ES2580302B1 - DEVICE FOR REMOTE DETECTION OF ELEMENTS ON A SURFACE - Google Patents

Abstract

Dispositivo para detectar la presencia de elementos sobre una superficie cualquiera. Comprende un sensor (1) de medida de radiación infrarroja, conectado a un registrador de datos (12) vía cable o mediante un sistema inalámbrico. El sensor está compuesto por una termopila junto con una lente de germanio que capta la radiación infrarroja en un intervalo de longitudes de onda, y por un termistor que mide la temperatura a la que se encuentra el dispositivo. La radiación emitida por un cuerpo, dentro del intervalo de trabajo del sensor (1), proviene de los primeros micrómetros de la superficie del mismo (14). Si hay un elemento sobre una superficie, la emisión cambia y se registra una diferencia en los extremos de la termopila. Además, es posible saber la temperatura de la superficie en tiempo real a partir de los datos obtenidos de la termopila, el termistor y la emisividad.Device to detect the presence of elements on any surface. It comprises an infrared radiation measurement sensor (1), connected to a data logger (12) via cable or through a wireless system. The sensor is composed of a thermopile together with a germanium lens that captures infrared radiation over a range of wavelengths, and a thermistor that measures the temperature at which the device is. The radiation emitted by a body, within the working range of the sensor (1), comes from the first micrometers of its surface (14). If there is an element on a surface, the emission changes and a difference is recorded at the ends of the thermopile. In addition, it is possible to know the surface temperature in real time from the data obtained from the thermopile, the thermistor and the emissivity.

Description

Campo técnico de la invención Technical Field of the Invention

La invención pertenece al campo de los detectores, más concretamente se refiere a un dispositivo para la detección a distancia de elementos sobre cualquier superficie mediante radiación infrarroja. The invention belongs to the field of detectors, more specifically it relates to a device for the remote detection of elements on any surface by infrared radiation.

Antecedentes de la invención Background of the invention

En multitud de situaciones es necesario detectar la presencia de elementos perturbadores sobre una superficie cualquiera, como es el caso de hielo o suciedad, ya pueda ser por el peligro que suponen en ámbitos como el de la aeronáutica, o por ejemplo el desprendimienlo de hielo desde las palas de un aeregenerador, o por su efecto directamente sobre el rendimiento, como es en el caso de placas fotovoltaicas, concentradores solares o eficiencia de los aerogeneradores. En el caso de los aviones, la acumulación de una capa de hielo sobre la superficie del avión bajo ciertas condiciones climáticas, conocido como hielo estructural, altera el flujo del aire en esas zonas afectando a la aerodinámica. En el caso de los aerogeneradores, el hielo genera dos problemas, uno de seguridad asociado al hecho de que el hielo acumulado en las palas puede salir despedido cientos de metros, y otro problema es de eficiencia, pues altera la aerodinámica de la pala y en muchos casos obliga a la parada del aerogenerador. In many situations it is necessary to detect the presence of disturbing elements on any surface, such as ice or dirt, whether due to the danger they pose in areas such as aeronautics, or for example the release of ice from the blades of an air generator, or by its effect directly on performance, as is the case with photovoltaic panels, solar concentrators or wind turbine efficiency. In the case of airplanes, the accumulation of an ice sheet on the surface of the airplane under certain climatic conditions, known as structural ice, alters the air flow in those areas affecting aerodynamics. In the case of wind turbines, ice generates two problems, one of security associated with the fact that the ice accumulated in the blades can be fired hundreds of meters, and another problem is efficiency, because it alters the aerodynamics of the blade and in Many cases force the wind turbine to stop.

