ES2308314T3 - Sensor de precipitacion, especialmente sensor de granizo. - Google Patents
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Abstract
Sensor de precipitación, especialmente un sensor de granizo, con una placa (1) de impacto y un transductor (7) para registrar las vibraciones producidas por el choque de partículas de precipitación sobre la placa de impacto, estando dispuesto el transductor (7) a distancia de la placa (1) de impacto, así como acoplado a la placa (1) de impacto mediante un cuerpo fijo que transmite las vibraciones al transductor (7), caracterizado porque el cuerpo fijo, transmisor de las vibraciones al transductor (7), constituye una subestructura (2) de la placa (1) de impacto, que está unida por su borde con la placa (1) de impacto.
Description
Sensor de precipitación, especialmente sensor de
granizo.
La invención se refiere a un sensor de
precipitación, especialmente un sensor de granizo, con una placa de
impacto y un transductor para registrar las vibraciones producidas
por el choque de partículas de precipitación sobre la placa de
impacto, estando dispuesto el transductor a distancia de la placa de
impacto, así como acoplado a la placa de impacto mediante un cuerpo
fijo que transmite las vibraciones al transductor.
Del documento EP0422553B1 se conoce un sensor de
precipitación, cuya placa de impacto tiene un diámetro de 1 a 5 cm
y está fijada sobre el transductor piezoeléctrico mediante una capa
adhesiva. La evaluación, especialmente el análisis de frecuencia,
de las señales eléctricas suministradas por el transductor permite
establecer una diferencia entre las gotas de lluvia, los granos de
granizo y los copos de nieve incidentes.
Un sensor de precipitación del tipo mencionado
al inicio se conoce del documento DE4011416A1. Como placa de
impacto sirve una membrana, colocada en su borde, que cubre el
orificio de una carcasa en forma de vasija. En su lado inferior, un
elemento de transmisión se apoya en la membrana y transmite la
presión ejercida sobre la membrana a un transductor piezoeléctrico
que se encuentra dispuesto en la superficie de fondo de la
carcasa.
El documento
US-A-5528224 describe otro sensor de
precipitación con placa de impacto. La placa de impacto está unida
a lo largo de su borde con la subestructura que soporta en su
centro, por debajo de la placa de impacto, un micrófono para
registrar el choque de las partículas de precipitación contra la
placa de impacto. El micrófono está unido con la subestructura
mediante una placa de plástico celular de aislamiento acústico, de
modo que las vibraciones de la placa de impacto se transmiten al
micrófono sólo a través del aire por debajo de la placa de
impacto.
La presente invención tiene el objetivo de crear
un nuevo sensor de precipitación, especialmente un sensor de
granizo, del tipo mencionado al principio que permita análisis
cuantitativos de la precipitación más exactos en comparación con
sensores conocidos de este tipo.
El sensor de precipitación según la invención,
que consigue este objetivo, se caracteriza porque el cuerpo fijo,
transmisor de las vibraciones al transductor, constituye una
subestructura de la placa de impacto, que está unida por su borde
con la placa de impacto.
La transmisión según la invención de las
vibraciones, que producen las partículas de precipitación en la
placa de impacto, al transductor sólo por el borde de la placa
permite generar una señal de transductor, cuya magnitud es
independiente en gran medida del lugar de incidencia de la partícula
de precipitación sobre la placa de impacto. Según las condiciones
mencionadas más adelante, la magnitud de la señal de transductor
depende sólo del tamaño de las partículas de precipitación. Por
tanto, además de la cantidad de partículas de precipitación, que
inciden sobre la superficie de la placa de impacto en un período de
observación, se puede identificar también su tamaño y determinar,
por ejemplo, la distribución de los granos de granizo según su
tamaño en la zona de ubicación del sensor.
La placa de impacto se apoya preferentemente por
toda su circunferencia mediante una zona marginal en la
subestructura o se integra en forma de una sola pieza en la
subestructura.
Aunque la subestructura puede tener, por
ejemplo, forma cónica o semiesférica, la subestructura tiene la
configuración de una caja abierta hacia la placa de impacto o de un
platillo abierto hacia la placa de impacto en la forma preferida de
realización de la invención.
