DISPOSITIVO DE MEDICION LASER Y METODO.

Un dispositivo de medida (50) que comprende una parte de transmisión (66) que posee un mecanismo de exploración para transmitir una radiación a una pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante a través de una ventana (54),

una parte de recepción (66) para detectar la radiación de retorno desde el volumen de prueba distante a través de dicha ventana y un procesador (66) para analizar la radiación de retorno detectada, teniendo dicha ventana asociada un aparato de limpieza de la ventana (56; 58; 60; 62; 64) para limpiar dicha ventana en respuesta a una señal de activación de limpieza, estando el procesador preparado para generar una señal de activación de limpieza para activar el aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha radiación de retorno desde el volumen de prueba distante detectada sean indicativas de una reducción en la transmisión a través al menos de parte de dicha ventana caracterizado porque el procesador está preparado para determinar la potencia media de retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno de una pluralidad de sectores angulares mutuamente excluyentes (A-H), correspondiendo cada sector angular a un intervalo de ángulos de transmisión de la radiación desde el dispositivo y para generar una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de la radiación desde el dispositivo

Dispositivo de medición láser y método.

La presente invención se refiere a dispositivos de medición láser, tales como dispositivos de radar láser con exploración (lidar, light detection and ranging; detección y medición a través de luz) para anemometría y similares, y en particular a dispositivos de medición láser de este tipo que son adecuados para su incorporación en una cubierta hermética

Los dispositivos lidar son bien conocidos y se han utilizado para medir perfiles de viento durante muchos años. El principio básico de un dispositivo lidar es dirigir un haz láser a un punto o región del espacio y detectar la señal de retorno. La medida del desplazamiento por efecto Doppler de la luz retrodifundida por pequeñas partículas naturales y gotitas (aerosoles) presentes en la atmósfera se utiliza para proporcionar una medida de la velocidad del viento en la línea de visión. En estos dispositivos, el haz láser normalmente se explora para permitir medir las componentes de la velocidad del viento en múltiples puntos del espacio permitiendo con ello que pueda calcularse el vector de viento en un volumen de prueba distante.

Un ejemplo de un dispositivo lidar primitivo, basado en un láser de dióxido de carbono, se describe en Vaughan, J. M. et al: "Laser Doppler velocimetry applied to the measurement of local and global wind", Wind Engineering, Vol. 13, nº 1, 1989. Más recientemente, también se han desarrollado sistemas lidar basados en fibra óptica; por ejemplo, ver Karlsson et al, Applied Optics, Vol. 39, Nº 21, 20 julio de 2000 y Harris et al, Applied Optics, Vol. 40, páginas 1501-1506 (2001). Los sistemas basados en fibra óptica ofrecen numerosas ventajas sobre los sistemas tradicionales basados en láseres de gas. Por ejemplo, los sistemas basados en fibra óptica son relativamente compactos y pueden fabricarse utilizando componentes estándar de telecomunicaciones que tienen precios moderados y son normalmente muy fiables.

Tras el reciente incremento en la explotación de la energía eólica, existe ahora una necesidad de anemómetros que sean capaces de realizar medidas fiables de la velocidad del viento durante periodos de tiempo prolongados (por ejemplo, semanas o meses). Estas medidas rutinarias de la velocidad del viento pueden utilizarse para valorar la conveniencia de las ubicaciones propuestas para las turbinas eólicas, para medir el rendimiento de extracción de energía de las turbinas eólicas existentes o incluso para formar parte de un sistema de control de una turbina eólica. Planes para ubicar campos eólicos en alta mar han llevado también a una necesidad de realizar medidas de la velocidad del viento, no atendidas, a largo plazo y lejos de tierra y la patente WO2005/008284 (QinetiQ Ltd) describe un dispositivo lidar montado sobre una boya para su despliegue en alta mar.

Para prolongar la vida del dispositivo y para minimizar las necesidades de mantenimiento, cualquier dispositivo lidar comercialmente viable pensado para su uso al aire libre deberá estar situado dentro de un contenedor hermético. Típicamente, un contenedor de este tipo contendrá una única ventana ópticamente transparente a través de la cual se transmite y se recibe la radiación. Por ejemplo, la patente WO2005/008284 describe un sistema lidar montado dentro de una boya que tiene una ventana de cristal para la transmisión y recepción de la radiación. La patente WO2005/008284 describe también cómo el uso periódico de un sencillo sistema de barrido, o un sistema de lavado/barrido, puede mantener el cristal libre de restos. Sin embargo, la activación de un sistema de barrido requiere energía de las baterías del dispositivo y el dispositivo solamente puede llevar una cantidad limitada de producto de lavado. La sobreutilización de un mecanismo de limpieza con un sistema de lavado/barrido reducirá, por consiguiente, las reservas de energía y de producto de lavado del dispositivo, reduciendo con ello los intervalos de mantenimiento. Por otra parte, si el sistema de lavado/barrido se utiliza con mucha separación en el tiempo puede existir una acumulación de suciedad en la ventana externa que podría conducir a la pérdida, o a una reducción en la calidad, de los datos de velocidad del viento obtenidos.

