleccionar otras combinaciones de elementos de recepcion/transmision para determinar si hay un fallo en el elemento de transmision, el elemento de recepcion, o ambos. La comprobacion automatica se puede realizar con los vecinos horizontales y puede que solamente sea necesaria la determinacion de una senal recibida de un vecino de transmision, o puede que se comparen los valores de amplitud y de fase con los valores de referencia almacenados.
Una vez que se ha llevado a cabo la comprobacion automatica entre los elementos de un panel n, y un panel vecino n+1, el procedimiento puede proceder a la porcion de calibracion. La porcion de calibracion consiste en comparar las fases relativas de los elementos en un panel poniendo dos o mas elementos en el modo receptor y la comparacion
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de la senal detectada de un elemento de transmision de una manera similar a la descrita anteriormente.
La Figura 15 muestra una primera etapa de calibracion del panel en la que los elementos de un panel n+1 se comparan con los vecinos proximos excepto con uno en el mismo panel mediante el establecimiento de un primer elemento y un segundo elemento (ambos designados R1) en un panel en particular en el modo de recepcion, estando los elementos primero y segundo separados por un elemento intermedio en dicho panel. Esto se puede considerar una prueba 1:2 de pares simetricos separados de una etapa. Un elemento (T1) en un panel adyacente n se establece en modo de transmision, estando dicho elemento situado en la matriz diagonalmente desde los elementos primero y segundo, estando situado en la misma fila que el elemento intermedio. Una vez que esta comprobacion se ha realizado, el patron puede repetirse moviendolo hacia abajo del panel mediante un conjunto de elementos. El siguiente par de elementos (R2) se conmuta al modo de recepcion, con el elemento posterior (T2) en el panel n fijado en el modo de transmision. Esto puede repetirse hasta que todos los elementos en el panel n+1 se hayan comparado con al menos un elemento adicional en ese panel.
Se ha observado que los canales de fuga son bastante diferentes en los elementos en los bordes superior e inferior del panel, tal como los elementos 1501 y 1502, en comparacion con los elementos intermedios. Debido a esto se utilizan las soluciones diagonales, para las cuales los canales de fuga son menos dependientes de si el elemento receptor esta en los bordes superior o inferior de un panel.
En la Figura 16 se muestra una segunda etapa de calibracion del panel. Una vez mas, los elementos en un panel n+1 se comparan con los vecinos, pero aqrn los vecinos estan separados por mas de un elemento intermedio. En particular, para conservar la simetna, los elementos receptores se separan, en el panel, por tres elementos intermedios. Esto se puede considerar una prueba 1:2 de pares diagonales separados de dos etapas. El elemento de transmision en el panel adyacente n se encuentra en la misma fila de la matriz que el elemento intermedio central, siendo equidistante de los dos elementos de recepcion. Este canal extendido de fuga diagonal proporciona una comprobacion adicional de la calibracion, y se puede repetir de tal manera que cada elemento del panel n+1 se compara con al menos otro elemento, que recibiendo la senal de un elemento de transmision situado a dos filas de distancia.
En la Figura 17 se muestra una tercera etapa de calibracion del panel. Esta etapa proporciona, a diferencia de las otras etapas tratadas, una comprobacion no simetrica mediante la cual los elementos de recepcion que van a compararse estan separados por dos elementos intermedios, con el elemento de transmision situado mas cerca de uno de los elementos de recepcion que de otro. Esto se puede considerar una prueba asimetrica 1:2 de pares diagonales separados de una y dos etapas, tratandose de una combinacion de las etapas primera y segunda de la calibracion del panel mencionada anteriormente. El elemento de transmision, que se encuentra situado de nuevo en un panel adyacente a los dos elementos de recepcion, se encuentra a una fila de distancia de uno de los elementos de recepcion y a dos filas de distancia del otro elemento receptor. Una vez mas, esta calibracion no simetrica se puede repetir de tal manera que cada elemento del panel n+1 se compare con al menos otro elemento mas. A diferencia de las etapas primera y segunda se requieren al menos dos comparaciones separadas mediante el uso de diferentes elementos de transmision para el mismo par de elementos receptores (T1 y T2 se utilizan aqrn) para proporcionar al menos dos conjuntos de resultados. Esto es necesario debido a la precision inferior causada por el uso de canales de fuga asimetricos.
Las tres etapas de calibracion del panel proporcionan comparaciones para la calibracion de los paneles. La relacion conocida entre los canales de fuga diagonales de la primera etapa y de la segunda etapa, utilizando la relacion establecida por la prueba no simetrica en la etapa tres, permite establecer una conexion para las relaciones entre los elementos impares y pares.