La acumulación de suciedad también reduce el rendimiento en aplicaciones como la energía fotovoltaica y en la producción de energía mediante concentradores solares. En ambos casos el rendimiento energético está directamente relacionado con la limpieza de la superficie de dichas superficies. Esta suciedad debida a lluvias de barro, contaminación ambiental, etc., reduce la producción de energía entre un 6 y un 8%. Actualmente se conocen algunos dispositivos que detectan hielo mediante videocámaras, sensores de radiación o mediante ultrasonidos. Algunos de estos The accumulation of dirt also reduces performance in applications such as photovoltaic energy and energy production through solar concentrators. In both cases the energy efficiency is directly related to the cleaning of the surface of said surfaces. This dirt due to mud rains, environmental pollution, etc., reduces energy production by 6 to 8%. Some devices that detect ice by video cameras, radiation sensors or by ultrasound are currently known. Some of these

dispositivos se describen en los documentos ES2367735, W02008079931 , W09421503. US2816233A. US2237193. US2480846. US2423885. US3031576A. US2794926. US2824235 A y GB2268913. Devices are described in documents ES2367735, W02008079931, W09421503. US2816233A. US2237193. US2480846. US2423885. US3031576A. US2794926. US2824235 A and GB2268913.

Los inconvenientes principales de los dispositivos anteriores son: su elevado coste tanto en dispositivos ultrasónicos como en la instalación de videocámaras, la necesidad de analizar las imágenes captadas por dichas cámaras y la baja eficiencia de los métodos ultrasónicos, debido a la fuerte atenuación de éstas ondas en la mayoría de los materiales. La mayorí a no están preparados para trabajar bajo condiciones climáticas severas, como hielo, calor, nieve, lluvia, etc. Por lo tanto, sería deseable disponer de un dispositivo para la detección de elementos en superficie, como hielo o suciedad, de manera eficaz, rápida y con un coste y peso reducido, y que además sea resistente a las condiciones ambientales. The main drawbacks of the previous devices are: their high cost both in ultrasonic devices and in the installation of camcorders, the need to analyze the images captured by said cameras and the low efficiency of the ultrasonic methods, due to the strong attenuation of these waves in most materials. Most are not prepared to work under severe weather conditions, such as ice, heat, snow, rain, etc. Therefore, it would be desirable to have a device for the detection of surface elements, such as ice or dirt, efficiently, quickly and with a reduced cost and weight, and which is also resistant to environmental conditions.

Breve descripción de la invención Brief Description of the Invention

La presente invención se refiere a un dispositivo capaz de detectar agentes perturbadores, como hielo, suciedad y elementos similares sobre superficies, como por ejemplo las palas de aerogenerador. Con la presente propuesta se resuelven los inconvenientes del estado de la técnica y se consiguen otras ventajas que se describirán a continuación . The present invention relates to a device capable of detecting disturbing agents, such as ice, dirt and similar elements on surfaces, such as wind turbine blades. With the present proposal the inconveniences of the state of the art are solved and other advantages that will be described below are achieved.

El dispositivo para la detección a distancia de elementos sobre una superficie incluye un sensor para medir la radiación infrarroja, un marcador láser para proyectar el área de medición del sensor, un soporte para sujetar y mover el sensor junto con el marcador láser y además un registrador de datos. The device for the remote detection of elements on a surface includes a sensor to measure infrared radiation, a laser marker to project the measurement area of the sensor, a support to hold and move the sensor along with the laser marker and also a recorder of data.

Opcionalmente, el registrador de datos está conectado con el sensor vía cable. Optionally, the data logger is connected to the sensor via cable.

Opcionalmente, el registrador de datos está conectado con el sensor mediante un sistema inalámbrico. Optionally, the data logger is connected to the sensor through a wireless system.

Opcionalmente, el sensor comprende una termopila, una lente de germanio configurada para captar la radiación infrarroja en un intervalo de longitudes de onda, Opcionalmente, el soporte puede mover el sensor con cuatro grados de libertad. Optionally, the sensor comprises a thermopile, a germanium lens configured to capture infrared radiation over a range of wavelengths. Optionally, the support can move the sensor with four degrees of freedom.

