ES2224900B1 - Dispositivo y sistema de medicion de un campo electroestatico externo, y sistema y metodo de deteccion de tormentas. - Google Patents
Dispositivo y sistema de medicion de un campo electroestatico externo, y sistema y metodo de deteccion de tormentas.Info
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Abstract
Dispositivo y sistema de medición de un campo electroestático externo, y sistema y método de detección de tormentas. La invención se refiere a un dispositivo de medición de un campo electroestático externo, por ejemplo, para la detección de tormentas, que comprende: un primer elemento conductor (1); un amplificador (2) en configuración de carga; un dispositivo electrónico de control (3) que tiene una entrada (3a) conectable a la salida (2b) del amplificador (2), para recibir una señal de salida (Vs); y un segundo elemento conductor (4) situado próximo al primer elemento conductor (1) para someterlo a un campo electrostático de compensación creado por una señal de compensación (Vc) calculada y generada por el dispositivo electrónico de control, para evitar una deriva en la señal de salida (Vs) causada por el carácter integrador de la configuración del amplificador. La invención también se refiere a un sistema de medición diferencial, y a un sistema y método de detección de tormentas.
Description
Dispositivo y sistema de medición de un campo
electroestático externo, y sistema y método de detección de
tormentas.
La invención se engloba en el campo de los
sistemas de medición del campo electrostático, útiles para, por
ejemplo, la detección de tormentas.
En la actualidad se utilizan básicamente tres
métodos distintos para la detección de tormentas:
- a)
- Detección por ionización del aire o efecto corona.
- b)
- Detección por radiofrecuencia.
- c)
- Detección por medición del campo electroestático.
A continuación se describe el principio de
funcionamiento básico de cada uno de estos métodos de
detección.
Un detector de este tipo se describe en la
solicitud de patente española publicada bajo el número
ES-A-2038551.
Este tipo de detectores actúa midiendo la
intensidad generada por las variaciones de campo eléctrico
provocadas por las tormentas y, más concretamente, las variaciones
bruscas que se producen momentos antes de la caída de un rayo. El
principal inconveniente de este tipo de detectores es que solo
detectan variaciones bruscas del campo, por lo que su tiempo de
antelación a la tormenta es casi nulo, ya que solo detectan la
actividad de la tormenta cuando ésta se encuentra sobre el propio
detector.
Un ejemplo de un detector de este tipo se
describe en la patente europea
EP-B-0252807 (cuya traducción al
español ha sido publicada bajo el número
ES-T-2030747).
Los detectores por radiofrecuencia detectan las
emisiones de radio que emiten los rayos al atravesar la atmósfera
desde la nube hasta el suelo. Los detectores de este tipo, aunque
son muy eficaces para detectar tormentas a grandes distancias,
presentan un inconveniente: son incapaces de detectar tormentas que
se estén formando justo sobre el propio detector ya que solo
detectan la tormenta cuando ésta presenta una actividad eléctrica
considerable.
Es el único detector capaz de estar midiendo
continuamente el campo electroestático, por lo que puede medir las
pequeñas variaciones o incrementos del campo electroestático
producidos tanto por la aproximación de una tormenta como por la
creación de ésta sobre el propio detector. El principal
inconveniente de este tipo de detector no está en el método de
detección sino en los equipos de detección que se utilizan en la
actualidad. Estos equipos, por ejemplo, el descrito en la solicitud
de patente francesa publicada bajo el número
FR-A-2432719, están basados en el
principio del molino de campo. El equipo descrito en
FR-A-2432719 utiliza un motor
mecánico para transformar el campo electroestático en una señal
alterna, la cual es mucho más fácil de medir. El empleo de un motor
implica un inconveniente, ya que al utilizar partes móviles, se
produce el riesgo de averías y desgastes (especialmente si se tiene
en cuenta que este tipo de equipos muchas veces debe estar
funcionando 24 horas al día, 365 días al
año).
año).
Por ello, se ha considerado que sería deseable
proporcionar un dispositivo o sistema útil para medir el campo
electroestático y que no presenta este tipo de elementos
móviles.
