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Title:
DEVICE AND SYSTEM FOR MEASURING AN EXTERNAL ELECTROSTATIC FIELD, AND SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING STORMS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2006/045873
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for measuring an external electrostatic field, for example, for the detection of storms. The inventive device consists of: a first conductor element (1); an amplifier (2) in charge configuration; an electronic control device (3) comprising an input (3a) which can be connected to the output (2b) of the amplifier (2) in order to receive an output signal (Vs); and a second conductor element (4) which is positioned close to the first conductor element (1) in order to subject same to an electrostatic compensation field created by a compensation signal (Vc) that is calculated and generated by the electronic control device, in order to prevent a drift in the output signal (Vs) caused by the integrating nature of the configuration of the amplifier. The invention also relates to a differential measuring system and to a storm-detection system and method.

Inventors:
POMAR GARCIA CARLOS (ES)
PUCHADES MARCO JESUS (ES)
Application Number:
PCT/ES2005/000573
Publication Date:
May 04, 2006
Filing Date:
October 25, 2005
Export Citation:
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Assignee:
APLICACIONES TECNOLOGICAS S A (ES)
POMAR GARCIA CARLOS (ES)
PUCHADES MARCO JESUS (ES)
International Classes:
G01W1/00; G01R29/08; G01R29/12; G01W1/16
Foreign References:
US3753117A1973-08-14
US6414318B12002-07-02
FR2602342A11988-02-05
US4383260A1983-05-10
US4642559A1987-02-10
Other References:
See also references of EP 1818689A4
Attorney, Agent or Firm:
Carpintero Lopez, Francisco (S.L. Alcal, 35 MADRID, ES)
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Claims:
REIVINDICACIONES
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 Ia 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 Ia señal de entrada (Ve) integrado sobre el tiempo; un dispositivo electrónico de control (3) que tiene una entrada (3a) conectable a Ia 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 Ia 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 Ia salida (3b) del dispositivo electrónico de control (3), Ia tensión de compensación (Vc) con un valor equivalente y con polaridad opuesta a Ia variación en el tiempo detectada de Ia señal de salida (Vs) del amplificador (2), con Ia condición de que si dicha variación en el tiempo es superior a un valor máximo (Vcmax), el valor de Ia tensión de compensación será igual a dicho valor máximo (Vcmax).
2. Dispositivo según Ia reivindicación 1 , caracterizado porque el dispositivo electrónico de control está configurado de manera que Ia periodicidad de Ia generación de Ia tensión de compensación y el valor máximo de Ia tensión de compensación (Vc) están limitados de manera que Ia señal de compensación pueda compensar una deriva en Ia señal de salida (Vs) debido a Ia integración de Ia señal de entrada (Ve) en el amplificador (2), pero no cambios en Ia 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 Ia tensión de compensación (Vc) se genera una vez cada S segundos, 0,1 s < S ≤ 1s, y el valor máximo (Vcmax) de Ia tensión de compensación (Vc) está limitado de manera que Ia 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 analógicodigital (5) para convertir Ia 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 digitalanalógico (6) para convertir una señal de compensación (Vc) digital del dispositivo electrónico de control (3), en Ia 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 15, y medios (34) para detectar Ia diferencia entre Ia señal de salida (Vs) de uno de dichos dispositivos y Ia señal de salida (Vs) de otro de dichos dispositivos.
7. Sistema de medición según Ia reivindicación 6, caracterizado porque además comprende un equipo informático (10; 22) configurado para recibir una señal indicativa de Ia 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 Ia reivindicación 7, caracterizado porque el primer elemento conductor (1 ) de uno de los dispositivos está situado en Ia proximidad del primer elemento conductor (1 ) de otro de los dispositivos, estando uno de dichos primeros elementos conductores situado a una altura superior a Ia del otro.
9. Sistema de detección de tormentas, caracterizado porque comprende al menos un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 15 y medios de análisis (10, 22) de Ia 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 Ia señal de salida o las señales de salida cumplen al menos un criterio predeterminado.
10. Sistema de detección de tormentas según Ia reivindicación 9, caracterizado porque comprende un sistema de medición según cualquiera de las reivindicaciones 68.
11. Método de detección de tormentas, caracterizado porque comprende los pasos de: monitorizar Ia señal de salida (Vs) de un dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 15; y determinar Ia 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 Ia diferencia entre las señales de salida (Vs) de dos dispositivos de un sistema de medición según cualquiera de las reivindicaciones 68; y determinar Ia existencia de una tormenta a partir del desarrollo de dicha diferencia.
Description:
DISPOSITIVO Y SISTEMA DE MEDICIÓN DE UN CAMPO ELECTROESTÁTICO EXTERNO, Y SISTEMA Y MÉTODO DE DETECCIÓN DE TORMENTAS.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La invención se engloba en el campo de los sistemas de medición del campo electrostático, útiles para, por ejemplo, Ia detección de tormentas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En Ia actualidad se utilizan básicamente tres métodos distintos para Ia 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. a) Detector de tormentas por ionización del aire o efecto corona.

