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Anemometer

 

Acu-Res® Technologie in allen FT Windmessern

 

Alle Windsensoren von FT Technologies werden mit der einzigartigen Acu-Res®-Technologie betrieben.

Acu-Res®-Technologie liefert die zuverlässigsten Luftströmungswerte unter härtesten Bedingungen.

 

Die Acu-Res®-Technologie besteht aus drei Komponenten:

  1. Patentiertes Messsystem basierend auf Akustischer Resonanz
  2. Acu-Res®-Softwaresystem
  3. Witterungsschutzsystem

Acu-Res® unterscheidet FT-Windsensoren von anderen Ultraschall- Messtechnologien für Windgeschwindigkeit und -richtung sowie von mechanischen Messverfahren und bietet Ihnen erhöhte Strapazierfähigkeit und Zuverlässigkeit.

Europäisches Patent EOP 801 311 A1 und USA Patent 5,877,416 für das Messprinzip von Ultraschallanemometern basierend auf Akustischer Resonanz

 

 


 

Messprinzip der Akustischen Resonanz   Witterungsschutzsystem   Vorteile   Acu-Res® Software

 

 

Das Messprinzip der Akustischen Resonanz

 

Acu-Res® ist eine patentierte solid- state Technologie (keine beweglichen Teile) zur Messung von Windgeschwindigkeit und Windrichtung.  Dazu wird eine akustische (Ultraschall-) Welle in einem kleinen Hohlraum reflektiert. Dieses einzigartige Funktionsprinzip bietet zahlreiche Vorteile, wie eine breite Windgeschwindigkeitsskala, Langlebigkeit, hohe  Betriebsbereitschaft, und eine kleine leichtgewichtige Bauweise bei außergewöhnlicher Messempfindlichkeit und -genauigkeit.  Acu-Res® ermöglicht die Konstruktion eines strapazierfähigen Sensors ohne freiliegende Teile, der auch unter härtesten Bedingungen funktioniert Das Verfahren auf Basis von Akustischer Resonanz bietet Schutz vor Schäden durch Umweltfaktoren, die andere Technologien beeinträchtigen und kommt mit einen geringen Stromverbrauch aus.  Keine andere Technologie kann mit sämtlichen Vorzügen von Acu-Res® mithalten.

So funktioniert es

Auf diesem vereinfachten Diagramm sehen Sie das Grundprinzip des Windsensors basierend auf Akustischer Resonanz.   

Vereinfachtes Diagramm -Grundprinzip des Windsensors basierend auf Akustischer Resonanz

 

In seiner Grundform besteht das Gerät aus zwei kleinen parallelen Platten, die als oberer und unterer Reflektor bezeichnet werden.  Auf horizontaler Ebene kann Luft ungehindert zwischen den Platten strömen.  In vertikaler Richtung ist die Struktur durch die Reflektoren begrenzt. Die durchschnittliche Luftgeschwindigkeit in dieser Richtung ist geringfügig.  Durch drei schwingende Membranen, die mit drei piezoelektrischen Elementen verkoppelt sind, werden akustische (Ultraschall-)Wellen erzeugt und empfangen.  Die Membrane sind in Form eines Dreiecks angeordnet (siehe Diagramm).

Es wird jeweils eine Membran elektrisch stimuliert.  Von ihrer Oberfläche strömt Ultraschall aus, der nach außen wandert, bis er auf den unteren Reflektor trifft, wo er dann beinahe vollkommen reflektiert wird.  Die entstehende Wellenfront wandert nach oben und trifft auf den oberen Reflektor, wo sie erneut reflektiert wird.  Der Ultraschall prallt so lange zwischen den beiden Reflektoren hin und her, bis er durch den Energieverlust in der umgebenden Luft und der Folge unvollkommener Reflexionen ausreichend gedämpft ist.  In der Praxis benötigt das Verfahren um die 200 Reflexionen.