Un primer aspecto de la invención se refiere a un
dispositivo de medición de un campo electroestático externo, que
comprende:
un primer elemento conductor (por ejemplo, un
disco metálico de cobre de aproximadamente 20 mm de diámetro y 0.2
mm de grosor;
un amplificador (por ejemplo, un amplificador
operacional electrométrico que es capaz de amplificar intensidades
o corrientes muy pequeñas) con una entrada conectada al primer
elemento conductor para recibir una señal de entrada (Ve) en dicha
entrada, estando dicha señal indicativa del valor (tensión o
potencial) (con respecto a tierra, si la otra entrada del
amplificador está conectado a tierra) del campo electroestático al
que está sometido el primer elemento conductor (se mide la tensión
de campo, concretamente los voltios por metro), estando el
amplificador configurado como amplificador de carga (también
conocido como amplificador integrador; de esta forma, se consigue
una gran ganancia y, a la vez, corrientes de fuga casi nulas, si
comparamos con una configuración diferencial del amplificador) (lo
que caracteriza a un amplificador de carga es el hecho de que la
red de realimentación del operacional esta constituida por un
condensador y no por una resistencia; el condensador presenta una
impedancia casi infinita, del orden de tera-ohmios,
para tensiones y/o intensidades continuas) de manera que produce, en
una salida del amplificador, una señal de salida (Vs) con un valor
que corresponde al valor de la señal de entrada (Ve) integrado
sobre el tiempo;
un dispositivo electrónico de control (por
ejemplo, un microcontrolador) que tiene una entrada conectable (o
conectada) a la salida del amplificador, para recibir dicha señal
de salida (Vs) (o una señal digitalizada correspondiente a la
misma).
Ahora bien, el amplificador en configuración de
carga representa un problema. En un amplificador en configuración
diferencial (véase la figura 1B), con una resistencia R_{1}
conectado entre la entrada negativa y una señal (tensión) de
entrada Ve, y con una resistencia R_{2} conectada entre la salida
y la entrada, se tiene que la señal a la salida Vs está relacionada
con la señal a la entrada por la fórmula
Vs = - Ve \ x
\
(R_{1}/R_{2}),
es decir, la señal de salida Vs es
proporcional a la señal de entrada Ve y si Ve no varía en el
tiempo, tampoco varía Vs. Ahora bien, para la detección de
tormentas y similares aplicaciones, la detección del campo
electroestático con un amplificador en configuración diferencial no
sería práctico, ya que se producen fugas por las resistencias
utilizadas; dado que las cargas a detectar suelen ser muy pequeñas,
estas fugas imposibilitarían cualquier detección (ya que las fugas
pueden ser mayores que la intensidad generada por el campo
electroestático).
Por ello, se ha optado por la configuración de
carga o integrador, representada en la figura 1A, donde la
relación entre la señal de salida Vs y la señal de entrada,
utilizando un condensador C, queda definida por la fórmula
Vs = - 1/C \ x
\ \int \ Ve \
dt
es decir, la señal de salida
correspondería a la señal de entrada integrada sobre el tiempo.
Esto significa que ante una entrada constante, la salida tiende al
infinito, es decir, va subiendo o bajando gradualmente, haciendo
imposible cualquier
medida.
Por ello, de acuerdo con la invención, se ha
previsto un segundo elemento conductor situado próximo al primer
elemento conductor, y teniendo el dispositivo electrónico de
control una salida conectable (o conectada) a dicho segundo
elemento conductor para aplicar una tensión de compensación (Vc) a
dicho segundo elemento conductor, para establecer un campo
electroestático de compensación que afecte al primer elemento
conductor.
De acuerdo con la invención, el dispositivo
electrónico de control comprende además:
medios para detectar la señal de salida (Vs) del
amplificador;
medios para medir periódicamente una variación en
el tiempo de dicha señal de salida (Vs);
medios para generar y aplicar periódicamente a la
salida del dispositivo electrónico de control, la señal o tensión
de compensación (Vc) con un valor equivalente y con polaridad
opuesta a la variación en el tiempo detectada de la señal de salida
(Vs) del amplificador, con la condición de que si dicha variación
en el tiempo es superior a un valor máximo (Vcmax), la valor de la
tensión de compensación será igual a dicho valor máximo
(Vcmax).