Un detector de este tipo se describe en Ia solicitud de patente española publicada bajo el número ES-A-2038551. Este tipo de detectores actúa midiendo Ia intensidad generada por las variaciones de campo eléctrico provocadas por las tormentas y, más concretamente, las variaciones bruscas que se producen momentos antes de Ia caída de un rayo. El principal inconveniente de este tipo de detectores es que solo detectan variaciones bruscas del campo, por Io que su tiempo de antelación a Ia tormenta es casi nulo, ya que solo detectan Ia actividad de Ia tormenta cuando ésta se encuentra sobre el propio detector. b) Detector de tormentas por radiofrecuencia.

Un ejemplo de un detector de este tipo se describe en Ia 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 Ia atmósfera desde Ia 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 Ia tormenta cuando ésta presenta una actividad eléctrica considerable. c) Detector de tormentas por medición de campo electroestático.

Es el único detector capaz de estar midiendo continuamente el campo electroestático, por Io que puede medir las pequeñas variaciones o incrementos del campo electroestático producidos tanto por Ia aproximación de una tormenta como por Ia 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 Ia actualidad. Estos equipos, por ejemplo, el descrito en Ia 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, Ia 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).

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.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un primer aspecto de Ia invención se refiere a un dispositivo de medición de un campo electroestático externo, que comprende:

un primer elemento conductor (por ejemplo, un disco metálica 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 comentes 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 Ia otra entrada del amplificador está conectado a tierra) del campo electroestático al que está sometido el primer elemento conductor (se mide Ia 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 Ia vez, corrientes de fuga casi nulas, si comparamos con una configuración diferencial del amplificador) (Io que caracteriza a un amplificador de carga es el hecho de que Ia 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 Ia 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 Ia salida del amplificador, para recibir dicha señal de salida (Vs) (o una señal digitalizada correspondiente a Ia misma). Ahora bien, el amplificador en configuración de carga representa un problema. En un amplificador en configuración diferencial (véase Ia figura 1 B), con una resistencia Ri conectado entre Ia entrada negativa y una señal (tensión) de entrada Ve, y con una resistencia R 2 conectada entre Ia salida y Ia entrada, se tiene que Ia señal a Ia salida Vs está relacionada con Ia señal a Ia entrada por Ia fórmula

es decir, Ia señal de salida Vs es proporcional a Ia señal de entrada Ve y si Ve no varía en el tiempo, tampoco varía Vs. Ahora bien, para Ia detección de tormentas y similares aplicaciones, Ia 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 Ia intensidad generada por el campo electroestático).