El transductor está dispuesto convenientemente
en el centro de la placa de impacto en una proyección vertical
respecto a la placa de impacto. Con esta disposición se logra la
mayor independencia posible del nivel de la señal de transductor
del lugar de incidencia de la partícula de precipitación sobre la
placa de impacto.
El transductor tiene preferentemente la forma de
placa. Se trata en especial de un transductor piezoeléctrico que
por su superficie plana de placa está apoyado en una superficie
plana de la subestructura y pegado, por ejemplo, con la
subestructura. El transductor se encuentra acoplado preferentemente
a una superficie de la subestructura dirigida hacia la placa de
impacto, con preferencia al fondo de la caja o del platillo.
En otra configuración de la invención está
previsto al menos un transductor adicional. Por tanto, una partícula
de precipitación genera varias señales de transductor, permitiendo
aumentar la evaluación de estas señales de transductor, que se
originan en una secuencia determinada de tiempo, la resolución del
sensor.
El al menos un transductor adicional está
acoplado preferentemente con el lado inferior de la placa de impacto
por su centro. Su señal puede servir para el conteo de partículas
incidentes de precipitación, mientras se evalúa la señal del
transductor mencionado primero con el fin de determinar el tamaño de
las partículas de precipitación.
En otra configuración ventajosa de la invención
está previsto un dispositivo de soporte que soporta la placa de de
impacto de forma inclinada respecto a la horizontal. Por tanto, los
granos de granizo, que impactan, se desvían hacia el lateral. El
agua de deshielo y el agua de lluvia se evacuan de manera constante.
La superficie de la placa de impacto es lo más lisa posible, de
modo que las partículas de hielo se pueden deslizar por ésta. Por
tanto, sólo se pueden producir en menor medida distorsiones de las
señales, que se van a evaluar, debido al hielo o al agua sobre la
placa de impacto.
En otra configuración ventajosa de la invención
puede estar previsto un dispositivo de evaluación que realiza una
análisis de frecuencia de las señales de transductor, además de un
conteo de las partículas y de una evaluación de la señales a fin de
determinar el tamaño de las partículas. Un análisis de frecuencia de
este tipo puede revelar, por ejemplo, que los granos de granizo
registrados no son partículas homogéneas de hielo. En estos casos
se puede suprimir la identificación del tamaño de las partículas o
descartar un valor determinado del tamaño de las partículas.
En otra configuración de la invención, el
dispositivo de evaluación presenta un filtro. El filtro inhibe
preferentemente frecuencias bajas para excluir distorsiones de
señal como resultado de vibraciones posteriores.
La invención se ha de explicar detalladamente
por medio de ejemplos de realización y de los dibujos adjuntos que
se refieren a estos ejemplos de realización. Muestran:
Fig. 1 un primer ejemplo de realización de un
sensor de granizo según la invención, en una representación
despiezada en perspectiva,
Fig. 2 un segundo ejemplo de realización de un
sensor de granizo según la invención,
Fig. 3 el sensor de granizo de la figura 2 con
un dispositivo de soporte y
Fig. 4 señales de transductor producidas por un
sensor de granizo según las figuras 1 a 3.
Un sensor de granizo, fabricado esencialmente
con un plástico resistente a la intemperie y a los rayos
ultravioletas, por ejemplo, politetrafluoretileno o poliestirol,
presenta una placa rectangular 1 de impacto y una subestructura 2,
que puede unirse con la placa 1 de impacto, en forma de una caja
plana abierta hacia la placa de impacto.
En el ejemplo de realización en cuestión, las
longitudes laterales de la placa rectangular 1 de impacto son de
aproximadamente 50 cm. Las longitudes laterales podrían ser también
mayores o menores. El grosor de la placa asciende a 10 mm. La
subestructura 2 en forma de caja presenta una pared 3 de fondo y
paredes laterales 4 de igual grosor.