De esta manera, lo que se consigue es generar, a
través del segundo elemento conductor (próximo al primer elemento
conductor), una componente adicional del campo electroestático que
afecta al primer elemento conductor, y que "compensa" o reduce
la señal de entrada Ve en función de la variación detectada en la
señal de salida, evitando así el efecto de la integración o
"deriva" en la señal de salida, sin afectar a las intensidades
o corrientes de fuga del propio amplificador (ya que el primer
elemento conductor y el segundo elemento conductor están próximos
el uno al otro, pero sin estar en contacto).
Lógicamente, los niveles máximos de la señal de
compensación Vc, así como la frecuencia con la que se aplica, se
eligen de forma adecuada para que la señal de compensación pueda
"compensar" la deriva que se produce en el amplificador por
los motivos comentados, pero sin que pueda llegar a ocultar
variaciones en la señal de salida que se deban a cambios
sustanciales en el campo electroestático externo que se desea
medir. Esto es posible debido a que, en las aplicaciones prácticas,
las variaciones en el campo externo son mucho mayores o
"abruptos" que las que representa la deriva en el
amplificador.
El dispositivo electrónico de control puede, por
lo tanto, estar configurado de manera que la periodicidad de la
generación de la señal de compensación y el valor máximo de la
señal de compensación (Vc) están limitados de manera que la señal
de compensación pueda compensar una deriva en la señal de salida
(Vs) debido a la integración de la señal de entrada (Ve) en el
amplificador, pero no cambios en la señal de salida que se deban a
variaciones (sustanciales) en el campo electroestático externo a
medir.
Por ejemplo, el dispositivo electrónico de
control puede estar configurado de manera que la señal de
compensación (Vc) se genera una vez cada S segundos, 0,1s \leq S
\leq 1s, por ejemplo, 0,2s \leq S \leq 0,6, por ejemplo, S =
500 ms, y el valor máximo de la tensión o señal de compensación
(Vc) puede estar limitado de manera que la señal de compensación
aplicada al segundo elemento conductor (4) no puede superar los 200
mV.
El dispositivo puede incluir un primer
convertidor analógico-digital para convertir la
señal de salida (Vs) del amplificador en una señal digital para ser
procesado por el dispositivo electrónico de control, y/o un
convertidor digital-analógico para convertir la
señal de compensación digital del dispositivo electrónico de
control, en una tensión analógica que se aplica al segundo elemento
conductor.
Otro aspecto de la invención se refiere a un
sistema de medición de un campo electrostático externo por
medición diferencial, y que comprende dos dispositivos de acuerdo
con lo que se ha descrito más arriba, así como medios para detectar
la diferencia entre la señal de salida (Vs) de uno de dichos
dispositivos y la señal de salida (Vs) de otro de dichos
dispositivos. De esta manera, los primeros elementos conductores de
ambos dispositivos pueden colocarse uno próximo al otro pero
distanciados en una dirección, por ejemplo, en la dirección
vertical, de manera que uno de los elementos conductores quede a
una distancia determinada (por ejemplo, un centímetro) por encima
del otro. De esta forma, la diferencia entre las señales de salida
(Vs) de ambos dispositivos representa una medición directa de la
tensión de campo medio (en el caso de una distancia de separación
de un centímetro, la tensión de campo medio por centímetro). De
esta manera, se obtiene una medida diferencial entre dos puntos
separados con una distancia fija, con lo que la medida ya no está
referenciada al suelo (tierra). De esta manera, no influye en las
mediciones la distancia del suele (la altura) de los dispositivos
(de los primeros elementos conductores), por lo que se evita la
necesidad de incorporar complicados sistemas de calibración, los
cuales tendrían que ajustarse en función de la altura de la
instalación. En el sistema, un mismo módulo electrónico (por
ejemplo, un microcontrolador) puede hacer la función de dispositivo
electrónico de control de ambos dispositivos de medición que
integran el sistema, y además realizar la función de producir la
señal indicativa de la diferencia entre las dos señales de salida
de los amplificadores de los dispositivos de medición.
