소다르
Sodar |
소다르(Sodar, 또는 완전 음파 탐지 및 범위 지정)는 풍속 프로파일러로서 대기 난류에 의한 음파의 산란을 측정하기 위해 사용되는 기상악기다. SODAR 시스템은 지상의 다양한 높이에서 풍속과 대기 하층의 열역학적 구조를 측정하는 데 사용된다.
탄산음료 시스템은 사실 물속이라기보다는 공기 중에 사용되는 음파탐지기계에 지나지 않는다. 구체적으로는 풍속을 판단하기 위해 멀티 빔 구성으로 도플러 효과를 이용해 작동하기 때문에 음향 도플러 전류 프로파일러(ADCP)로 알려진 음파탐지기 하위 등급에 해당하는 정확한 공기 중이다. 탄산음료 시스템에 사용되는 다른 이름으로는 경보 발생기, 에초산더, 음향 레이더 등이 있다.[1]
도플러 소다르
상층풍 측정치를 수집하기 위해 작동되는 상업용 소다기는 음향 신호를 송수신하는 안테나로 구성된다. 모노 정전기 시스템은 송신과 수신에 동일한 안테나를 사용하는 반면, 정전기 시스템은 별도의 안테나를 사용한다. 두 안테나 시스템 간의 차이는 대기 산란이 온도 변동(단일 정전기 시스템 내)에 의한 것인지, 온도와 풍속 변동 모두에 의한 것인지 여부를 결정한다.
모노 정전기 안테나 시스템은 다중 축 개별 안테나를 사용하는 것과 단일 단계 배열 안테나를 사용하는 것의 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 다중 축 시스템은 일반적으로 음향 빔을 조종하기 위해 특정 방향을 겨냥한 3개의 개별 안테나를 사용한다. 최소 사각형 접근법을 사용하여 풍속을 추정할 때 축을 더 많이 사용하면 중복성이 더해지고 소음에 대한 강건성이 증가하지만, 세 개의 독립 축(즉, 비 협착)을 사용하면 풍속의 세 가지 구성요소를 회수하기에 충분하다. 한 안테나는 일반적으로 수직으로 조준되며, 나머지 두 안테나는 직교 각도로 수직으로부터 약간 기울어져 있다. 각각의 안테나는 포물선 확성기를 형성하기 위해 포물선 반사기에 초점을 맞춘 단일 변환기를 사용할 수도 있고, 스피커 드라이버와 경음기(송신기)가 모두 위상에서 전송하여 단일 빔을 형성할 수도 있다. 시스템이 설정될 때 각 안테나의 수직으로부터의 틸트 각도와 방위각 모두 고정된다.
단계별 배열 안테나 시스템은 단일 배열의 스피커 드라이버와 경음기(송신기)를 사용하며, 빔은 변환기를 적절히 배치하여 전자적으로 조향된다. 단계 배열 안테나를 설정하려면 어레이의 포인팅 방향은 제조업체가 지정한 대로 수평이거나 방향을 잡는다.
바람 속도의 수평 구성 요소는 방사상으로 측정한 도플러 이동과 수직으로부터 지정된 기울기 각도로 계산한다. 틸트 각도, 즉 절정각은 일반적으로 15~30도이며, 수평 빔은 일반적으로 서로 직각으로 방향을 잡는다. 기울어진 빔을 따라 방사형 구성 요소의 도플러 이동은 바람의 수평 및 수직 구성 요소의 영향을 모두 포함하므로, 정점 각도가 20도 미만인 시스템에서는 수직 속도에 대한 보정이 필요하다. 또한 시스템이 수직 속도가 약 0.2 m/s보다 클 수 있는 지역에 위치하는 경우 빔의 정점 각도와 상관없이 수직 속도에 대한 보정이 필요하다.
탄산음료의 수직 범위는 약 0.2~2km(km)이며 주파수, 출력, 대기 안정성, 난류, 그리고 무엇보다도 탄산음료가 작동되는 소음 환경의 기능이다. 작동 주파수는 1000Hz 미만에서 4000Hz 이상이며, 최대 수백 와트까지 출력된다. 대기의 감쇠 특성 때문에 고출력 저주파 소다드는 일반적으로 높이 커버리지가 더 커진다. 일부 탄산음료는 수직 분해능과 응용 프로그램에 대한 범위를 더 잘 일치시키기 위해 다양한 모드로 작동할 수 있다. 이것은 맥박 길이와 최대 고도 사이의 이완을 통해 이루어진다.[2]
소다르 응용 프로그램
전통적으로 대기 연구에 사용되던 소다래가 풍력 발전 프로젝트 개발을 위한 전통적인 풍력 모니터링의 대안으로 현재 적용되고 있다. 풍력 적용에 사용되는 소다르는 일반적으로 현대 풍력 터빈의 크기에 해당하는 지면에서 50m에서 200m까지의 측정 범위에 초점을 맞춘다. 렘테크 PA-XS 소다르와 AQ510 소다르와 같은 일부 탄산음료 제품은 이 시장을 위해 특별히 개발되었다.
