Sodar
 
Een sodar (Sonic Detection And Ranging) is een meteorologisch teledetectieapparaat dat geluidsgolven gebruikt om de snelheid en richting van de wind omhoog te meten, evenals de thermodynamische structuur en turbulentie in de lagere lagen van de aardatmosfeer, een soort windprofiler. Het is dus een apparaat voor de detectie en akoestische telemetrie van de atmosfeer of Acdar (akoestische detectie en bereik. Sodar wordt ook wel eens een echolocatie-echolood of akoestische radar genoemd.
 
Portable SODAR voor in situ experimenten  
 
AQ500 SoDAR gebruikt bij de ontwikkeling van windenergie en bewaking van de windconditie.
 
Second Wind draagbare Sodar TRITON  
 
Beschrijving 
 
Het apparaat bestaat uit een antenne die geluid uitzendt en een ontvanger die echo's oppikt. U kunt dezelfde antenne gebruiken voor ontvangst, het is dan een monostatisch systeem,
of een andere antenne in het geval van een bistatisch systeem. In het eerste geval kan het apparaat het rendement oppikken dat afkomstig is van de verspreiding van geluidsgolven door de temperatuurverandering met de hoogte. In het tweede geval kan het apparaat ook de turbulentie opvangen.

Monostatische systemen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: systemen met meerdere antennes en systemen met een enkele phased array-antenne.
Meerdere antennesystemen hebben één antenne die verticaal is gericht en twee andere die onder een kleine hoek ten opzichte van de verticaal in orthogonale richtingen zijn gericht.
Deze antennes kunnen parabolen zijn, en in dit geval vindt de transmissie-ontvangst plaats in het brandpunt, of een set luidsprekers die in fase uitzenden om een ​​gefocusseerde golf te genereren. Array-antennes gebruiken een enkele serie luidsprekers waarvan de emissiefase wordt gevarieerd zodat de uitgezonden golf verticaal of in beide orthogonale richtingen wordt gefocusseerd.  
 
Geschiedenis 
 
De voortplanting van geluid in de atmosfeer wordt al lang bestudeerd, maar pas sinds de Tweede Wereldoorlog is er meer onderzoek gedaan om praktische toepassingen te ontwikkelen.
De onderzoekers van het Amerikaanse leger gebruikten het geluid dus om de inversies van temperaturen te identificeren die de verspreiding van communicatie door microgolven beïnvloedden.
In de jaren vijftig toonden de Sovjets en Australiërs aan dat het mogelijk was om tot honderden meters boven de grond terugverstrooiingsecho's te verkrijgen. In de jaren zeventig bouwden onderzoekers van de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) de eerste apparaten om windsnelheid en -richting te meten met behulp van het Doppler-Fizeau-effect van akoestische golven.

Vanaf dat moment brachten verschillende organisaties en bedrijven steeds geavanceerder sodars op de markt. In 1975 waren onderzoekers van de Universiteit van Nevada in Reno de eersten
die digitale gegevensverwerking gebruikten met behulp van een microcomputer. In de jaren tachtig was het Franse Remtech de eerste die een phased array-antenne gebruikte in plaats van een parabolische antenne, en een van de eersten die gebruik maakte van meerdere pulsherhalingsfrequenties.De meest recente sodars bevatten de nieuwste technologieën om zoveel mogelijk omgevingsgeluid te elimineren, beter te focussen en het bruikbare bereik te vergroten. .  
 
Doppler Sodar 
 
Commerciële sodars die worden gebruikt om windmetingen in de bovenlucht te verzamelen, bestaan ​​uit antennes die akoestische signalen verzenden en ontvangen. Een monostatisch systeem gebruikt dezelfde antenne voor zenden en ontvangen, terwijl een bi-statisch systeem afzonderlijke antennes gebruikt. Het verschil tussen de twee antennesystemen bepaalt of atmosferische verstrooiing wordt veroorzaakt door temperatuurschommelingen (in monostatische systemen), of door zowel temperatuur- als windsnelheidsschommelingen (in bi-statische systemen).

Mono-statische antennesystemen kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën: systemen met individuele antennes met meerdere assen en systemen met een enkele phased array-antenne. De meerassige systemen gebruiken over het algemeen drie afzonderlijke antennes die in specifieke richtingen zijn gericht om de akoestische straal te sturen. Het gebruik van drie onafhankelijke (d.w.z. niet-collineaire) assen is voldoende om de drie componenten van de windsnelheid te achterhalen, hoewel het gebruik van meer assen redundantie zou toevoegen en de robuustheid van ruis zou vergroten bij het schatten van de windsnelheid, met behulp van een kleinste-kwadratenbenadering. Een antenne is over het algemeen verticaal gericht en de andere
twee zijn lichtjes gekanteld ten opzichte van de verticaal in een orthogonale hoek. Elk van de individuele antennes kan een enkele transducer gebruiken die is gefocusseerd in een parabolische reflector om een ​​parabolische luidspreker te vormen, of een reeks luidsprekerdrivers en hoorns (transducers) die allemaal in fase zenden om een ​​enkele straal te vormen. Zowel de kantelhoek
ten opzichte van de verticaal als de azimuthoek van elke antenne staan ​​vast wanneer het systeem wordt geïnstalleerd.

Phased array antennesystemen gebruiken een enkele array van luidsprekerdrivers en hoorns (transducers), en de bundels worden elektronisch gestuurd door de transducers op de juiste
manier te faseren. Om een ​​phased array-antenne op te zetten, is de richting van de array waterpas of georiënteerd zoals gespecificeerd door de fabrikant.

