- Sodar

Phased Array SODAR ile rüzgar ölçümü

Sodar , ya da tam olarak çok NIC d etection bir nd R Anging , a, meteorolojik bir şekilde kullanılan alet rüzgar profilci atmosferik türbülans ile ses dalgalarının saçılmasını ölçmek için uygulanır. SODAR sistemleri, yerden çeşitli yüksekliklerde rüzgar hızını ve atmosferin alt tabakasının termodinamik yapısını ölçmek için kullanılır .

Sodar sistemleri aslında suda değil havada kullanılan sonar sistemlerinden başka bir şey değildir . Daha spesifik olarak, rüzgar hızını belirlemek için çok ışınlı bir konfigürasyonla Doppler etkisini kullanarak çalıştıkları için, akustik Doppler akım profilleyicileri (ADCP) olarak bilinen sonar sistemlerinin bir alt sınıfına tam olarak havada eşdeğerdirler . Sodar sistemleri için kullanılan diğer isimler arasında siren, yankı iskandil ve akustik radar sayılabilir.

doppler sodası

Üst hava rüzgar ölçümlerini toplamak için çalıştırılan ticari sodalar, akustik sinyalleri ileten ve alan antenlerden oluşur . Mono-statik bir sistem, iletmek ve almak için aynı anteni kullanırken, bi-statik bir sistem ayrı antenler kullanır. İki anten sistemi arasındaki fark, atmosferik saçılmanın sıcaklık dalgalanmaları (monostatik sistemlerde) veya hem sıcaklık hem de rüzgar hızı dalgalanmaları (bi-statik sistemlerde) tarafından mı olduğunu belirler.

Mono-statik anten sistemleri iki kategoriye ayrılabilir: çok eksenli ayrı antenler kullananlar ve tek fazlı dizi anten kullananlar . Çok eksenli sistemler genellikle akustik ışını yönlendirmek için belirli yönlere yönelik üç ayrı anten kullanır. Üç bağımsız (yani doğrusal olmayan) eksenin kullanılması, rüzgar hızının üç bileşenini almak için yeterlidir, ancak daha fazla eksen kullanılması, en küçük kareler yaklaşımı kullanılarak rüzgar hızı tahmin edilirken fazlalık ekleyecek ve gürültüye karşı sağlamlığı artıracaktır . Bir anten genellikle dikey olarak yönlendirilir ve diğer ikisi dikey olarak dikey bir açıyla hafifçe eğilir. Bireysel antenlerin her biri, parabolik bir hoparlör oluşturmak için bir parabolik reflektöre odaklanan tek bir dönüştürücü kullanabilir veya hepsi tek bir ışın oluşturmak için aynı fazda ileten bir dizi hoparlör sürücüsü ve boynuzu ( dönüştürücü ) kullanabilir. Sistem kurulduğunda her bir antenin hem dikeyden eğim açısı hem de azimut açısı sabitlenir.

Faz dizilimli anten sistemleri, tek bir dizi hoparlör sürücüsü ve boynuzu (dönüştürücüler) kullanır ve ışınlar, dönüştürücülerin uygun şekilde fazlandırılmasıyla elektronik olarak yönlendirilir. Faz dizili bir anten kurmak için dizinin işaret yönü, üretici tarafından belirtildiği gibi ya düz ya da yönlendirilmiştir.

Kuzey İsveç'te AQ500.
AQ500 SoDAR, rüzgar enerjisi geliştirme ve rüzgar durumu izlemede kullanılır.

Rüzgar hızının yatay bileşenleri, radyal olarak ölçülen Doppler kaymalarından ve düşeyden belirtilen eğim açısından hesaplanır . Eğim açısı veya başucu açısı genellikle 15 ila 30 derecedir ve yatay kirişler tipik olarak birbirine dik açılarda yönlendirilir. Eğik kirişler boyunca radyal bileşenlerin Doppler kayması, rüzgarın hem yatay hem de dikey bileşenlerinin etkisini içerdiğinden, başucu açısı 20 dereceden küçük olan sistemlerde düşey hız için bir düzeltme gereklidir. Ayrıca, sistem düşey hızların yaklaşık 0,2 m/sn'den büyük olabileceği bir bölgede bulunuyorsa, kirişin başucu açısından bağımsız olarak düşey hız için düzeltmeler gereklidir.

Sodaların dikey aralığı yaklaşık 0,2 ila 2 kilometredir (km) ve frekansın , güç çıkışının, atmosferik stabilitenin, türbülansın ve en önemlisi bir gazozun çalıştırıldığı gürültü ortamının bir fonksiyonudur. Çalışma frekansları, birkaç yüz watt'a kadar güç seviyeleri ile 1000 Hz'den az ile 4000 Hz'nin üzerine kadar değişir. Atmosferin zayıflama özelliklerinden dolayı, yüksek güçlü, daha düşük frekanslı sodalar genellikle daha fazla yükseklik kapsama alanı üretecektir. Bazı sodalar, dikey çözünürlük ve uygulamaya daha iyi uyum sağlamak için farklı modlarda çalıştırılabilir. Bu, nabız uzunluğu ile maksimum irtifa arasındaki bir gevşeme ile gerçekleştirilir .