Por ello, se ha optado por Ia configuración de carga o integrador, representada en Ia figura 1A, donde Ia relación entre Ia señal de salida Vs y Ia señal de entrada, utilizando un condensador C, queda definida por Ia fórmula

Vs = - 1/C x J Ve dt

es decir, Ia señal de salida correspondería a Ia señal de entrada integrada sobre el tiempo. Esto significa que ante una entrada constante, Ia salida tiende al infinito, es decir, va subiendo o bajando gradualmente, haciendo imposible cualquier medida.

Por ello, de acuerdo con Ia 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 Ia invención, el dispositivo electrónico de control comprende además:

medios para detectar Ia 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 Ia salida del dispositivo electrónico de control, Ia señal o tensión de compensación (Vc) con un valor equivalente y con polaridad opuesta a Ia variación en el tiempo detectada de Ia señal de salida (Vs) del amplificador, con Ia condición de que si dicha variación en el tiempo es superior a un valor máximo (Vcmax), Ia valor de Ia tensión de compensación será igual a dicho valor máximo (Vcmax).

De esta manera, Io 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 Ia señal de entrada Ve en función de Ia variación detectada en Ia señal de salida, evitando así el efecto de Ia integración o "deriva" en Ia 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 Ia señal de compensación Vc, así como Ia frecuencia con Ia que se aplica, se eligen de forma adecuada para que Ia señal de compensación pueda "compensar" Ia deriva que se produce en el amplificador por los motivos comentados, pero sin que pueda llegar a ocultar variaciones en Ia señal de salida que se deban a cambios sustanciales en el campo electroestático extemo 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 Ia deriva en el amplificador.

El dispositivo electrónico de control puede, por Io tanto, estar configurado de manera que Ia periodicidad de Ia generación de Ia señal de compensación y el valor máximo de Ia señal de compensación (Vc) están

limitados de manera que Ia señal de compensación pueda compensar una deriva en Ia señal de salida (Vs) debido a Ia integración de Ia señal de entrada (Ve) en el amplificador, pero no cambios en Ia 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 Ia señal de compensación (Vc) se genera una vez cada S segundos, 0,1s < S ≤ 1s, por ejemplo, 0,2s < S < 0,6, por ejemplo, S=500 ms, y el valor máximo de Ia tensión o señal de compensación (Vc) puede estar limitado de manera que Ia 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 Ia 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 Ia señal de compensación digital del dispositivo electrónico de control, en una tensión analógica que se aplica al segundo elemento conductor.

Otro aspecto de Ia invención se refiere a un sistema de medición de un campo electrostático externo por medición diferencial, y que comprende dos dispositivos de acuerdo con Io que se ha descrito más arriba, así como medios para detectar Ia diferencia entre Ia señal de salida (Vs) de uno de dichos dispositivos y Ia 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 Ia 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, Ia diferencia entre las señales de salida (Vs) de ambos dispositivos representa una medición directa de Ia tensión de campo medio (en el caso de una distancia de separación de un centímetro, Ia tensión de campo medio por centímetro). De esta manera, se obtiene una

medida diferencial entre dos puntos separados con una distancia fija, con Io que Ia medida ya no está referenciada al suelo (tierra). De esta manera, no influye en las mediciones Ia distancia del suele (Ia altura) de los dispositivos (de los primeros elementos conductores), por Io que se evita Ia necesidad de incorporar complicados sistemas de calibración, los cuales tendrían que ajustarse en función de Ia altura de Ia instalación. En el sistema, un mismo módulo electrónico (por ejemplo, un microcontrolador) puede hacer Ia función de dispositivo electrónico de control de ambos dispositivos de medición que integran el sistema, y además realizar Ia función de producir Ia señal indicativa de Ia diferencia entre las dos señales de salida de los amplificadores de los dispositivos de medición.