En la Figura 18 se muestra una cuarta etapa de calibracion, que constituye una calibracion de matriz, ya que permite la calibracion de multiples paneles, en lugar de una calibracion del panel interno. Para calibrar la matriz (las relaciones entre los modulos o paneles verticales), se muestran algunos patrones diagonales u horizontales. En esta calibracion se comparan al menos dos elementos de dos paneles separados por un panel intermedio; esto es, un elemento en un panel se compara con un elemento en otro panel, estando los dos paneles separados por un panel intermedio. En este caso, un elemento del panel n+1 se compara con un elemento desde el panel n-1 utilizando un elemento de trasmision del panel n. Los dos elementos de recepcion se distribuyen simetricamente alrededor del panel de transmision de tal manera que se encuentran en canales de fuga geometrica equivalentes. La colocacion de elementos de recepcion en los canales de fuga geometrica equivalentes se puede lograr asegurando que existe simetna en el posicionamiento de los elementos de recepcion sobre un eje que pasa a traves del elemento de transmision, encontrandose el eje en el plano del panel en el que se encuentra el elemento, y siendo los elementos tambien equidistantes del elemento emisor.
Puede utilizarse un numero de posibles relaciones entre los elementos de recepcion y transmision, como se muestra en la Figura 18. Esto puede incluir los elementos de recepcion y transmision que se encuentran en una fila comun, siendo adyacentes entre sf. Alternativamente, se puede utilizar una disposicion en diagonal de una etapa o una disposicion diagonal de dos etapas. Se prefiere alguna forma de promedio para establecer las relaciones de fase y amplitud entre paneles vecinos y para toda la matriz.
Aunque las diversas etapas de calibracion se han descrito en un orden particular preferido, cualquier etapa de los procedimientos de calibracion descritos puede llevarse a cabo en cualquier orden, y en cualquier combinacion con algunas, todas o ninguna de las etapas descritas anteriormente. Tambien pueden utilizarse otras etapas que implican diferentes combinaciones de elementos de transmision y recepcion.
5 A medida que se llevan a cabo una serie de calibraciones, puede establecerse un perfil de fase relativa y de amplitud/ganancia, que contiene las fases relativas y los valores de ganancia entre todos los conjuntos de elementos analizados. Este conjunto de valores, que puede incluir los valores de fabrica medidos o teoricamente esperados, puede ser utilizado en futuras calibraciones y para controlar o ajustar los valores de fase y/o ganancia de cada elemento para asegurar que estan dentro de los parametros aceptables para la obtencion del perfil y la direccion del 10 haz que se desea. Los perfiles de fase y de amplitud pueden ser almacenados en el almacen/memoria 1106 acoplada a la unidad de control.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una turbina eolica (1) que comprende una torre de turbina eolica, al menos una pala giratoria (5) y un sistema para la medicion de las vibraciones de la pala del rotor en dicha turbina eolica, comprendiendo el sistema:
    - al menos una unidad de radar Doppler (7), configurada de manera operativa para emitir y recibir senales de radar, montada en la torre de la turbina eolica (2) en una posicion por encima de la posicion mas baja de al menos una pala, estando colocada la unidad de radar (7) de manera que mida las reflexiones de una senal de radar emitida desde la pala de la turbina (5); y
    - una unidad de procesamiento configurada para recibir los datos de medicion de la unidad de radar (7) y para determinar, mediante el analisis del desplazamiento Doppler en las senales del radar recibidas con relacion a las senales transmitidas debido al movimiento de la pala (5) hacia o alejandose de la torre de la turbina (2), la velocidad de la pala (5) en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina (2);
    caracterizada por que:
    la unidad de procesamiento esta configurada para calcular las propiedades de vibracion de la pala sobre la base de la velocidad determinada de la pala (5) en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina (2), dentro y fuera del plano de rotacion del rotor.
  2. 2. Una turbina eolica segun la reivindicacion 1, en la que la unidad de radar (7) es una unidad de radar de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) de radar que tiene un penodo de modulacion de frecuencia t1 de duracion tal que una pala del rotor (5) que pasa a traves del haz del radar esta dentro de dicho haz durante la duracion de al menos dos penodos de modulacion de frecuencia.
  3. 3. Una turbina eolica segun la reivindicacion 2, en la que el penodo de modulacion de frecuencia esta entre 0,5 y 0,01 milisegundos, y preferiblemente entre 0,2 y 0,05 milisegundos.
  4. 4. Una turbina eolica segun la reivindicacion 2 o 3, en la que la unidad de procesamiento esta configurada para procesar los datos medidos de la unidad de radar (7) obtenidos durante un primer penodo de modulacion de frecuencia y un penodo de modulacion de frecuencia posterior para determinar el desplazamiento Doppler.
  5. 5. Una turbina eolica segun la reivindicacion 4, en la que la unidad de radar (7) mide, o la unidad de procesamiento determina, una respuesta de frecuencia de la senal de radar de retorno, y en la que la unidad de procesamiento esta configurada para:
    - procesar las respuestas de frecuencia obtenidas para la primera y posteriores modulaciones de frecuencia para determinar los perfiles de alcance respectivos indicativos del alcance desde la unidad de radar (7) a la pala (5);
    - procesar los perfiles de alcance para obtener la informacion de Doppler respectiva;
    - comparar la informacion de Doppler para determinar la velocidad de la pala (5) en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina (2).