콤팩트 빔 소다르는 바람 벡터가 소다르의 측정 영역에 걸쳐 변화할 수 있는 복잡한 지형에서 더 정확하다. 보다 컴팩트한 빔 각도를 제공함으로써, 이 소다르들은 바람 벡터의 어떤 변화의 영향을 감소시킨다. 이것은 풍속의 더 정확한 추정치를 제공하고, 따라서 풍력 터빈의 에너지 생산량을 제공한다. 또한 콤팩트 빔 소다르는 고정된 에초들의 효과를 감소시키고 보다 컴팩트한 유닛 디자인을 가능하게 한다.
각 사운드 빔을 순차적으로 발사해야 하는 단일 축 소다와 달리 다중 축 소다르는 3개의 사운드 빔 모두를 동시에 발사할 수 있는 기능을 제공한다. 동시 발사는 특정 기간에 샘플 포인트 수의 3배를 제공할 수 있어 신호 대 잡음 비(SNR)가 높아지고 데이터 가용성이 높아지며 정확도가 높아진다.
풍력에너지 산업용으로 설계된 소다르 역시 일부 제조사가 소다르 단위에서 완전한 신호와 소음 스펙트럼 데이터를 반환하지 않고 오히려 처리된 풍속 데이터만 반환하기 때문에 데이터의 추적성 등 중요한 측면이 다르다. 이는 원시 데이터를 재분석하거나 재처리할 수 없음을 의미한다.
탄산음료와 ADCP의 유추와 차이점
두 장치의 기본 물리적 원리는 정확히 같다. 두 장치 모두 음파를 사용하여 원격으로 환경 특성을 결정한다. 두 장치 모두 최소 세 개의 비색상 빔에서 방사상 속도를 측정하기 위해 도플러 효과를 사용하며, 간단한 계산 후에 다른 고도에서 전송 매체(공기 또는 물) 속도의 세 벡터 성분을 산출한다. 소다리와 ADCP 모두 각 빔에 대해 별도의 변환기를 사용하거나 단계별 배열을 사용할 수 있다. 마지막으로, 두 장치 모두 소리를 생산하고 수신하기 위해 압전 변환기를 사용할 수 있다.
단, 탄산음료와 ADCP 사이의 작동 주파수는 일반적으로 다르다. 텔리디네 RDI(이 시장의 사실상의 선도자)가 제조한 상업용 ADCP는 일반적으로 수백 킬로헤르츠 범위(300 kHz, 600 kHz, 1200 kHz)의 반송파 주파수를 사용하는 반면, 소다르는 낮은 킬로헤르츠 범위에서만 송신한다. 물의 더 나은 소리 전달 품질로 인해 ADCP의 경우 더 높은 주파수로 전송이 가능하며, 이는 또한 기기의 정밀도(ADCP의 경우 일반적으로 25 cm/10" 이하의 직경)에도 도움이 된다. 또한, 변환기의 음향 임피던스는 동일한 매체에서 동작하지 않기 때문에, 즉 소다르의 경우 공기, ADCP의 경우 물; 다르게 말하면, ADCP는 공기 중에서 작동하지 않을 것이고, 수중에서는 소다르가 작동하지 않을 것이기 때문이다. 마지막으로, ADCP는 단계적 배열을 사용하지 않을 때에도 4개의 보를 사용하는 것이 더 일반적이다. 이것은 어떤 형태의 중복성을 추가함으로써 수류의 추정이 소음에 더 강력해질 수 있다는 장점이 있다. 이것은 소다수에서도 가능하지만, 네 번째 변환기를 추가하는 비용에서도 가능하다. 일반적인 ADP의 작동 범위는 200m 미만이다(공기처럼 주파수가 증가할수록 낮아진다).
참고 항목
메모들
- ^ "About Sodar". Atmospheric Research & Technology, LLC. 2006-03-10. Archived from the original on 2012-06-29. Retrieved 2007-05-08.
- ^ Bailey, Desmond T. (February 2000) [1987]. "Upper-air Monitoring". Meteorological Monitoring Guidance for Regulatory Modeling Applications (PDF). John Irwin. Research Triangle Park, NC: United States Environmental Protection Agency. pp. 9–9 to 9–11. EPA-454/R-99-005.
참조
이 문서는 미국 정부 문서인 "규제 모델링 애플리케이션을 위한 측정학적 모니터링 지침"의 공공 도메인 자료를 통합한다.
이 문서는 외부 링크
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