Alrededor del borde de la placa 1 de impacto hay
taladros 5, cuya disposición coincide con los taladros roscados 6
en las paredes laterales 4 de la subestructura 2. El uso de los
numerosos taladros 5 y 6 permite atornillar la placa 1 de impacto
en la subestructura 2, apoyándose fijamente la placa 1 de impacto
por toda su circunferencia, mediante una zona marginal, en las
superficies marginales respectivas de las paredes laterales 4 de tal
modo que a través de la superficie de apoyo se pueden propagar
ondas en el intervalo de las frecuencias sonoras.
Un transductor piezoeléctrico 7 u 8, en forma de
placa, está acoplado respectivamente en el centro de la placa a la
pared 3 de fondo en forma de placa y a la placa 1 de impacto,
quedando dispuesto el transductor 7 sobre el lado superior de la
placa y el transductor 8, sobre el lado inferior de la placa y
apoyándose en cada caso con una superficie plana en la superficie
respectiva de la placa. El transductor puede estar pegado en la
superficie de la placa.
Las líneas 9 ó 10 de conexión de los
transductores piezoeléctricos 7 y 8 conducen hacia un borne BNC 12 ó
13 en una de las paredes laterales 4 de la subestructura 2,
pudiéndose unir las líneas 9, 10 de conexión por el lado interior
con los bornes 12, 13 mediante el conector BNC 11. A los bornes 12 y
13, configurados como bornes dobles, se puede conectar un
dispositivo de evaluación no mostrado en la figura 1, que recibe las
señales eléctricas producidas por los transductores 7, 8. Los
bornes de conexión podrían estar previstos también en la pared de
fondo, en vez de en la pared lateral.
A diferencia del ejemplo de realización de un
sensor de granizo, mostrado en la figura 1, la placa 3 de fondo de
la subestructura 2 podría estar virada hacia arriba, sirviendo
entonces la placa de fondo como placa de impacto, mientras que las
paredes laterales 4 constituyen la subestructura junto con la placa
1.
Las figuras 2 y 3 muestran otro ejemplo de
realización de un sensor de granizo. Una placa 1a de impacto con
forma circular está unida, por ejemplo, pegada o soldada, en el
borde por toda su circunferencia con el borde del orificio de una
subestructura plana en forma de platillo. Un transductor
piezoeléctrico 7a está acoplado exteriormente al fondo del
platillo, en una proyección vertical respecto a la placa 1a de
impacto en su centro.
La figura 3 muestra el sensor de granizo de la
figura 2 unido con un soporte 14 que presenta brazos 15 y 16 de
soporte con alturas diferentes, de modo que la placa 1a de impacto
queda inclinada respecto a la horizontal. En el sensor de granizo
de la figura 1 se podría usar un soporte similar.
El número de referencia 17 en la figura 3 indica
una carcasa protectora para el transductor piezoeléctrico 7a. Las
líneas 9a de conexión del transductor piezoeléctrico están unidas
con un dispositivo 18 de evaluación que puede presentar
dispositivos para la transmisión de datos a gran distancia.
Al incidir los granos de granizo sobre la placa
1 ó 1a de impacto se producen ruidos en forma de estallido. En
correspondencia con estos ruidos de corta duración se propaga
respectivamente una cresta de onda o paquete de ondas desde el
lugar de incidencia del grano de granizo sobre la placa de impacto
en el material de la placa de impacto. En caso de un acoplamiento,
lo suficientemente resistente, de la placa de impacto con la
subestructura, esta propagación se extiende hacia el material fijo
de la subestructura. Según los diferentes recorridos del paquete de
ondas en el material fijo, el transductor 7 reacciona con retardo de
tiempo respecto al transductor 8.
En la figura 4, una curva identificada con el
número 19 indica una señal de transductor S(t) del
transductor 8 y una curva 20, una señal de transductor S(t)
del transductor 7, que se ha producido mediante el mismo paquete de
ondas y que se aplica con un retardo de tiempo de \Deltat.
Mientras que en el caso del transductor 8, el
nivel de la señal S(t) en un tiempo t o su nivel máximo
depende tanto del tamaño del grano de granizo como de la distancia
de su lugar de incidencia respecto al transductor y, por tanto, no
existe una relación clara entre el tamaño del grano y el nivel de la
señal, la señal del transductor 7 es independiente en gran medida
del lugar de incidencia del grano de granizo, de modo que mediante
el nivel de la señal o de una integral sobre la señal o sobre su
curva de envolvente se puede definir el tamaño del grano de
granizo.