El sistema de la invención puede comprender un
equipo informático configurado para recibir una señal indicativa
de la diferencia entre las señales de salida (Vs) y para producir
una señal indicativa de un evento en el caso de que dicha
diferencia cumple uno o varios criterios predeterminados (por
ejemplo, criterios que se han considerado indicativos de una
tormenta). El propio equipo informático puede materializar los
medios para detectar o calcular la diferencia entre las señales de
salida de los dos dispositivos de medición.
El primer elemento conductor de uno de los
dispositivos puede estar situado en la proximidad del primer
elemento conductor de otro de los dispositivos, estando uno de
dichos elementos conductores situado a una altura superior a la del
otro (por ejemplo, en el orden de un centímetro por encima del
otro).
Otro aspecto de la invención se refiere a un
sistema de detección de tormentas, que comprende al menos un
dispositivo de medición de acuerdo con lo que se ha descrito más
arriba, así como medios de análisis (por ejemplo, implementados en
un equipo informático) de la señal de salida (Vs) de dicho
dispositivo o de dichos dispositivos, estando dichos medios de
análisis configurados para generar una señal indicativa de tormenta
cuando la señal de salida o las señales de salida cumplen al menos
un criterio predeterminado.
El sistema de detección de tormentas puede
comprender no sólo un dispositivo de medición sino, por ejemplo,
dos, por ejemplo, un sistema de medición de acuerdo con lo que se
ha descrito más arriba.
Otro aspecto de la invención se refiere a un
método para la detección de tormentas, que comprende los pasos
de:
monitorizar la señal de salida (Vs) de un
dispositivo de medición (o la diferencia entre las señales de
salida (Vs) de dos dispositivos de un sistema de medición) de
acuerdo con lo que se ha descrito más arriba; y
determinar la existencia de una tormenta a partir
del desarrollo de dicha señal de salida (o diferencia).
El dispositivo medidor electrónico de campo
electroestático de la invención, presenta las ventajas del método
de detección por medición de campo electroestático conocido del
FR-A-2432719, pero eliminado el
inconveniente de la utilización de partes mecánicas o móviles,
consiguiendo de esta manera una reducción muy importante de tamaño
y coste del dispositivo y utilizando, en lugar de los elementos
móviles, sensores puramente electrónicos capaces de medir
directamente el campo electroestático, sin necesidad de
transformarlo en señales alternas.
Por otro lado, al carecer de elementos que
soporten un desgaste mecánico, se aumenta la vida útil del
dispositivo/sistema y se disminuye en gran medida las posibilidades
de producirse averías y la necesidad de realizar mantenimientos
periódicos.
Otra de las ventajas de utilizar sensores
electrónicos es el hecho de que estos sensores, al contrario de los
sensores con sistemas mecánicos, no modifican el campo a su
alrededor, de manera que se pueden colocar varios sensores
separados por distancias muy cortas, tal y como se ha descrito más
arriba. Partiendo de esta posibilidad, se pueden colocar sensores a
distintas altura de manera que se pueda medir una tensión de campo
diferencial y de esta manera obtener directamente el valor de la
tensión de campo medio sin que afecte la altura a la que este
situado el dispositivo o sistema de medición.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en el
que con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1A refleja un amplificador en
configuración de carga (de acuerdo con el estado de la
técnica).
La figura 1B refleja un amplificador en
configuración diferencial (de acuerdo con el estado de la
\hbox{técnica).}
La figura 2 refleja, de forma esquemática, un
dispositivo de medición de acuerdo con una realización preferida de
la invención.
La figura 3A refleja el desarrollo temporal de
algunas de las señales relevantes en el caso de no disponer de la
señal de compensación.
La figura 3B refleja el desarrollo de estas
señales en el caso de disponer de una señal de compensación.
La figura 4 refleja un sistema de acuerdo con una
realización preferida de la invención, para la medición
diferencial del campo electroestático externo.
La figura 5 refleja, de forma esquemática, una
instalación que incluye un sistema de acuerdo con la figura 4.