El sistema de Ia invención puede comprender un equipo informático configurado para recibir una señal indicativa de Ia 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 Ia 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 Ia proximidad del primer elemento conductor de otro de los dispositivos, estando uno de dichos elementos conductores situado a una altura superior a Ia del otro (por ejemplo, en el orden de un centímetro por encima del otro). Otro aspecto de Ia invención se refiere a un sistema de detección de tormentas, que comprende al menos un dispositivo de medición de acuerdo con Io que se ha descrito más arriba, así como medios de análisis (por ejemplo, implementados en un equipo informático) de Ia 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

Ia 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 5 medición de acuerdo con Io que se ha descrito más arriba.

Otro aspecto de Ia invención se refiere a un método para Ia detección de tormentas, que comprende los pasos de: monitorizar Ia señal de salida (Vs) de un dispositivo de medición (o Ia diferencia entre las señales de salida (Vs) de dos dispositivos de un sistema 10 de medición) de acuerdo con Io que se ha descrito más arriba; y determinar Ia existencia de una tormenta a partir del desarrollo de dicha señal de salida (o diferencia).

El dispositivo medidor electrónico de campo electroestático de Ia invención, presenta las ventajas del método de detección por medición de

15 campo electroestático conocido del FR-A-2432719, pero eliminado el inconveniente de Ia 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

- 1 O electroestático, sin necesidad de transformarlo en señales alternas.

Por otro lado, al carecer de elementos que soporten un desgaste mecánico, se aumenta Ia vida útil del dispositivo/sistema y se disminuye en gran medida las posibilidades de producirse averías y Ia necesidad de realizar mantenimientos periódicos.

.5 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 JO sensores a distintas altura de manera que se pueda medir una tensión de campo diferencial y de esta manera obtener directamente el valor de Ia

tensión de campo medio sin que afecte Ia altura a Ia que este situado el dispositivo o sistema de medición.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de Ia 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 Io siguiente:

La figura 1A refleja un amplificador en configuración de carga (de acuerdo con el estado de Ia técnica).

La figura 1 B refleja un amplificador en configuración diferencial (de acuerdo con el estado de Ia técnica). La figura 2 refleja, de forma esquemática, un dispositivo de medición de acuerdo con una realización preferida de Ia invención.

La figura 3A refleja el desarrollo temporal de algunas de las señales relevantes en el caso de no disponer de Ia 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 Ia invención, para Ia medición diferencial del campo electroestático externo.

La figura 5 refleja, de forma esquemática, una instalación que incluye un sistema de acuerdo con Ia figura 4.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La figura 2 ilustra un dispositivo de medición de acuerdo con una realización preferida de Ia invención, adecuado para Ia detección del campo electroestático para detectar Ia 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 20mm. Dicho disco está conectado a Ia entrada negativa 2a de un amplificador operacional electrométrico configurado como amplificador de carga, es decir, con una configuración como Ia de Ia figura 1A. Para poder detectar las cargas pequeñas que el campo electroestático produce en el elemento conductor 1 (y que aumentan sustancialmente en Ia 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 Ia vez que las corrientes de fuga son pequeñas (casi nulas).

De esta manera, una tensión o señal de entrada Ve a Ia entrada 2a del amplificador produce una señal de salida Vs a Ia 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 Ia señal Vs. Ahora bien, en un principio, con estos elementos ya sería posible obtener una señal de salida relacionada con Ia 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 Ia señal de salida Vs. Concretamente, tal y como se ilustra esquemáticamente en Ia 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 Ia tensión de entrada Ve) y Ia 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 Ia señal de salida Vs (zona 101 en Ia figura 3A). Sin embargo, cuando el campo electroestático externo se estabiliza (200) a un