Opcionalmente, el soporte comprende una barra transversal que conecta de forma móvil a dos barras verticales. Optionally, the support comprises a crossbar that movably connects to two vertical bars.

Opcionalmente, cada barra vertical está acoplada en su extremo inferior a un carril o barra longitudinal a la superficie. Optionally, each vertical bar is coupled at its lower end to a rail or longitudinal bar to the surface.

Breve descripción de las figuras Brief description of the figures

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unas figuras en las que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representan casos prácticos de realización. La FIG. 1 es una vista esquemática en perspectiva tridimensional de una realización For a better understanding of how much has been exposed, some figures are attached in which, schematically and only by way of non-limiting example, practical cases of realization are represented. FIG. 1 is a schematic three-dimensional perspective view of an embodiment

delsensor. sensor.

La FIG. 2 es una vista esquemática en perspectiva tridimensional del sensor sobre el montaje con 4 grados de movilidad. La FIG. 3 es la vista esquemática en perspectiva tridimensional del mecanismo de giro del dispositivo. La FIG. 4 es una vista esquemática en perspectiva tridimensional del sensor instalado sobre otro montaje. FIG. 2 is a schematic three-dimensional perspective view of the sensor on the assembly with 4 degrees of mobility. FIG. 3 is the schematic three-dimensional perspective view of the turning mechanism Of the device. FIG. 4 is a schematic three-dimensional perspective view of the installed sensor on another assembly.

Descripción de una realización preferida Description of a preferred embodiment

En la FIG. 1 se muestra el sensor 1 y el marcador láser 7. El sensor mide la radiancia en el infrarrojo térmico y está conectado a un registrador de datos 12 via cable o mediante un sistema inalámbrico. Además el sensor 1 está compuesto por una termopila junto con una lente de germanio que capta la radiación infrarroja dentro de un cierto intervalo de longitudes de onda y por un termistor que mide la temperatura a la que se encuentra el dispositivo. Una carcasa 8 protege los componentes para trabajar en condiciones climáticas severas, como es en altas y bajas temperaturas, lluvia, nieve, etc. además de actuar como escudo de protección de radiación. In FIG. 1 sensor 1 and laser marker 7 are shown. The sensor measures the radiance in the thermal infrared and is connected to a data logger 12 via cable or Through a wireless system. In addition the sensor 1 is composed of a thermopile together with a germanium lens that captures infrared radiation within a certain range of wavelengths and by a thermistor that measures the temperature at which is the device. A housing 8 protects the components for work in severe weather conditions, such as in high and low temperatures, rain, snow, etc. In addition to acting as a radiation protection shield.

El funcionamiento es como sigue. La radiación emitida por un cuerpo, dentro del intervalo de trabajo del sensor 1, proviene de los primero micrómetros de la superficie del mismo. Si sobre éste aparece una capa de hielo o suciedad dicha emisión se verá afectada y se registrará una diferencia en los extremos de la termapila. Además, es posible saber la temperatura a la que se encuentra la superficie del cuerpo en todo momento mediante la relación de los datos obtenidos de la termopila, el termistor y la emisividad de la superficie. The operation is as follows. The radiation emitted by a body, within the working range of sensor 1, comes from the first micrometers of its surface. If a layer of ice or dirt appears on it, this emission will be affected and a difference will be recorded at the ends of the termapila. In addition, it is possible to know the temperature at which the surface of the body is at all times by relating the data obtained from the thermopile, the thermistor and the emissivity of the surface.

El campo de visión del sensor 1 varía con su distancia al objeto, lo que permite adaptar el montaje a las necesidades de la aplicación requerida según el caso. Para determinar y mostrar el campo de visión sobre la superficie a examinar, el dispositivo comprende un marcador circular láser 7 que proyecta el área de medición 14 del sensor 1. Esto permite que se pueda procesar la información en tiempo real, asi como registrar dicha información para un posterior análisis. The field of view of the sensor 1 varies with its distance from the object, which allows the assembly to be adapted to the needs of the required application as appropriate. To determine and display the field of vision on the surface to be examined, the device comprises a circular laser marker 7 that projects the measuring area 14 of the sensor 1. This allows the information to be processed in real time, as well as to record said information. For further analysis.