La figura 2 ilustra un dispositivo de medición de
acuerdo con una realización preferida de la invención, adecuado
para la detección del campo electroestático para detectar la
presencia u formación de tormentas. Tal y como se puede observar,
el dispositivo incluye un primer elemento conductor 1 que puede
consistir en un disco metálico, por ejemplo, de cobre y con un
diámetro de aproximadamente 20 mm. Dicho disco está conectado a la
entrada negativa 2a de un amplificador operacional electrométrico
configurado como amplificador de carga, es decir, con una
configuración como la de la figura 1A. Para poder detectar las
cargas pequeñas que el campo electroestático produce en el elemento
conductor 1 (y que aumentan sustancialmente en la presencia de una
tormenta, pero sin dejar de ser "pequeñas" en comparación con
las corrientes de fuga que presenta un amplificador en
configuración diferencial), se ha optado por un amplificador
operacional electrométrico (por ejemplo, LMC6462 y LMC6446 de
NATIONAL SEMICONDUCTOR o el OPA128 de BURR-BROWN
(Texas Instruments). De esta manera, se consigue grandes ganancias
a la vez que las corrientes de fuga son pequeñas (casi nulas).
De esta manera, una tensión o señal de entrada Ve
a la entrada 2a del amplificador produce una señal de salida Vs a
la salida 2b del amplificador, señal que es convertida de formato
analógico en formato digital a través del convertidor
analógico-digital 5, para luego ser aplicada a una
entrada 3a del dispositivo electrónico de control 2, que mide esta
señal y que puede producir una señal de salida indicativa del valor
de la señal Vs.
Ahora bien, en un principio, con estos elementos
ya sería posible obtener una señal de salida relacionada con la
señal de entrada Ve. No obstante, debido al carácter integrador del
amplificador en configuración de carga, tal y como se ha descrito
más arriba, de no disponer de una señal de compensación, se
produciría una deriva en la señal de salida Vs. Concretamente, tal
y como se ilustra esquemáticamente en la figura 3A, que refleja el
desarrollo del campo electrostático externo que se desea medir Vm
(que se mide en V/m) (y que contribuye directamente a la tensión de
entrada Ve) y la señal de salida Vs en el tiempo (t), al producirse
una subida (100) en el campo electroestático externo Vm, se
produciría una subida correspondiente en la señal de salida Vs
(zona 101 en la figura 3A). Sin embargo, cuando el campo
electroestático externo se estabiliza (200) a un nivel alto, lo que
se desea es que la señal de salida Vs también se estabilice (tal y
como sugiere la porción 201 en la figura 3A). Sin embargo, debido
al carácter integrador del amplificador, la señal de salida Vs será
proporcional al valor integrado de la señal de entrada Ve (que, en
este caso, sería directamente dependiente del valor del campo
electroestático Vm), con lo cual la señal de salida seguirá
aumentando (202), hacia el infinito (o hasta el límite de la
capacidad del amplificador), por lo que se produce lo que se puede
llamar una "deriva" 300 entre el valor "real" de la señal
de salida Vs y el valor "deseable" de la señal de salida (es
decir, el valor que podría claramente tener relación con el valor
del campo electroestático que se desea medir Vm).
Para evitar (o, al menos, reducir) este problema,
el dispositivo de la figura 2 está dotado de un segundo elemento
conductor 4 que está conectado a una salida 3b del dispositivo
electrónico de control. A través de dicha salida 3b, el dispositivo
electrónico de control puede aplicar una señal o tensión de
compensación Vc (a través de un convertidor
digital-analógico que convierte la señal de
compensación Vc digital generada por el dispositivo electrónico de
control 3, en una señal o tensión de compensación Vc analógica que
se aplica al segundo elemento conductor 4).
En la figura 2 se ha ilustrado esquemáticamente
como el dispositivo electrónico de control 3 comprende:
medios 31 para detectar la señal de salida (Vs)
del amplificador 2 (a través del convertidor
analógico-digital 5);
medios 32 para medir periódicamente una variación
en el tiempo de dicha señal de salida; y
medios 33 para generar y aplicar periódicamente a
la salida (3b) del dispositivo electrónico de control (3), la
tensión de compensación (Vc) con un valor equivalente y con
polaridad opuesta a la variación en el tiempo detectada de la señal
de salida (Vs) del amplificador, con la condición de que si dicha
variación en el tiempo es superior a un valor máximo (Vcmax), el
valor de la tensión de compensación será igual a dicho valor máximo
(Vcmax).