Es, por consiguiente, un objeto de la presente invención el proporcionar un dispositivo láser adecuado para su uso en una cubierta hermética que mitigue al menos algunas de las desventajas descritas anteriormente. Es un objeto adicional de la invención el proporcionar un dispositivo de radar láser hermético que tenga una reducida necesidad de mantenimiento.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención un dispositivo de medida comprende una parte de transmisión que posee un mecanismo de exploración para transmitir una radiación a una pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante a través de una ventana, una parte de recepción para detectar la radiación de retorno desde el volumen de prueba distante a través de dicha ventana y un procesador para analizar la radiación de retorno detectada, teniendo dicha ventana asociada un aparato de limpieza de la ventana para limpiar dicha ventana en respuesta a una señal de activación de limpieza, estando el procesador preparado para generar una señal de activación de limpieza para activar el aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha radiación de retorno desde el volumen de prueba distante detectada sea indicativa de una reducción en la transmisión a través al menos de parte de dicha ventana. El dispositivo se caracteriza porque el procesador está dispuesto para determinar la potencia media de retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno de una pluralidad de sectores angulares mutuamente excluyentes. Cada sector angular corresponde a un intervalo de ángulos de transmisión de la radiación desde el dispositivo y se genera una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de la radiación desde el dispositivo.

De esta manera, el propio dispositivo de medida (por ejemplo un anemómetro láser) está preparado no sólo para tomar la medida remota pedida (por ejemplo la velocidad del viento) sino también para llevar a cabo la tarea de supervisar la radiación retrodifundida de retorno para buscar cualquier cambio que indique una reducción en la transmisión a través al menos de parte de una ventana asociada. Un dispositivo de medida de la presente invención permite, de este modo, activar el aparato de limpieza de la ventana (por ejemplo un sistema de lavado/barrido) de cualquier mecanismo hermético asociado solamente cuando sea necesario para limpiar la ventana de suciedad y similares. De este modo se optimiza el intervalo entre operaciones de limpieza de la ventana y el dispositivo asegura que la ventana esté libre de suciedad al mismo tiempo que minimiza el uso de recursos de limpieza tales como energía y productos de lavado.

Debe resaltarse que las ventajas anteriores se consiguen sin necesidad de equipos de supervisión adicionales, tales como un sensor de transmisión autónomo. El análisis de la señal de radiación retrodifundida ya recibida por el dispositivo de medida se utiliza para obtener la medida pedida (por ejemplo la velocidad del viento) y también para determinar cuándo necesita ser limpiada la ventana. Un dispositivo de la presente invención es, de este modo, altamente adecuado para la adquisición desatendida de medidas durante mucho tiempo.

El dispositivo comprende medios para dirigir la radiación a una pluralidad de puntos dentro del volumen de prueba distante y comprende un mecanismo de exploración. De este modo, el dispositivo puede emitir radiación hacia, y/o recibir radiación desde, una pluralidad de direcciones diferentes. El dispositivo puede tener un número de direcciones de visión fijas o el dispositivo puede comprender un mecanismo de exploración para llevar a cabo una exploración angular del haz de radiación dentro del volumen de prueba distante. Aunque podría emplearse cualquier patrón de exploración, normalmente se utiliza una exploración cónica como se describe después. Como se describe en la patente WO2005/008284 también podría utilizarse una exploración aleatoria o seudoaleatoria siempre que la dirección de visión sea conocida con suficiente precisión.

El procesador está preparado para generar una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varíe en función del ángulo de transmisión de la radiación desde el dispositivo. En otras palabras, el dispositivo está...