Sodar uygulamaları

Fulcrum3D Sodar kullanarak rüzgar izleme

Atmosferik araştırmalarda geleneksel olarak kullanılan sodalar, artık rüzgar enerjisi projelerinin geliştirilmesi için geleneksel rüzgar izlemesine alternatif olarak uygulanmaktadır. Rüzgar enerjisi uygulamaları için kullanılan sodarlar, tipik olarak, modern rüzgar türbinlerinin boyutuna karşılık gelen, yer seviyesinden 50m ila 200m arasında bir ölçüm aralığına odaklanır. REMTECH PA-XS Sodar ve AQ510 Sodar gibi bazı sodar ürünleri bu pazar için özel olarak geliştirilmiştir.

Kompakt ışınlı gaz motorları, rüzgar vektörünün sodanın ölçüm alanı boyunca değişebildiği karmaşık arazilerde daha doğrudur. Daha kompakt bir ışın açısı sağlayarak, bu sodarlar rüzgar vektöründeki herhangi bir değişikliğin etkisini azaltır. Bu, rüzgar akışının ve dolayısıyla bir rüzgar türbininin enerji üretiminin daha doğru bir tahminini sağlar. Kompakt ışınlı gazlaştırıcılar ayrıca sabit ekoların etkisini azaltır ve daha kompakt bir ünite tasarımına izin verir.

Çok eksenli gazlaştırıcılar, her bir ses demetini sırayla ateşlemesi gereken tek eksenli gazlaştırıcıların aksine, üç ses demetinin de aynı anda ateşlenmesi için yetenek sağlar. Eş zamanlı ateşleme, herhangi bir periyotta üç kat daha fazla numune noktası sağlayarak daha yüksek sinyal-gürültü oranı (SNR), daha yüksek veri kullanılabilirliği ve daha fazla doğruluk sağlar.

Rüzgar enerjisi endüstrisi için tasarlanan Sodar'lar, bazı üreticilerin sodar ünitesinden tam sinyal ve gürültü spektrumu verilerini değil, yalnızca işlenmiş rüzgar hızı verilerini döndürmesi nedeniyle verilerin izlenebilirliği gibi önemli yönlerden de farklılık gösterir. Bu, ham verilerin yeniden analiz edilemeyeceği veya yeniden işlenemeyeceği anlamına gelir.

Sodar ve ADCP arasındaki analoji ve farklılıklar

İki cihazın arkasındaki temel fiziksel prensipler tamamen aynıdır. Her iki cihaz da ortamın özelliklerini uzaktan belirlemek için ses dalgalarını kullanır. Her iki cihaz da basit hesaplamalardan sonra farklı yüksekliklerde verici ortamın (hava veya su) hızının üç vektör bileşenini veren en az üç doğrusal olmayan ışın üzerindeki radyal hızları ölçmek için Doppler etkisini kullanır. Hem gazlaştırıcılar hem de ADCP'ler, her bir ışın için ayrı dönüştürücüler kullanabilir veya aşamalı diziler kullanabilir. Son olarak, her iki cihaz da sesi üretmek ve almak için piezoelektrik dönüştürücüler kullanabilir .

Ancak, sodalar ve ADCP'ler arasındaki çalışma frekansları tipik olarak farklıdır. Örneğin Teledyne RDI ( bu pazarın fiili lideri) tarafından üretilen ticari ADCP'ler tipik olarak yüzlerce kilohertz aralığında (300 kHz, 600 kHz, 1200 kHz) olan taşıyıcı frekansları kullanırken, sodalar yalnızca düşük kilohertz aralığında iletim yapar. Suyun daha iyi ses iletim kaliteleri nedeniyle ADCP'ler için daha yüksek bir frekansta iletim mümkündür ve bu aynı zamanda cihazın kompaktlığına da fayda sağlar (ADCP'ler için tipik olarak 25 cm / 10" veya daha az çap). Ayrıca akustik empedans dönüştürücülerin sayısı aynı değildir, çünkü aynı ortamda çalışmazlar: sodalar için hava, ADCP'ler için su; farklı bir şekilde, bir ADCP havada çalışmaz ve bir sodar su altında çalışmaz. ADCP'lerin aşamalı bir dizi kullanmadıklarında bile dört ışın kullanması daha yaygındır.Bu, bir tür fazlalık ekleme avantajına sahiptir, böylece su akımlarının tahminini gürültüye karşı daha sağlam hale getirir.Bu, sodalar için de uygulanabilir, ancak dördüncü bir dönüştürücü ekleme maliyeti için Tipik ADCP'lerin çalışma aralığı iki yüz metreden azdır (bu, havada olduğu gibi frekans arttıkça azalır).

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar

Dış bağlantılar