La figura 3B refleja de forma esquemática el
desarrollo en el tiempo (t) del campo electroestático externo Vm,
de la señal de salida Vs y de la tensión o voltaje de compensación
Vc. Como se ha ilustrado esquemáticamente, como respuesta a un
cambio en el campo electroestático externo Vm, se produce un cambio
en la señal de salida Vs y, en función del cambio en la señal de
salida, un cambio con un valor correspondiente pero con signo
opuesto en la tensión de compensación Vc que se aplica al segundo
elemento conductor 4 y que, junto con el campo electroestático
externo Vm, determina el valor actual de la señal de entrada Ve. De
esta manera, una deriva hacia una dirección en la señal de salida
Vs provoca un cambio en la tensión de compensación Vc, que
modifica el campo electroestático producido por el segundo elemento
conductor 4, de manera que varía el campo electroestático total al
que está sometido el primer elemento conductor 1. La aplicación de
una tensión de compensación se repite periódicamente y siempre en
función del desarrollo de la señal de salida Vs, de manera que
dicha señal oscila ligeramente (tal y como se ve en la figura 3B)
pero sin presentar la deriva constante que se observaba en la
figura 3A.
Ahora bien, la limitación a un máximo (Vcmax) del
valor absoluto de la señal o tensión de compensación Vc, hace que
la "compensación" puede servir para compensar la deriva lenta
(y relativamente pequeña, si contemplamos un período de tiempo
breve) que se debe al carácter integrador del amplificador, pero no
para compensar cambios más grandes como los que se deben a una
variación sustancial en el campo electroestático externo, variación
que puede ser causada por la presencia de una tormenta. De esta
manera, incluso con la aplicación de la tensión de compensación Vc,
la señal de salida en la figura 3B refleja (zona 101) la subida
(zona 100) en el campo electroestático externo.
(Las figuras 3A y 3B sólo reflejan las señales de
forma esquemática y las escalas y relación entre la amplitud de
las señales en las figuras 3A y 3B no pretenden reflejar valores
reales).
El segundo elemento conductor 4 puede ser del
mismo material y de las mismas dimensiones que el primer elemento
conductor 1 y estar situado por debajo de este, a una distancia
pequeña, por ejemplo, del orden de 1 mm. La aplicación de una nueva
tensión de compensación puede producirse con bastante frecuencia,
por ejemplo, 4 veces por segundo, y el valor máximo de la tensión
de compensación Vcmax puede ser del orden de 200 mV.
De esta manera, se puede medir la tensión de
campo tanto cuando es estable como cuando varía.
La figura 4 refleja un sistema para la medición
diferencial del campo electroestático, de acuerdo con una
realización preferida de la invención. El sistema incluye,
básicamente, dos dispositivos de acuerdo con lo que se ha descrito
más arriba, cada uno con un primer elemento conductor 1, un segundo
elemento conductor 4, y un amplificador 2. Estos elementos están
dispuestos e interrelacionados de la misma forma que en el
dispositivo de medición descrito más arriba y se puede considerar
que el sistema incluye dos de estos dispositivos de medición,
aunque la función de ambos dispositivos electrónicos de control 3
está incorporada en un único equipo que, además, está dotado de
medios 34 para detectar la diferencia entre la señal de salida (Vs)
de uno de dichos dispositivos de medición y la señal de salida (Vs)
del otro de dichos dispositivos de medición, y para suministrar
información sobre dicha diferencia a una interface 10 (por ejemplo,
a través de un cable 21) para que la información pueda ser
transmitida a otros equipos que puedan formar parte de una
instalación de control de tormentas o similar.
Para obtener directamente un valor de, por
ejemplo, el campo electroestático externo en V/cm, se puede colocar
uno de los primeros elementos conductores una distancia d (por
ejemplo, un centímetro) por encima del otro, en cuyo caso la
diferencia entre las dos señales de salida (en V) representa
directamente el valor (en V/m) del campo electroestático
externo.