  6. 6. Una turbina eolica segun la reivindicacion 4 o 5, en la que los perfiles de alcance incluyen una pluralidad de acumuladores de alcance, cada uno correspondiente a un conjunto de alcances, estando configurada la unidad de procesamiento para procesar los datos que caen dentro de los acumuladores de alcance correspondientes a la posicion de la pala (5) para obtener la informacion de Doppler respectiva.
  7. 7. Una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la unidad de procesamiento esta configurada para determinar la velocidad del lado de la torre y del lado opuesto de la pala (5) mediante la identificacion de las senales recibidas desde los lados de la pala respectivos.
  8. 8. Una turbina eolica segun la reivindicacion 7 cuando depende de la reivindicacion 5, en la que la unidad de procesamiento procesa los perfiles de alcance para obtener la informacion de Doppler correspondiente para tanto el lado de la torre como el lado opuesto de la pala (5), y compara la informacion de Doppler para ambos lados de la pala con el fin de determinar la velocidad de cada lado de la pala en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina (2).
  9. 9. Una turbina eolica segun cualquier reivindicacion anterior, en la que una unidad de radar (7) esta montada en una posicion tal que la senal de radar se refleja desde la punta de la pala al pasar por el punto mas bajo de su rotacion.
  10. 10. Una turbina eolica segun cualquier reivindicacion anterior, que comprende una pluralidad de unidades de radar Doppler (7), cada una montada en la torre de la turbina (2).
  11. 11. Una turbina eolica segun la reivindicacion 10, en la que una pluralidad de unidades de radar Doppler (7) estan dispuestas alrededor de la circunferencia de la torre de la turbina eolica (2) a una altura comun.
    5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
  12. 12. Una turbina eolica segun la reivindicacion 10 o 11, en la que una pluralidad de unidades de radar Doppler (7) estan dispuestas linealmente a lo largo de la longitud de la torre (2) entre el centro de rotacion de la pala y la posicion mas baja de la pala.
  13. 13. Una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en la que al menos una unidad de radar Doppler (7) esta montada de forma giratoria en la torre (2), de manera que puede girar alrededor del eje de la torre (2), comprendiendo ademas la unidad de radar (7) un controlador de rotacion para controlar la posicion de rotacion de la unidad de radar sobre el eje de la torre (2).
  14. 14. Una turbina eolica (1) segun la reivindicacion 13, teniendo la turbina eolica (1) una gondola (3) a la que se acopla al menos una pala de rotor (5). teniendo la gondola (3) un sistema de control de guinada para hacer girar la gondola (3) y la pala (5), alrededor del eje de la torre (2) para orientar la pala, de la siguiente forma:
    - el controlador de rotacion esta acoplado al sistema de control de guinada, siendo operable para recibir datos de guinada indicativos de la posicion de guinada de la turbina eolica (1), y para controlar la posicion de rotacion de la unidad de radar (7), situandola considerablemente perpendicular al plano de rotacion de la pala del rotor (5) en respuesta a los datos de guinada.
  15. 15. Una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador esta configurado para emitir una senal de apagado para apagar la turbina eolica cuando la velocidad detectada de la pala (5) en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina excede un valor predeterminado.
  16. 16. Un procedimiento para medir la vibracion de una pala de rotor en una turbina eolica (1) que comprende una torre de turbina eolica (2) y al menos una pala giratoria (5), comprendiendo el procedimiento:
    - proporcionar al menos una unidad de radar Doppler (7) configurada operativamente para emitir y recibir una senal de radar montada en la torre de turbina eolica (2) en una posicion por encima de la posicion mas baja de al menos una pala (5), estando colocada la unidad de radar (7) para medir las reflexiones de una senal de radar emitida desde la pala de la turbina (5);
    - emitir una senal de radar y recibir las reflexiones de la misma desde la pala (5);
    - analizar el desplazamiento Doppler de las senales de radar recibidas con relacion a las senales transmitidas para determinar la velocidad del movimiento de la pala (5) hacia o alejandose de la torre de la turbina
    (2);
    caracterizado por que:
    el procedimiento comprende el calculo de las propiedades de vibracion de la pala sobre la base de la velocidad determinada de la pala (5) en la direccion hacia dentro o hacia fuera de la torre de la turbina (2), dentro y fuera del plano de rotacion del rotor.
  17. 17. Un subsistema para su uso en una turbina eolica segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende:
    - al menos una unidad de radar Doppler (7) operativamente configurada para emitir y recibir una senal de radar, que puede montarse en la torre de la turbina eolica (2) en una posicion por encima de la posicion mas baja de al menos una pala (5); y
    - una unidad de procesamiento configurada para recibir los datos de medicion de la unidad de radar (7) y para determinar, mediante el analisis del desplazamiento Doppler en las senales de radar recibidas con relacion a las senales transmitidas debido al movimiento de la pala (5) hacia o alejandose de la torre de la turbina (2), la velocidad de una pala de turbina eolica (5) en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina (2);
    caracterizada por que:
    la unidad de procesamiento esta configurada para calcular las propiedades de vibracion de la pala sobre la base de la velocidad determinada de la pala (5) en la direccion hacia o alejandose de la torre de la turbina (2), dentro y fuera del plano de rotacion del rotor.
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