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Principio de medida por resonancia acústica
 

Acu-Res® es una tecnología patentada de estado sólido (sin partes móviles) para medir la velocidad y la dirección del viento. Utiliza una onda acústica (ultrasónica) que RESUENA dentro de una pequeña cavidad. Este principio único de funcionamiento ofrece unas especificaciónes sin igual y muchas ventajas, tales como el amplio rango cuantificable de velocidades de aire, su larga vida útil, alta disponibilidad, construcción ligera y pequeña y una excepcional sensibilidad y precisión. Al carecer de partes expuestas Acu-Res® posibilita un sensor robusto que opera bajo condiciones climáticas extremas. Presenta un bajo consumo de energía y debido a la resonancia acústica proporciona un sistema de compensación integrado  frente a factores ambientales que, como bien se sabe, afectan a otras tecnologías. Ninguna otra tecnología combina las numerosas características de Acu-Res®.

Cómo funciona

El siguiente diagrama simplificado muestra la disposición básica de detección del anemometro por resonancia acústica.

 

En su forma más básica, el dispositivo consiste en un par de pequeñas placas paralelas, denominadas reflectores superior e inferior. En el plano horizontal el aire fluye libremente entre las placas sin limitaciones mecánicas. En la dirección vertical, sin embargo, el flujo está limitado por los reflectores y la velocidad media del aire en esa dirección es despreciable. Las ondas acústicas (ultrasonicas) son generadas y recibidas mediante tres diafragmas vibrantes, cada uno de los cuales está a su vez acoplado a un elemento piezoeléctrico. Los diafragmas están dispuestos en forma triangular, tal como se muestra en el diagrama.

Uno de los diafragmas está eléctricamente excitado en todo momento. Las onda ultrasónica emana de su superficie y se desplaza hacia el exterior hasta que golpea al reflector inferior, donde se somete a una reflexión casi total. El frente de onda resultante rebota hacia arriba, golpea el reflector inferior y se refleja de nuevo. La señal ultrasónica continúa rebotando entre los dos reflectores hasta que está suficientemente atenuada por la pérdida de energía en el aire circundante y por la sucesión de reflexiones imperfectas. En la práctica, el proceso implica cerca de 200 reflexiones.

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

La medicion del flujo de aire se basa en el comportamiento de las ondas progresivas

La fase entre cualquiera de los tres pares de diafragmas está relacionada con el flujo de aire a lo largo del eje de dicho par. En base a las medidas de los tres pares se calculan los vectores de las componentes del flujo de aire a lo largo de los lados del triángulo (formado por los diafragmas). La combinacion de estos vectores da como resultado la velocidad y dirección final.

La compensación automática se basa en el comportamiento de las ondas estacionarias

La velocidad del sonido en el aire varía en función de la temperatura, la humedad y, en menor medida, de la presión. Acu-Res® ofrece una compensación automática ante este problema sin hacer necesario el uso de sensores adicionales. En funcionamiento, la electrónica del sensor ajusta la frecuencia con el fin de maximizar la respuesta y mantener la resonancia. En estas condiciones, las mediciones se realizan sin necesidad de tener en cuenta la velocidad del sonido.

Por otra parte, el funcionamiento en resonancia reduce significativamente la indeseable influencia de reflejos acústicos provenientes de objetos cercanos o de efectos aerodinámicos como por ejemplo las turbulencias o la no uniformidad del flujo de aire. La proximidad entre sí de los diafragmas vibrantes posibilita el funcionamiento a altas velocidades de aire, y la construcción monolítica del sensor mejora la precisión de la medida. La relación entre la velocidad del aire y la fase medida es lineal. Además, la respuesta selectiva en resonancia forma un "filtro sintonizado frontal" que mejora significativamente la relación señal-ruido. La potencia de la señal se mantiene extremadamente baja (por lo general décimas de microvatios) y la potencia consumida internamente durante el funcionamiento normal es también insignificante.

Acu-Res® tiene muchas ventajas sobre las tecnologías alternativas, siendo  algunas de las más importantes las siguientes:

  • Rango dinámico amplio y escalable
  • Respuesta lineal de fase frente a la velocidad del aire
  • Velocidad e indicación de dirección del viento exactas
  • Precisión de dirección del viento independiente de la velocidad
  • Intrínsecamente compensado ante fluctuaciones de presión, temperatura y humedad
  • Construcción robusta y totalmente sellada que posibilita su funcionamiento en cualquier clima y de alta disponibilidad
  • Construcción altamente fiable y sin partes móviles
  • Pequeño, ligero y autocalefactable
  • Bajo consumo de energía