De esta manera, el sistema de la figura 4 se
puede instalar fácilmente, en cualquier lugar, y dará un valor
indicativo del campo electroestático externo, sin necesidad de
realizar calibraciones relacionadas con la altura de la
instalación.
En la figura 5 se ilustra como un sistema como el
de la figura 4 se ha instalado en un cabezal 20, en una pared 25
de un edificio; el cable 21 comunica el sistema con la interface 10
de usuario, a través del cual el usuario puede manipular y analizar
la señal de salida del cabezal, o conectar el sistema con su
ordenador personal 22 o con otro sistema informático, para analizar
la señal de salida del cabezal 20 (cuya señal corresponde a la
diferencia entre las dos señales de salida Vs de cada uno de los
dos dispositivos de medición que integran el sistema de medición
de la figura 4). La interface 10 o el ordenador personal 22 puede
estar dotado de un sistema que permite comparar la señal recibida
con determinados criterios y, en el caso de que la señal cumple uno
o varios de dichos criterios, generar una señal indicativa de un
evento (por ejemplo, de una tormenta). En esta versión, con el
cable 21 instalado, dicho cable puede también servir para la
alimentación eléctrica del sistema en el cabezal 20.
También es posible prescindir del cable 21, en
cuyo caso el sistema en el cabezal puede comunicar con la
interface 10 por radiofrecuencia. Para ello, el sistema en el
cabezal puede estar conectado a un modulo de comunicación por
radiofrecuencia que puede estar conectado a la red eléctrica (y,
por lo tanto, proporcionar energía eléctrica al sistema de
medición) o a una fuente de alimentación autónoma, por ejemplo, a
un panel solar y a una batería de alimentación, en cuyo caso el
módulo de comunicación por radiofrecuencia y el sistema de medición
no requieren conexión física alguna a la red eléctrica.
La interface 10 puede ser una interface
inteligente y disponer de software que permite analizar la señal
que recibe del sistema de medición. Alternativa o
complementariamente, la interface puede estar conectado a un
ordenador 22 o similar que puede realizar el análisis o parte del
análisis.
Tanto el dispositivo de medición como el sistema
descritos más arriba permiten la detección de tormentas. El método
consistiría, básicamente, en analizar la señal de salida Vs del
dispositivo (o la diferencia entre las dos señales de salida Vs de
los dispositivos que integran el sistema), comparar dichas señales
o el desarrollo de las mismas con uno o varios criterios, y, como
resultado de la comparación, determinar si se ha detectado o no una
tormenta. Utilizando un ordenador con software adecuado, se puede
someter las señales que proporciona el dispositivo o sistema a un
análisis avanzado (en cambio, los dispositivos de control
electrónicos 3 que forman parte del dispositivo o sistema de
medición, pueden ser sencillos, ya que exclusivamente tienen que
recibir y trasladar la señal de salida y calcular y general la
señal de compensación Vc).
En este texto, la palabra "comprende" y sus
variantes (como "comprendiendo", etc.) no deben interpretarse
de forma excluyente, es decir, no excluyen la posibilidad de que
lo descrito incluya otros elementos, pasos etc.
Por otra parte, la invención no está limitada a
las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca
también, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por
el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la
elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración,
etc.), dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.