nivel alto, Io que se desea es que Ia señal de salida Vs también se estabilice (tal y como sugiere Ia porción 201 en Ia figura 3A). Sin embargo, debido al carácter integrador del amplificador, Ia señal de salida Vs será proporcional al valor integrado de Ia señal de entrada Ve (que, en este caso, sería directamente dependiente del valor del campo electroestático Vm), con Io cual Ia señal de salida seguirá aumentando (202), hacia el infinito (o hasta el límite de Ia capacidad del amplificador), por Io que se produce Io que se puede llamar una "deriva" 300 entre el valor "real" de Ia señal de salida Vs y el valor "deseable" de Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia figura 2 se ha ilustrado esquemáticamente como el dispositivo electrónico de control 3 comprende: medios 31 para detectar Ia 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 Ia salida (3b) del dispositivo electrónico de control (3), Ia tensión de compensación (Vc) con un valor equivalente y con polaridad opuesta a Ia variación en el tiempo detectada de Ia señal de salida (Vs) del amplificador, con Ia condición de que si dicha variación en el tiempo es superior a un valor máximo (Vcmax), el

valor de Ia 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 Ia señal de salida Vs y de Ia 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 Ia señal de salida Vs y, en función del cambio en Ia señal de salida, un cambio con un valor correspondiente pero con signo opuesto en Ia 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 Ia señal de entrada Ve. De esta manera, una deriva hacia una dirección en Ia señal de salida Vs provoca un cambio en Ia 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 Ia señal de salida Vs, de manera que dicha señal oscila ligeramente (tal y como se ve en Ia figura 3B) pero sin presentar Ia deriva constante que se observaba en Ia figura 3A.

Ahora bien, Ia limitación a un máximo (Vcmax) del valor absoluto de Ia señal o tensión de compensación Vc, hace que Ia "compensación" puede servir para compensar Ia 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 Ia presencia de una tormenta. De esta manera, incluso con Ia aplicación de Ia tensión de compensación Vc, Ia señal de salida en Ia figura 3B refleja (zona 101 ) Ia 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 Ia 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 Ia tensión de compensación Vcmax puede ser del orden de 200 mV.

De esta manera, se puede medir Ia tensión de campo tanto cuando es estable como cuando varía.

La figura 4 refleja un sistema para Ia medición diferencial del campo electroestático, de acuerdo con una realización preferida de Ia invención. El sistema incluye, básicamente, dos dispositivos de acuerdo con Io 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 Ia 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 Ia función de ambos dispositivos electrónicos de control 3 está incorporada en un único equipo que, además, está dotado de medios 34 para detectar Ia diferencia entre Ia señal de salida (Vs) de uno de dichos dispositivos de medición y Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia altura de Ia instalación.

En Ia figura 5 se ilustra como un sistema como el de Ia figura 4 se ha instalado en un cabezal 20, en una pared 25 de un edificio; el cable 21 comunica el sistema con Ia interface 10 de usuario, a través del cual el usuario puede manipular y analizar Ia señal de salida del cabezal, o conectar el sistema con su ordenador personal 22 o con otro sistema informático, para analizar Ia señal de salida del cabezal 20 (cuya señal corresponde a Ia diferencia entre las dos señales de salida Vs de cada uno de los dos dispositivos de medición que integran el sistema de medición de Ia figura 4).

La interface 10 o el ordenador personal 22 puede estar dotado de un sistema que permite comparar Ia señal recibida con determinados criterios y, en el caso de que Ia 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 Ia 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 Ia 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 Ia red eléctrica (y, por Io 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 Ia red eléctrica.

La interface 10 puede ser una interface inteligente y disponer de software que permite analizar Ia señal que recibe del sistema de medición. Alternativa o complementariamente, Ia 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 Ia detección de tormentas. El método consistiría, básicamente, en analizar Ia señal de salida Vs del dispositivo (o Ia 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 Ia 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 Ia señal de salida y calcular y general Ia señal de compensación Vc).

En este texto, Ia palabra "comprende" y sus variantes (como "comprendiendo", etc.) no deben interpretarse de forma excluyente, es decir, no excluyen Ia posibilidad de que Io descrito incluya otros elementos, pasos etc.

Por otra parte, Ia 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 Ia materia (por ejemplo, en cuanto a Ia elección de materiales, dimensiones, componentes, configuración, etc.), dentro de Io que se desprende de las reivindicaciones.