Sensores de viento / Tecnología Acu-Res®

Cómo funciona el Acu-Res®

Sensores de viento con la tecnología Acu-Res®

Inventado por nuestro Presidente Ejecutivo, el Dr. Savvas Kapartis y patentado en 1997, Acu-Res® es una tecnología de estado sólido (sin partes móviles) para medir la velocidad y dirección del viento.

Acu-Res® utiliza una onda acústica (ultrasónica) que resuena dentro de una pequeña cavidad. Una fuerte onda sonora resonante en un espacio pequeño da una relación señal/ruido de 40 dB más fuerte que otras tecnologías ultrasónicas.

La tecnología Acu-Res® es exclusiva de FT Technologies y es lo que da a nuestros sensores una solución de medición más sólida y fiable que otros sensores con tecnologías ultrasónicas y mecánicas.

Sistema de medición de resonancia acústica

En su disposición más básica, el dispositivo consta de un par de pequeñas placas paralelas, denominadas reflectores superior e inferior. En el plano horizontal, la estructura es ilimitada y el aire fluye libremente entre las placas. En la dirección vertical está limitada por los reflectores y la velocidad media del aire en esa dirección es inapreciable. Las ondas acústicas (ultrasónica), se generan y reciben por medio de tres diafragmas de vibración acoplados a un número igual de elementos piezoeléctricos. Los diafragmas están ordenados en una formación triangular como se muestra en el diagrama.

Un diafragma es excitado eléctricamente en cualquier momento. El ultrasonido proviene de su superficie y se desplaza hacia el exterior hasta que toca el reflector inferior donde es reflejado casi en su totalidad. El frente de onda resultante se desplaza hacia arriba, toca el reflector superior y es reflejado de nuevo. El ultrasonido continúa rebotando entre el par de reflectores hasta que está lo suficientemente atenuado debido a la pérdida de energía en el aire circundante y a la sucesión de reflexiones imperfectas. En la práctica el proceso conlleva unas 200 reflexiones.

Sobre una banda de frecuencia limitada, las reflexiones individuales se combinan en fase para producir un aumento drástico en la intensidad de la señal. La distribución neta de onda es compleja pero se puede considerar como una onda cuasi-estacionaria vertical, que en el plano horizontal se comporta como una onda radial de dos dimensiones. Este carácter dual del campo acústico se aprovecha de la siguiente manera:

La medición de flujo de aire se basa en el comportamiento de la onda que se desplaza

La fase neta entre cualquier par de diafragma es indicativa del flujo de aire a lo largo del eje del par. Con los tres pares de diafragma medidos, se determinan los vectores componentes del flujo de aire a lo largo de los lados del triángulo (formado por los diafragmas). Estos vectores se combinan para proporcionar velocidad y dirección general.

La compensación automática se basa en el comportamiento de la onda estacionaria

La velocidad del sonido en el aire varía en función de la temperatura, la humedad y, en menor medida, la presión. Acu-Res® proporciona una compensación automática para esto sin la necesidad de sensores adicionales. En funcionamiento, la electrónica ajusta la frecuencia para maximizar la respuesta y mantener la resonancia. Bajo estas condiciones, las mediciones se realizan independientemente de la velocidad del sonido.

Por otra parte, el funcionamiento en la resonancia reduce drásticamente la influencia indeseable de reflexiones acústicas de los objetos cercanos, efectos aerodinámicos, por ejemplo, turbulencia y flujo no uniforme. La proximidad de los diafragmas de vibración permite el funcionamiento a alta velocidad del aire y la construcción monolítica se traduce en una precisión mejorada. La relación entre la velocidad del aire y de fase medida es lineal. Además, la respuesta selectiva en la resonancia, proporciona un “filtro sintonizado de la parte delantera” que mejora considerablemente la relación señal ruido. La potencia de señal se mantiene extremadamente baja, (generalmente décimas de microvatios) y la firma de funcionamiento es inapreciable. Acu-Res tiene muchas ventajas sobre tecnologías alternativas y algunas de las más importantes se enumeran a continuación.

