Ultraheli anemomeeter

Ilmajaamad on populaarne projekt mitmesuguste keskkonnaanduritega katsetamiseks ning tuule kiiruse ja suuna määramiseks valitakse tavaliselt lihtne tassikujuline anemomeeter ja tuulelipp. Jianjia Ma QingStationi jaoks otsustas ta ehitada teist tüüpi tuuleanduri: ultraheli anemomeetri.
Ultraheli anemomeetritel ei ole liikuvaid osi, kuid kompromissiks on elektroonika keerukuse märkimisväärne suurenemine. Need töötavad nii, et mõõdavad aega, mis kulub ultraheliheli impulsi peegeldumiseks teadaoleval kaugusel asuvasse vastuvõtjasse. Tuule suunda saab arvutada, võttes kiirusenäidud kahelt teineteisega risti asetsevalt ultraheliandurite paarilt ja kasutades lihtsat trigonomeetriat. Ultraheli anemomeetri korrektne töö nõuab vastuvõtvas otsas oleva analoogvõimendi hoolikat projekteerimist ja ulatuslikku signaalitöötlust, et eraldada õige signaal sekundaarsetest kajadest, mitmetee levist ja kogu keskkonna tekitatud mürast. Projekteerimis- ja katseprotseduurid on hästi dokumenteeritud. Kuna [Jianjia] ei saanud testimiseks ja kalibreerimiseks tuuletunnelit kasutada, paigaldas ta anemomeetri ajutiselt oma auto katusele ja lahkus. Saadud väärtus on proportsionaalne auto GPS-kiirusega, kuid veidi suurem. See võib olla tingitud arvutusvigadest või välistest teguritest, nagu tuule- või õhuvoolu häired katsesõidukist või muust teeliiklusest.
Teiste andurite hulka kuuluvad optilised vihmaandurid, valgusandurid, valgusandurid ja BME280 õhurõhu, niiskuse ja temperatuuri mõõtmiseks. Jianjia plaanib QingStationi kasutada autonoomsel paadil, seega lisas ta ka IMU, kompassi, GPS-i ja mikrofoni ümbritseva heli salvestamiseks.
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 ilmaandmeid oma ümbruskonna kohta.
Manolis Nikiforakis üritab ehitada ilmapüramiidi, mis on täielikult tahkis-, hooldusvaba, energia- ja sideühenduse poolest autonoomne ilmamõõteseade, mis on mõeldud laiaulatuslikuks kasutamiseks. Tavaliselt on ilmajaamad varustatud anduritega, mis mõõdavad temperatuuri, rõhku, niiskust, tuule kiirust ja sademeid. Kuigi enamikku neist parameetritest saab mõõta tahkisandurite abil, nõuab tuule kiiruse, suuna ja sademete määramine tavaliselt mingit elektromehaanilist seadet.
Selliste andurite disain on keerukas ja väljakutseid pakkuv. Suurte paigalduste planeerimisel tuleb tagada ka see, et need on kulutõhusad, hõlpsasti paigaldatavad ja ei vaja sagedast hooldust. Kõigi nende probleemide kõrvaldamine võib viia usaldusväärsemate ja odavamate ilmajaamade ehitamiseni, mida saaks seejärel suures koguses paigaldada kaugematesse piirkondadesse.
Manolisel on mõned ideed nende probleemide lahendamiseks. Ta plaanib jäädvustada tuule kiirust ja suunda kiirendusmõõturi, güroskoobi ja kompassi abil inertsiaalanduriüksuses (IMU) (tõenäoliselt MPU-9150). Plaan on jälgida IMU anduri liikumist, kui see vabalt pendli moodi kaablil kiigub. Ta on salvrätikul mõned arvutused teinud ja tundub kindel, et need annavad prototüübi testimisel vajalikud tulemused. Sademete tuvastamine toimub mahtuvuslike andurite abil, kasutades spetsiaalset andurit, näiteks MPR121 või ESP32 sisseehitatud puutefunktsiooni. Elektroodiradade disain ja asukoht on vihmapiiskade tuvastamise abil sademete korrektseks mõõtmiseks väga olulised. Anduri paigaldamise korpuse suurus, kuju ja kaalujaotus on samuti kriitilise tähtsusega, kuna need mõjutavad instrumendi ulatust, eraldusvõimet ja täpsust. Manolis töötab mitme disainiidee kallal, mida ta kavatseb proovida enne, kui otsustab, kas kogu ilmajaam jääb pöörleva korpuse sisse või ainult sees olevad andurid.
Oma huvi tõttu meteoroloogia vastu ehitas [Karl] ilmajaama. Neist uusim on ultraheli tuuleandur, mis kasutab tuule kiiruse määramiseks ultraheliimpulsside lennuaega.
Carla andur kasutab tuule kiiruse mõõtmiseks nelja ultraheliandurit, mis on suunatud põhja, lõuna, ida ja lääne suunas. Mõõtes aega, mis kulub ultraheliimpulsi liikumiseks ruumis asuvate andurite vahel, ja lahutades sellest välimõõtmised, saame iga telje lennuaja ja seega ka tuule kiiruse.
See on muljetavaldav insenerilahenduste demonstratsioon, millele on lisatud vapustavalt detailne projekteerimisaruanne.