La FIG. 2 muestra un ejemplo de montaje con cuatro grados de libertad para instalar y mover el sensor 1. El sensor 1 está fijado en un soporte que hace de guía sobre la superficie de estudio, y que se compone de una barra transversal 5 y que une dos barras verticales 3, cada una unida a una barra longitudinal 4 a la superficie a modo de carril. Se prevé un mecanismo de giro 6 como el que aparece en la FIG. 3 que permite girar el sensor 1 sobre él y un marcador láser 7 que permite mostrar y delimitar el área de medición 14. FIG. 2 shows an example of mounting with four degrees of freedom to install and move the sensor 1. The sensor 1 is fixed on a support that acts as a guide on the study surface, and that is composed of a crossbar 5 and that joins two vertical bars 3, each attached to a longitudinal bar 4 to the surface as a rail. A turning mechanism 6 is provided as shown in FIG. 3 which allows to rotate the sensor 1 on it and a laser marker 7 which allows to show and delimit the measurement area 14.

Como es evidente, en este documento se muestra varios ejemplos de montaje sin carácter limitativo. El dispositivo se puede adaptar a otro tipo de soportes, como un trípode o una simple barra vertical como la que aparece en la FIG. 4. En este ejemplo de realización de la FIG. 4, se puede ver adicionalmente que el registrador de datos 12 está separado del sensor 1 (indicado con línea discontinua). No obstante, el sensor 1 puede conectarse también de mediante un cable al registrador de datos 12. As is evident, this document shows several examples of assembly without limitation. The device can be adapted to other types of supports, such as a tripod or a simple vertical bar like the one shown in FIG. 4. In this exemplary embodiment of FIG. 4, it can be further seen that the data logger 12 is separated from the sensor 1 (indicated by dashed line). However, the sensor 1 can also be connected via a cable to the data logger 12.

Por otra parte, varios dispositivos pueden conectarse entre si mediante una red inalámbrica, permitiendo conectar un sensor 1 lejano, sin cobertura al registrador de On the other hand, several devices can be connected to each other via a wireless network, allowing a remote sensor 1 to be connected, without coverage to the data logger.

El número de sensores 1 a emplear puede variar en función del área 14 que se quiera analizar. The number of sensors 1 to be used may vary depending on the area 14 to be analyzed.