Claims (12)
1. Dispositivo de medición de un campo
electroestático externo, caracterizado porque comprende:
un primer elemento conductor (1);
un amplificador (2) con una entrada (2a)
conectada al primer elemento conductor (1) para recibir una señal
de entrada (Ve) en dicha entrada (2a), estando dicha señal
indicativa de la tensión de campo de un campo electroestático al
que está expuesto el primer elemento conductor (1), estando el
amplificador (2) configurado como amplificador de carga de manera
que produce, en una salida (2b) del amplificador (2), una señal de
salida (Vs) con un valor que corresponde al valor de la señal de
entrada (Ve) integrado sobre el tiempo;
un dispositivo electrónico de control (3) que
tiene una entrada (3a) conectable a la salida (2b) del
amplificador (2), para recibir dicha señal de salida (Vs);
un segundo elemento conductor (4) situado próximo
al primer elemento conductor (1);
teniendo el dispositivo electrónico de control
una salida (3b) conectable a dicho segundo elemento conductor (4)
para aplicar una tensión de compensación (Vc) a dicho segundo
elemento conductor (4), para establecer un campo electroestático de
compensación que afecte al primer elemento conductor (1);
comprendiendo el dispositivo electrónico de
control además:
medios (31) para detectar la señal de salida (Vs)
del amplificador;
medios (32) para medir periódicamente una
variación en el tiempo de dicha señal de salida (Vs);
medios (33) para generar y aplicar periódicamente
a la salida (3b) del dispositivo electrónico de control (3), la
tensión de compensación (Vc) con un valor equivalente y con
polaridad opuesta a la variación en el tiempo detectada de la señal
de salida (Vs) del amplificador (2), con la condición de que si
dicha variación en el tiempo es superior a un valor máximo (Vcmax),
el valor de la tensión de compensación será igual a dicho valor
máximo (Vcmax).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo electrónico de control
está configurado de manera que la periodicidad de la generación de
la tensión de compensación y el valor máximo de la tensión de
compensación (Vc) están limitados de manera que la señal de
compensación pueda compensar una deriva en la señal de salida (Vs)
debido a la integración de la señal de entrada (Ve) en el
amplificador (2), pero no cambios en la señal de salida (Vs) que se
deban a variaciones sustanciales en el campo electroestático
externo a medir.
3. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo electrónico de control (3) está configurado de manera
que la tensión de compensación (Vc) se genera una vez cada S
segundos, 0,1s \leq S \leq 1s, y el valor máximo (Vcmax) de la
tensión de compensación (Vc) está limitado de manera que la tensión
de compensación aplicada al segundo elemento conductor (4) no puede
superar 200 mV.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un
primer convertidor analógico-digital (5) para
convertir la señal de salida (Vs) del amplificador (2) en una señal
digital para ser procesado por el dispositivo electrónico de
control (3).
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye un
convertidor digital-analógico (6) para convertir una
señal de compensación (Vc) digital del dispositivo electrónico de
control (3), en la tensión de compensación (Vc) analógica que se
aplica al segundo elemento conductor (4).
6. Sistema de medición de un campo electrostático
de manera diferencial, caracterizado porque comprende dos
dispositivos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-5, y medios (34) para detectar la diferencia
entre la señal de salida (Vs) de uno de dichos dispositivos y la
señal de salida (Vs) de otro de dichos dispositivos.
7. Sistema de medición según la reivindicación 6,
caracterizado porque además comprende un equipo informático
(10; 22) configurado para recibir una señal indicativa de la
diferencia entre las señales de salida (Vs) y para producir una
señal indicativa de un evento en el caso de que dicha diferencia
cumple uno o varios criterios predeterminados.
8. Sistema de medición según la reivindicación 7,
caracterizado porque el primer elemento conductor (1) de
uno de los dispositivos está situado en la proximidad del primer
elemento conductor (1) de otro de los dispositivos, estando uno de
dichos primeros elementos conductores situado a una altura superior
a la del otro.
9. Sistema de detección de tormentas,
caracterizado porque comprende al menos un dispositivo según
cualquiera de las reivindicaciones 1-5 y medios de
análisis (10, 22) de la señal de salida (Vs) de dicho dispositivo o
de dichos dispositivos, estando dichos medios de análisis
configurados para generar una señal indicativa de tormenta cuando
la señal de salida o las señales de salida cumplen al menos un
criterio predeterminado.
10. Sistema de detección de tormentas según la
reivindicación 9, caracterizado porque comprende un sistema
de medición según cualquiera de las reivindicaciones
6-8.
11. Método de detección de tormentas,
caracterizado porque comprende los pasos de:
monitorizar la señal de salida (Vs) de un
dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones
1-5; y determinar la existencia de una tormenta a
partir del desarrollo de dicha señal de salida.
12. Método de detección de tormentas,
caracterizado porque comprende los pasos de:
monitorizar la diferencia entre las señales de
salida (Vs) de dos dispositivos de un sistema de medición según
cualquiera de las reivindicaciones 6-8; y determinar
la existencia de una tormenta a partir del desarrollo de dicha
diferencia.
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