Tesis doctoral de Constantino Muñoz Porcar
La tesis presentada constituye la fase inicial en el desarrollo de un lidar doppler para medir la velocidad del viento con resolución en distancia. Los lidares atmosféricos emiten radiación láser pulsada que después de ser dispersada por las moléculas de aire y los aerosoles en suspensión es parcialmente recogida por un telescopio, detectada por un fotorreceptor y analizada para obtener información sobre el estado en que se encuentra la región iluminada. La velocidad con que estos elementos se mueven respecto al instrumento puede identificarse con la velocidad del viento. ésta puede medirse por tanto -¿y así lo hacen los lidares doppler atmosféricos-¿ a partir de la detección del desplazamiento de frecuencia que por efecto doppler experimenta la señal dispersada. La elección de la técnica de detección utilizada para medir esta diferencia de frecuencia óptica ¿la denominada edge-technique-¿ ha venido determinada en este caso fundamentalmente por el láser disponible, el emplazamiento previsto del sistema y por consideraciones de simplicidad. En ella, la diferencia de frecuencia entre los pulsos emitidos y la señal recibida se obtiene a partir de la medida del cambio producido en la transmisión de un filtro óptico. en la primera parte de este trabajo se propone el diseño del filtro óptico encargado de discriminar frecuencias y un análisis detallado de las prestaciones de un lidar doppler para la medida de la velocidad del viento basado en la edge-technique operando a partir de la señal dispersada por los aerosoles atmosféricos. En primer lugar, se ha establecido un método que permite calcular, utilizando la precisión de las medidas como indicador y el margen de velocidades a medir como restricción, la configuración óptima del filtro óptico utilizado, en este caso un interferómetro fabry-perot. A continuación, la precisión, la resolución temporal, la resolución en distancia y la exactitud de las medidas de velocidad son analizadas en detalle en diferentes entornos típicos de medida y son evaluadas comparativamente en relación al estado del arte. También se estudia el efecto que sobre los parámetros de calidad de las medidas de velocidad tiene la componente interferente de retorno molecular que inevitablemente está presente en la señal de aerosoles analizada. la segunda parte de la tesis está dedicada al diseño, construcción y evaluación de un prototipo de laboratorio basado en la edge-technique. El objetivo de este desarrollo es evaluar en condiciones adecuadas la implementación de la técnica elegida para la medida de la velocidad. Este montaje preliminar permite asimismo caracterizar y ajustar el funcionamiento de algunos de los elementos y subsistemas críticos que formarán parte del lidar de vientos, como el interferómetro fabry-perot, el subsistema de control de sintonía de la cavidad (imprescindible para compensar las derivas relativas de frecuencia entre el láser y el filtro), los elementos de guiado y acondicionamiento de los haces de luz, los módulos detectores y amplificadores de señales o las rutinas de calibración y control del sistema y de procesado de la información. El prototipo construido para alcanzar estos objetivos mide la velocidad de blancos sólidos utilizando para ello la emisión de un láser operando en régimen de onda continua. Estas condiciones de operación permiten evitar, en esta fase preliminar, algunas complicaciones relacionadas con la utilización de señales lidar atmosféricas pulsadas. En primer lugar, se trata de señales de duración muy corta, cuya potencia no es constante ni predicible; además no es sencillo obtener valores independientes de la velocidad del viento para evaluar la calidad de las medidas.
Datos académicos de la tesis doctoral «Analysis and design of an edge-technique-based doppler wind lidar. practical assessment of a laboratory prototype«
- Título de la tesis: Analysis and design of an edge-technique-based doppler wind lidar. practical assessment of a laboratory prototype
- Autor: Constantino Muñoz Porcar
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 22/02/2013
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Adolfo Comeron Tejero
- Tribunal
- Presidente del tribunal: antoni Broquetas ibars
- Manuel Pujadas cordero (vocal)
- (vocal)
- (vocal)