  • Amplio y escalable rango dinámico
  • Respuesta lineal de fase contra la velocidad del aire
  • Indicación preciso de la dirección y la velocidad
  • Precisión de la dirección del viento independiente de la velocidad
  • Intrínsecamente compensado contra las fluctuaciones en la presión de la temperatura y la humedad
  • Construcción sólida, totalmente sellada para funcionar en cualquier condición meteorológica y alta disponibilidad
  • Construcción de estado sólido fiable (sin partes móviles)
  • Pequeño, ligero y fácil de calentar
  • Bajo consumo de energía

Software Acu-Res®

Todos los sensores de viento de FT Technologies disponen de software Acu-Res® integrado. Esto hace que todos los cálculos complejos necesarios obtengan la velocidad y dirección del viento, así como:

  • Ajusta constantemente la frecuencia de la señal de los transductores para mantener la resonancia
  • Control de la calidad de los datos y señalización de problemas con el sistema de control o registro de datos
  • Comprueba continuamente la salud de los subsistemas del sensor y el funcionamiento de los sistemas redundantes
  • Controlar dinámicamente la potencia del calentador para mantener un funcionamiento sin acumulaciones de hielo con un mínimo consumo de energía

  • Implementación de los parámetros de usuario para configurar el sensor a las necesidades de los clientes específicos, como los ajustes de salida configurables y el filtrado de datos

El software de Acu-Res® ha sido desarrollado específicamente para la industria de flujo de aire y optimizado para ofrecer el mejor rendimiento para aplicaciones de medición de viento.

Sistema de protección ambiental

El Sistema de protección ambiental (EPS por sus siglas en inglés) Acu-Res®, ha sido diseñado para permitir que el sensor funcione correctamente en las condiciones más extremas.

Los cambios en la densidad del aire y las partículas en el aire pueden afectar la precisión de los anemómetros de copa. El tiempo ultrasónico de los instrumentos de vuelo puede tener una menor precisión debido a las precipitaciones de lluvia y polvo que refleja o distorsiona la trayectoria efectiva de los pulsos sónicos.

La velocidad del sonido en el aire varía en función de la temperatura, y en menor medida de la humedad y la presión. Los sensores con tecnología Acu-Res® adaptan su frecuencia de transmisión para mantener la resonancia, compensando así automáticamente cualquier cambio ambiental. La calidad de una medición de flujo de aire se puede garantizar ya que la capacidad del sensor para mantener la resonancia también la controla e informa sobre ella el software Acu-Res®.

El Sistema de protección ambiental (EPS por sus siglas en inglés) ayuda a garantizar una alta disponibilidad de los datos en todas las condiciones meteorológicas y ha sido optimizado para minimizar los efectos de:

  • Rayos y compatibilidad electromagnética (EMC por sus siglas en inglés)
  • Polvo y arena
  • Radiación solar
  • Lluvia torrencial
  • Agua salada
  • Nueve, aguanieve y hielo
  • Granizo
  • Impacto físico
  • Vibraciones
  • Corrosión
  • Erosión y envejecimiento

La EPS garantiza altos niveles de disponibilidad al incorporar:

  • Una carcasa dura de aleación anodizada que es fuerte, resistente a la corrosión y transmite el calor con facilidad y de manera uniforme
  • Un sistema de sellado en el carcasa y alrededor del conector que evita la entrada de arena, el polvo y el agua
  • Estabilizadores electrónicos de sobretensión para aumentar la inmunidad del sensor a grandes voltajes y picos de tensión inducidos por la caída de rayos
  • Tres calentadores que mantienen el sensor a una temperatura constante y evitan que se congele
  • Revestimientos súper hidrofóbicos que ayudan a mantener el sensor limpio y seco
  • Pruebas de ciclo de vida altamente aceleradas que califican los sensores para soportar condiciones extremas de temperatura y vibraciones

Las ventajas combinadas de la tecnología Acu-Res®, son la razón por la que creemos que la serie FT7 son los sensores de viento más resistentes del mundo.

Patente Europea Nº: EP 0 801 311. Patente de EE.UU. Nº: 5,877,416.