De horizontale componenten van de windsnelheid worden berekend uit de radiaal gemeten Dopplerverschuivingen en de gespecificeerde hellingshoek ten opzichte van de verticaal.
De kantelhoek of zenithoek is over het algemeen 15 tot 30 graden, en de horizontale stralen zijn typisch loodrecht op elkaar gericht. Aangezien de Dopplerverschuiving van de radiale componenten langs de gekantelde bundels de invloed van zowel de horizontale als de verticale componenten van de wind omvat, is een correctie voor de verticale snelheid nodig in systemen
met zenithoeken van minder dan 20 graden. Als het systeem zich bevindt in een gebied waar verticale snelheden groter kunnen zijn dan ongeveer 0,2 m / s, zijn correcties voor de verticale snelheid nodig, ongeacht de zenithoek van de bundel.

Het verticale bereik van sodars is ongeveer 0,2 tot 2 kilometer (km) en is een functie van frequentie, vermogen, atmosferische stabiliteit, turbulentie en, belangrijker nog, de geluidsomgeving waarin een sodar wordt gebruikt. Bedrijfsfrequenties variëren van minder dan 1000 Hz tot meer dan 4000 Hz, met vermogensniveaus tot enkele honderden watt. Vanwege de verzwakkingseigenschappen van de atmosfeer zullen sodars met een hoog vermogen en een lagere frequentie over het algemeen een grotere hoogtedekking produceren. Sommige sodars kunnen in verschillende modi worden gebruikt om de verticale resolutie en het bereik beter af te stemmen op de toepassing. Dit wordt bereikt door een relaxatie tussen pulslengte en maximale hoogte.
 
Sodar-toepassingen 
 
Traditioneel gebruikt in atmosferisch onderzoek, worden sodars nu toegepast als alternatief voor traditionele windmonitoring voor de ontwikkeling van windenergieprojecten. Sodars die worden gebruikt voor windenergietoepassingen zijn meestal gericht op een meetbereik van 50 m tot 200 m boven het maaiveld, wat overeenkomt met de grootte van moderne windturbines. Sommige sodar-producten, zoals de REMTECH PA-XS Sodar en de AQ510 Sodar, zijn speciaal voor deze markt ontwikkeld.

Compact-beam sodars zijn nauwkeuriger in complex terrein waar de windvector kan veranderen over het meetgebied van de sodar. Door een compactere stralingshoek te bieden, verminderen deze sodars het effect van elke verandering in de windvector. Dit geeft een nauwkeuriger schatting van de windstroom en daarmee de energieproductie van een windturbine. Compacte beam sodars verminderen ook het effect van vaste echo's en maken een compacter ontwerp van de unit mogelijk.

Meerassige sodars bieden de mogelijkheid voor het gelijktijdig afvuren van alle drie de geluidsbundels, in tegenstelling tot eenassige sodars die elke geluidsbundel opeenvolgend moeten afvuren. Gelijktijdig afvuren kan in een bepaalde periode drie keer zoveel samplepunten opleveren, wat resulteert in een hogere signaal-ruisverhouding (SNR), hogere gegevensbeschikbaarheid en grotere nauwkeurigheid.

Sodars die zijn ontworpen voor de windenergie-industrie verschillen ook in belangrijke aspecten, zoals de traceerbaarheid van gegevens, aangezien sommige fabrikanten geen volledige signaal- en ruisspectrumgegevens van de sodar-eenheid retourneren, maar alleen verwerkte windsnelheidsgegevens retourneren. Dit betekent dat de onbewerkte gegevens niet opnieuw kunnen worden geanalyseerd of opnieuw kunnen worden verwerkt.  
 
Analogie en verschillen tussen sodar en ADCP 
 
De onderliggende fysieke principes achter de twee apparaten zijn precies hetzelfde. Beide apparaten gebruiken geluidsgolven om op afstand eigenschappen van de omgeving te bepalen.
Beide apparaten gebruiken het Doppler-effect om radiale snelheden te meten op ten minste drie niet-colineaire bundels, die na eenvoudige berekeningen de drie vectorcomponenten van de snelheid van het zendmedium (lucht of water) op verschillende hoogtes opleveren. Zowel sodars als ADCP's kunnen afzonderlijke transducers voor elke straal gebruiken of gefaseerde arrays gebruiken. Ten slotte kunnen beide apparaten piëzo-elektrische transducers gebruiken om het geluid te produceren en te ontvangen.

De werkfrequenties tussen sodars en ADCP's zijn echter meestal verschillend. Commerciële ADCP's zoals vervaardigd, b.v. door Teledyne RDI (de feitelijke leider van deze markt) gebruiken doorgaans draaggolffrequenties die in het bereik van honderden kilohertz liggen (300 kHz, 600 kHz, 1200 kHz), terwijl sodars alleen uitzenden in het lage kilohertz-bereik. Zenden met een
hogere frequentie is mogelijk voor ADCP's vanwege de betere geluidoverdrachtseigenschappen van water, en dit komt ook ten goede aan de compactheid van het apparaat (een diameter van typisch 25 cm / 10 "of minder voor ADCP's). Ook de akoestische impedantie van de transducers is niet hetzelfde, omdat ze niet in hetzelfde medium werken: lucht voor frisdrank, water voor ADCP's; anders gezegd, een ADCP zou niet werken in de lucht en een sodar zou niet werken onder water. gebruikelijker voor ADCP's om vier bundels te gebruiken, zelfs als ze geen phased array gebruiken. Dit heeft het voordeel dat er een vorm van redundantie wordt toegevoegd, waardoor de schatting van de waterstromen robuuster wordt voor ruis. Dit is ook haalbaar voor sodars, maar tegen de kosten van het toevoegen van een vierde transducer.Het bereik van typische ADCP's is minder dan tweehonderd meter (dit wordt lager naarmate de frequentie toeneemt, zoals in de lucht).  
 
Bronnen: Wikipedia-fr, Wikipedia-en 
   
 
web design florida