Esto último resulta válido bajo la premisa de
que los granos de granizo sean partículas de hielo esféricas y
homogéneas de igual densidad que han alcanzado su velocidad máxima
de caída, a la que el peso y la resistencia al aire se suprimen.
Esta premisa se cumple en muchos casos al menos de forma aproximada.
Se requiere además una superficie de choque lo más libre posible de
hielo y agua, que está inclinada, por tanto, convenientemente
respecto a la horizontal, de modo que las partículas de hielo pueden
rebotar o deslizarse hacia el lateral y el agua de deshielo se
evacua.
Para evaluar las señales de transductor se puede
usar un dispositivo informatizado de registro de valores de
medición que cuenta las señales entrantes, las digitaliza, dado el
caso, las filtra, así como ejecuta un análisis de frecuencia y
determina los tamaños del grano, por ejemplo, a partir de las
relaciones entre los tamaños del grano y las señales de
transductor.
Una evaluación de este tipo se puede ejecutar en
la unidad 18 de evaluación mediante la compactación de los datos de
medición, transmitiéndose a continuación los datos compactados a una
central unida con una pluralidad de sensores de precipitación.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de los documentos citados por el
solicitante se incluyó exclusivamente para informar al lector y no
es parte integrante de la patente europea. Esta se confeccionó con
el máximo cuidado, pero la Oficina Europea de Patentes no asume,
sin embargo, ningún tipo de de responsabilidad por posibles errores
u omisiones.
- \bullet EP0422553B1 [0002]
- \bullet US5528224A [0004]
\bullet DE4011416A1 [0003]
Claims (12)
1. Sensor de precipitación, especialmente un
sensor de granizo, con una placa (1) de impacto y un transductor
(7) para registrar las vibraciones producidas por el choque de
partículas de precipitación sobre la placa de impacto, estando
dispuesto el transductor (7) a distancia de la placa (1) de impacto,
así como acoplado a la placa (1) de impacto mediante un cuerpo fijo
que transmite las vibraciones al transductor (7),
caracterizado porque el cuerpo fijo, transmisor de las
vibraciones al transductor (7), constituye una subestructura (2) de
la placa (1) de impacto, que está unida por su borde con la placa
(1) de impacto.
2. Sensor de precipitación según la
reivindicación 1, caracterizado porque la placa (1) de
impacto está unida sólo por su borde con la subestructura (2).
3. Sensor de precipitación según la
reivindicación 2, caracterizado porque la placa (1) de
impacto se apoya preferentemente por toda su circunferencia
mediante una zona marginal en la subestructura (2) o se integra en
forma de una sola pieza en la subestructura (2).
4. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la subestructura
(2, 2a) tiene la configuración de una caja abierta hacia la placa
(1) de impacto o de un platillo abierto hacia la placa (1a) de
impacto.
5. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el transductor
(7) está acoplado a la subestructura (2) mediante una superficie de
apoyo preferentemente plana.
6. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el transductor
(7) está dispuesto en una proyección vertical respecto a la placa
(1) de impacto en el centro de la placa (1) de impacto.
7. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el transductor
(7) está acoplado a una superficie de la subestructura (2), opuesta
a la placa (1) de impacto.
8. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque está previsto al
menos otro transductor (8).
9. Sensor de precipitación según la
reivindicación 8, caracterizado porque el al menos otro
transductor (8) está acoplado al lado inferior de la placa (1) de
impacto.
10. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque está previsto un
dispositivo (14) de soporte para soportar la placa (1a) de impacto
en una posición inclinada respecto a la horizontal.
11. Sensor de precipitación según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque está previsto
un dispositivo (18) que evalúa tanto la cantidad como el nivel de
las señales eléctricas de transductor.
12. Sensor de precipitación según la
reivindicación 11, caracterizado porque el dispositivo (18)
de evaluación comprende un analizador de frecuencia y/o un
filtro.
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