Auf einem engen Frequenzband erzeugen die phasengleich kombinierten Reflexionen eine dramatisch gesteigerte Signalstärke.  Die Wellenausbreitung ist komplex, lässt sich aber als vertikale quasi-stehende Welle vorstellen, die sich auf horizontaler Ebene wie eine zweidimensionale radiale Wanderwelle verhält.  Dieser Doppelcharakter des akustischen Feldes wird auf folgende Weise ausgenutzt:

Das Messverfahren basiert auf dem Wanderwellenprinzip

Die jeweilige Phasenverschiebung zwischen zwei Membranen ist ein Indikator für die Luftströmung entlang der Achse zwischen den Membranen. Aus den Messungen aller drei Membranenpaare lassen sich die Vektorkomponenten der Luftströmung entlang aller drei Seiten des durch die Membranen gebildeten Dreiecks ermitteln. Diese Vektoren werden dann kombiniert, um die Gesamtgeschwindigkeit und -richtung zu bestimmen.

Automatische Kompensation wird auf Grundlage stehenden Wellenverhaltens berechnet

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft variiert in Abhängigkeit von Temperatur, Feuchtigkeit und in geringerem Ausmaß Druck. Acu-Res® kompensiert diese Faktoren automatisch. Zusätzliche Sensoren sind nicht notwendig. Wenn das Gerät in Betrieb ist, wird die Frequenz automatisch angepasst, um das Ansprechverhalten zu optimieren und die Resonanz aufrecht zu erhalten.  So können Messungen unabhängig von der Schallgeschwindigkeit erfolgen.

Zudem wird dadurch der unerwünschte Einfluss akustischer Reflexionen von anderen Gegenständen in der Umgebung, aerodynamischer Effekte (Turbulenzen etc.) und ungleichmäßiger Luftströmungen drastisch reduziert.  Die räumliche Nähe zwischen den vibrierenden Membranen lässt auch Messungen bei hoher Luftgeschwindigkeit zu, und die Konstruktion aus einem Guss sorgt für verbesserte Messgenauigkeit. Zwischen Luftgeschwindigkeit und gemessener Phasenverschiebung besteht ein lineares Verhältnis.  Das selektive Ansprechverhalten auf Resonanz sorgt für eine "Frontend-Filter-Anpassung", so dass sich das Verhältnis zwischen Signalstärke und Rauschen dramatisch verbessert. Die Signalleistung wird sehr gering gehalten (normalerweise nur ein Zehntel-Megawatt).

Acu-Res® weist zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Technologien auf, darunter die folgenden:

  • Große und skalierbare dynamische Reichweite
  • Lineare Entsprechung zwischen Phasenverschiebung und Luftgeschwindigkeit
  • Genaue Geschwindigkeits- und Richtungsanzeige
  • Genaue Angabe der Windrichtung unabhängig von der Geschwindigkeit
  • Schwankungen von Temperatur, Druck und Feuchtigkeit werden automatisch kompensiert
  • Strapazierfähige, rundum gedichtete Bauweise zum Einsatz unter allen Witterungsbedingungen, gute Lieferbarkeit
  • Zuverlässige Festkörper-Konstruktion (keine beweglichen Teile)
  • Klein, leichtgewichtig, einfach zu beheizen
  • Geringer Leistungsverbrauch


 

Messprinzip der Akustischen Resonanz   Witterungsschutzsystem   Vorteile   Acu-Res® Software

 

 

Witterungsschutzsystem

 

Das Acu-Res® Witterungsschutzsystem (EPS - Environmental Protection System) gewährleistet auch unter extremsten Umweltbedingungen einen zuverlässigen Betrieb des Sensors und garantiert somit eine hohe Datenverfügbarkeit unter allen Wetterbedingungen.


Das EPS wurde optimiert, um die Auswirkung folgender Umwelteinflüsse zu minimieren:

  • Blitzschutz um EMV
  • Staub und Sand
  • Sonnenstrahlung
  • Starker Regen
  • Salzwasser
  • Schnee, gefrierender Regen und Eis
  • Hagel
  • Stöße
  • Vibration
  • Korrosion
  • Witterung und Alterung


Das EPS gewährleistet eine hohe Verfügbarkeit durch:

  • ein starkes und korrosionsbeständiges Gehäuse aus einer harteloxierten Legierung, das für eine einfache und gleichmäßige Wärmeübertragung sorgt
  • ein Dichtungssystem im Gehäuse und um die Steckverbindung, das den Sensor vor Sand, Staub und Wasser schützt
  • einen elektronischen Überspannungsschutz, der die Widerstandsfähigkeit des Sensors bei großen Spannungen und Stromspitzen durch Blitzeinschläge steigert
  • drei Heizungen, die für eine konstante Temperatur sorgen und ein Vereisen des Sensors verhindern
  • superhydrophobe Beschichtungen, die den Sensor sauber und trocken halten
  • HALT-Prüfungen (Highly Accelerated Lifecycle Testing), die gewährleisten, dass der Sensor Extremtemperaturen und Vibrationen standhalten kann

Die Acu-Res® Technologieplattform und der Windsensor der Serie FT702 sind die wahrscheinlich meistgetesteten Windsensortechnologien der Welt. (Siehe Standards)


 

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Vorteile der Akustischen Resonanz Technologie

 

Kompakt und strapazierfähig

Die Acu-Res®-Technologie benötigt nur einen kleinen Hohlraum, um akustische Resonanz zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Deshalb ist der Sensor verglichen mit anderen Technologien kompakt und leichtgewichtig.

Aufgrund seiner kompakten Größe lässt sich das gesamte Gehäuse des Sensors mühelos und gleichmäßig beheizen, um ihn eisfrei zu halten.

Dadurch haben Sie die folgenden Vorteile:

  • Ein widerstands- und strapazierfähiger Sensor, der schwere Erschütterungen, starke Vibrationen und extreme Stöße aushält
  • Geringfügige Heizleistung reicht aus, um das Gerät eisfrei zu halten
  • Garantiert wartungsarm und langlebig
  • Vereinfachte Lagerung und Handhabung, reduzierte Transportkosten

Die Baueinheit hat keine beweglichen Teile und, nur ein Messgerät wird benötigt, um gleichzeitig Luftgeschwindigkeit und -richtung zu messen

Zuverlässige und einheitliche Messwerte

Die Acu-Res® Technologie liefert genaue, einheitliche und zuverlässige Daten für alle Windrichtungen, einschließlich Schräganströmung.

Veränderungen der Luftdichte und Feinstaubpartikel in der Luft können die Messgenauigkeit von Schalenkreuzanenometern beeinträchtigen.  Bei Ultraschall-Laufzeitmessgeräten kann die Messgenauigkeit beeinträchtigt werden, wenn Regen oder Staub den Pfad Weg der Schallimpulse beeinflussen.

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft variiert in Abhängigkeit von Temperatur, Feuchtigkeit und Druck. Acu-Res®-betriebene Sensoren passen ihre Transmissionsfrequenz an, um die Resonanz aufrecht zu erhalten, und kompensieren so automatisch Umwelteinflüsse.  Die Messqualität kann garantiert werden, da die Aufrechterhaltung der Resonanz von der Acu-Res®-Software überprüft und dokumentiert wird.

 


 

Messprinzip der Akustischen Resonanz   Witterungsschutzsystem   Vorteile   Acu-Res® Software

 

Acu-Res® Software

 

Jeder von FT-Technologies hergestellte Windsensor ist mit Acu-Res® Software ausgerüstet.


Diese führt die komplexen Berechnungen der Windgeschwindigkeit und Windrichtung durch und erfüllt außerdem folgende Funktionen:

  • Permanente Anpassung der Signalfrequenz des Messwandlers zur Aufrechterhaltung der Resonanz.
  • Überwachung der Datenqualität und Meldung von Problemen an die Steuerung
  • Laufende Überwachung des ordnungsgemäßen Betriebs der Teilsysteme des Sensors und Betrieb der redundanten Systeme
  • Dynamische Steuerung der Heizleistung zur Aufrechterhaltung eines eisfreien Betriebs bei minimalem Stromverbrauch
  • Umsetzung der Benutzerparameter zur kundenspezifischen Konfiguration des Sensors, z.B. Datenfilterung und konfigurierbare Ausgabeeinstellungen.

Die Acu-Res® Software wurde speziell für die Windenergiebranche entwickelt und optimiert, um möglichst präzise und zuverlässige Windmessungen zu garantieren.