1. Un dispositivo de medida (50) que comprende una parte de transmisión (66) que posee un mecanismo de exploración para transmitir una radiación a una pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante a través de una ventana (54), una parte de recepción (66) para detectar la radiación de retorno desde el volumen de prueba distante a través de dicha ventana y un procesador (66) para analizar la radiación de retorno detectada, teniendo dicha ventana asociada un aparato de limpieza de la ventana (56; 58; 60; 62; 64) para limpiar dicha ventana en respuesta a una señal de activación de limpieza, estando el procesador preparado para generar una señal de activación de limpieza para activar el aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha radiación de retorno desde el volumen de prueba distante detectada sean indicativas de una reducción en la transmisión a través al menos de parte de dicha ventana caracterizado porque el procesador está preparado para determinar la potencia media de retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno de una pluralidad de sectores angulares mutuamente excluyentes (A-H), correspondiendo cada sector angular a un intervalo de ángulos de transmisión de la radiación desde el dispositivo y para generar una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de la radiación desde el dispositivo.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de sectores angulares (A-H) comprende al menos 4 sectores angulares.

3. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que el procesador está preparado para determinar un primer sector angular (A) que tenga la máxima potencia media de retorno y un segundo sector angular (C) que tenga la mínima potencia media de retorno, en el que el procesador genera una señal de activación de limpieza si la potencia media de retorno del primer sector angular supera sustancialmente la potencia media de retorno del segundo sector angular.

4. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, en el que se produce una señal de activación de limpieza si la potencia media de retorno del primer sector angular supera la potencia media de retorno del segundo sector angular en un factor mayor de 2.

5. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está preparado para calcular la desviación estándar de la potencia media de retorno de cada sector con respecto a la media del valor de potencia media de retorno de todos los sectores, en el que se produce una señal de activación de limpieza si la desviación estándar excede un valor predeterminado.

6. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está preparado para determinar la potencia de retorno normalizada de cada medida, siendo calculada dicha potencia de retorno normalizada a partir de la potencia de retorno detectada y un valor de referencia de la potencia de retorno asociado.

7. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está preparado para generar una señal de error si se genera de forma persistente una señal de activación de limpieza.

8. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de comunicación para contactar con un centro remoto.

9. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el haz de transmisión formado por la parte de transmisión y el haz de recepción definido por la parte de recepción están dispuestos para que se intercepten continuamente en el volumen de prueba distante durante el funcionamiento.

10. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha parte de transmisión y dicha parte de recepción comprenden un transceptor monoestático.

11. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el procesador está preparado para determinar cualquier desplazamiento Doppler de la radiación de retorno detectada por la parte de recepción.

12. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el procesador está preparado para calcular la velocidad del viento a partir del desplazamiento Doppler de la radiación retrodifundida recogida por la parte de recepción.

13. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, en el que el procesador está preparado para analizar el espectro de potencia Doppler de cada medida para detectar la presencia de lluvia.

14. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el análisis del espectro Doppler comprende analizar la agudeza de los picos de cada espectro Doppler.

15. Un dispositivo de acuerdo a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte de transmisión, durante el funcionamiento, transmite radiación de onda continua al volumen de prueba distante.

16. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la parte de transmisión, durante el funcionamiento, transmite una radiación impulsiva al volumen de prueba distante.

17. Un dispositivo hermético que comprende un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores y una cubierta hermética, comprendiendo dicha cubierta hermética una ventana sustancialmente transparente y un mecanismo de limpieza de la ventana en el que el dispositivo está preparado para transmitir y recibir radiación a través de la ventana de la cubierta hermética.

18. Un dispositivo hermético de acuerdo con la reivindicación 17, en el que el mecanismo de limpieza de la ventana comprende un mecanismo de lavado y barrido.

19. Un método de adquirir una lectura que comprende los pasos de:

(i) transmitir y explorar una radiación a una pluralidad de puntos dentro de un volumen de prueba distante;

(ii) detectar la radiación retornada desde el volumen de prueba distante; y

(iii) analizar la radiación de retorno detectada,

en el que los pasos (i) y (ii) comprenden la transmisión y la recepción de la radiación a través de una ventana que tiene asociada un aparato de limpieza de la ventana para limpiar dicha ventana en respuesta a una señal de activación de limpieza, y el paso (iii) comprende la generación de una señal de activación de limpieza para activar el aparato de limpieza de la ventana cuando las propiedades de dicha radiación de retorno detectada sean indicativas de una reducción en la transmisión a través de al menos parte de dicha ventana

caracterizado porque el procesador determina la potencia media de retorno de la radiación de retorno detectada recogida de cada uno de una pluralidad de sectores angulares (A-H) mutuamente excluyentes, correspondiendo cada sector angular a un intervalo de ángulos de transmisión de la radiación desde el dispositivo, y genera una señal de activación de limpieza cuando la potencia de la radiación de retorno detectada varía en función del ángulo de transmisión de la radiación desde el dispositivo.