Ultraheli anemomeeter

Ilmajaamad on populaarne projekt erinevate keskkonnaanduritega katsetamiseks ning tuule kiiruse ja suuna määramiseks valitakse tavaliselt lihtne anemomeeter ja tuulelipp.Jianjia Ma QingStationi jaoks otsustas ta ehitada teist tüüpi tuuleanduri: ultraheli anemomeetri.
Ultraheli anemomeetritel pole liikuvaid osi, kuid kompromiss on elektroonilise keerukuse märkimisväärne suurenemine.Need töötavad, mõõtes aega, mis kulub ultraheli heliimpulsi peegeldumiseks vastuvõtjale teadaoleval kaugusel.Tuule suunda saab arvutada, võttes kiirusnäidud kahelt üksteisega risti olevalt ultraheliandurite paarilt ja kasutades lihtsat trigonomeetriat.Ultraheli anemomeetri nõuetekohane töö nõuab analoogvõimendi hoolikat kavandamist vastuvõtuotsas ja ulatuslikku signaalitöötlust, et eraldada õige signaal sekundaarsetest kajadest, mitmeteelisest levist ja kogu keskkonnast põhjustatud mürast.Disain ja katseprotseduurid on hästi dokumenteeritud.Kuna [Jianjia] ei saanud tuuletunnelit katsetamiseks ja kalibreerimiseks kasutada, paigaldas ta ajutiselt tuulemõõturi oma auto katusele ja lahkus.Saadud väärtus on võrdeline auto GPS-kiirusega, kuid veidi suurem.See võib olla tingitud arvutusvigadest või välistest teguritest, nagu katsesõidukist või muust liiklusest tingitud tuul või õhuvoolu häired.
Teiste andurite hulka kuuluvad optilised vihmaandurid, valgusandurid, valgusandurid ja BME280 õhurõhu, niiskuse ja temperatuuri mõõtmiseks.Jianjia kavatseb QingStationi kasutada autonoomsel paadil, seega lisas ta ümbritseva heli jaoks ka IMU, kompassi, GPS-i ja mikrofoni.
Tänu andurite, elektroonika ja prototüüpimistehnoloogia edusammudele on isikliku ilmajaama ehitamine lihtsam kui kunagi varem.Odavate võrgumoodulite kättesaadavus võimaldab meil tagada, et need IoT-seadmed saavad edastada oma teavet avalikesse andmebaasidesse, pakkudes kohalikele kogukondadele asjakohaseid ilmastikuandmeid nende ümbruses.
Manolis Nikiforakis üritab ehitada ilmapüramiidi, mis on täielikult tahkis olev, hooldusvaba, energia- ja sideautonoomne ilmamõõtmisseade, mis on mõeldud suuremahuliseks kasutuselevõtuks.Tavaliselt on ilmajaamad varustatud anduritega, mis mõõdavad temperatuuri, rõhku, niiskust, tuule kiirust ja sademeid.Kuigi enamikku neist parameetritest saab mõõta tahkisandurite abil, on tuule kiiruse, suuna ja sademete määramiseks tavaliselt vaja mingit elektromehaanilist seadet.
Selliste andurite disain on keeruline ja väljakutsuv.Suurte juurutuste kavandamisel peate tagama ka selle, et need oleksid kulutõhusad, hõlpsasti paigaldatavad ega vajaks sagedast hooldust.Kõigi nende probleemide kõrvaldamine võib viia töökindlamate ja odavamate ilmajaamade ehitamiseni, mida saaks seejärel paigaldada suurel hulgal kaugematesse piirkondadesse.
Manolisel on mõned ideed, kuidas neid probleeme lahendada.Ta kavatseb tabada tuule kiirust ja suunda kiirendusmõõturi, güroskoopi ja kompassi abil inertsiaalse anduri seadmes (IMU) (tõenäoliselt MPU-9150).Plaan on jälgida IMU anduri liikumist, kui see pendli moodi kaablil vabalt õõtsub.Ta on teinud mõned arvutused salvrätiku peal ja tundub olevat kindel, et need annavad prototüübi testimisel vajalikud tulemused.Sademete tuvastamiseks kasutatakse mahtuvusandureid, kasutades spetsiaalset andurit, nagu MPR121, või ESP32 sisseehitatud puutefunktsiooni.Elektroodiradade disain ja asukoht on väga olulised sademete korrektseks mõõtmiseks vihmapiiskade tuvastamise teel.Ka selle korpuse suurus, kuju ja kaalujaotus, kuhu andur on paigaldatud, on kriitilise tähtsusega, kuna need mõjutavad instrumendi ulatust, eraldusvõimet ja täpsust.Manolis töötab mitmete disainiideede kallal, mida ta kavatseb proovida, enne kui otsustab, kas kogu ilmajaam on pöörlevas korpuses või ainult andurid sees.
Meteoroloogiahuvi tõttu ehitas [Karl] ilmajaama. Uusim neist on ultraheli tuuleandur, mis kasutab tuule kiiruse määramiseks ultraheliimpulsside lennuaega.
Carla andur kasutab tuule kiiruse tuvastamiseks nelja ultraheliandurit, mis on suunatud põhja, lõuna, ida ja lääne suunas.Mõõtes aega, mis kulub ultraheliimpulsi liikumiseks ruumis olevate andurite vahel, ja lahutades välja mõõtmised, saame iga telje lennuaja ja seega ka tuule kiiruse.
See on muljetavaldav insenertehniliste lahenduste esitlus, millele on lisatud vapustavalt detailne projekteerimisaruanne.