Las principales ventajas del dispositivo para la detección de elementos sobre superficies mediante radiación infrarroja son: -permite detectar si hay elementos en superficie de forma sencilla, empleando una comunicación inalámbrica y con un bajo coste; -permite obtener los datos en tiempo real o registrarlos para un posterior análisis; -permite conocer la temperatura de la superficie a cierta distancia y con gran precisión; -permite obtener un promedio espacial de la temperatura de una zona amplia y evita influir en su propio valor, como sucede con los sensores de contacto; -gracias a su objetivo circular o eliptico permite, dependiendo de la inclinación del sensor respecto de la superficie, variar las dimensiones de la zona de la superficie sobre la que se muestra interés; -permite conocer el área de medición de radiancia infrarroja mediante un dispositivo de marcación láser, eliminando la posibilidad de incluir en la medición la radiancia de superficies no deseadas que puedan interferir en el resultado; -el ángulo de marcación láser es variable con el fin de poder adaptarse a los diferentes ángulos de campo de visión del sensor; -permite ahorrar en costes por desperfectos y disminuye el riesgo de accidentes por caída de objetos depositados en superficies; -el peso del sensor es inferior a otros dispositivos convencionales del estado de la técnica, o los mencionados en las patentes de referencia; -está preparado para soportar las condiciones ambientales debido a la carcasa que lo protege; -se puede utilizar con gran facilidad ; -muy bajo consumo, solo necesita 2.5 Voltios para alimentar el termistor; -la fiabilidad de los elementos que componen este dispositivo es muy elevada; -el coste de mantenimiento de los mismos es prácticamente nulo; The main advantages of the device for the detection of elements on Infrared radiation surfaces are: - allows to detect if there are elements on the surface in a simple way, using a wireless and low cost communication; - allows to obtain the data in real time or register them for a later analysis; - allows to know the surface temperature at a certain distance and with great precision; - allows to obtain a spatial average of the temperature of a wide area and avoids influence their own value, as with contact sensors; -Thanks to its circular or elliptic objective allows, depending on the inclination of the sensor with respect to the surface, vary the dimensions of the surface area over which interest is shown; - allows to know the infrared radiance measurement area by means of a device laser marking, eliminating the possibility of including in the measurement the radiance of unwanted surfaces that may interfere with the result; -The angle of laser marking is variable in order to adapt to different angles of field of view of the sensor; - It allows to save on costs due to damages and reduces the risk of accidents due to falling objects deposited on surfaces; -the sensor weight is lower than other conventional devices of the state of the technique, or those mentioned in the reference patents; -It is prepared to withstand environmental conditions due to the housing that protects it; -It can be used with great ease; -Very low power, you only need 2.5 Volts to power the thermistor; -the reliability of the elements that make up this device is very high; -the maintenance cost of them is practically nil;

-el sensor está preparado para operar en condiciones climática severas, como es trabajar a muy bajas y altas temperaturas, nieve, lluvia, etc. -dispone de un escudo de protección de radiación. -the sensor is prepared to operate in severe weather conditions, as is work at very low and high temperatures, snow, rain, etc. -Has a radiation protection shield.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. one.

Dispositivo para la detección a distancia de elementos sobre una superficie caracterizado por que comprende: -un sensor (1) configurado para medir la radiación infrarroja; -un marcador láser (7) configurado para proyectar el área de medición del sensor (1); -un soporte configurado para sujetar y mover el sensor (1) junto con el marcador láser (7); y -un registrador de datos (12). Device for the remote detection of elements on a surface characterized in that it comprises: -a sensor (1) configured to measure infrared radiation; -a laser marker (7) configured to project the sensor measurement area (1); -a support configured to hold and move the sensor (1) together with the marker laser (7); Y -a data logger (12).

2. 2.

El dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el registrador de datos está conectado con el sensor (1) vía cable. The device according to claim 1, characterized in that the data logger is connected to the sensor (1) via cable.

3. 3.

El dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el registrador de datos está conectado con el sensor (1) mediante un sistema inalámbrico. The device according to claim 1, characterized in that the data logger is connected to the sensor (1) by a wireless system.

4. Four.

El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sensor (1) comprende una termopila, una lente de germanio configurada para captar la radiación infrarroja en un intervalo de longitudes de onda, y un termistor configurado para medir la temperatura. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor (1) comprises a thermopile, a germanium lens configured to capture infrared radiation in a range of wavelengths, and a thermistor configured to measure the temperature.

5. 5.

El dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el soporte está configurado para mover el sensor (1 ) con cuatros grados de libertad. The device according to any one of the preceding claims, characterized in that the support is configured to move the sensor (1) with four degrees of freedom.

6. 6.

El dispositivo según reivindicación 5, caracterizado por que el soporte comprende una barra transversal (5) que conecta de forma móvil a dos barras verticales (3). The device according to claim 5, characterized in that the support comprises a crossbar (5) that movably connects to two vertical bars (3).

7. 7.

El dispositivo según reivindicación 6, caracterizado por que cada barra vertical (3) está acoplada en su extremo inferior a un carril o barra longitudinal (4). The device according to claim 6, characterized in that each vertical bar (3) is coupled at its lower end to a rail or longitudinal bar (4).