Ultrahangos anemométer

A meteorológiai állomások népszerű projektek különféle környezeti érzékelőkkel való kísérletezéshez, és általában egy egyszerű csésze szélmérőt és szélkakast választanak a szél sebességének és irányának meghatározására.Jianjia Ma QingStation számára úgy döntött, hogy egy másik típusú szélérzékelőt épít: egy ultrahangos szélmérőt.
Az ultrahangos szélmérőknek nincs mozgó alkatrésze, de a kompromisszum az elektronikus bonyolultság jelentős növekedése.Úgy működnek, hogy mérik azt az időt, amely alatt az ultrahangos hangimpulzus visszaverődik egy ismert távolságban lévő vevőre.A szélirány kiszámítható úgy, hogy két egymásra merőleges ultrahangos érzékelőpár sebességét leolvassuk és egyszerű trigonometriával.Az ultrahangos szélmérő megfelelő működéséhez a vevőoldali analóg erősítő gondos tervezése és kiterjedt jelfeldolgozás szükséges a másodlagos visszhangokból, a többutas terjedésből és a környezet által okozott összes zajból a megfelelő jel kinyerése érdekében.A tervezési és kísérleti eljárások jól dokumentáltak.Mivel [Jianjia] nem tudta használni a szélcsatornát tesztelésre és kalibrálásra, ideiglenesen felszerelte a szélmérőt az autója tetejére, és elment.A kapott érték arányos az autó GPS sebességével, de valamivel magasabb.Ennek oka lehet számítási hiba vagy külső tényezők, például szél vagy légáramlási zavarok a tesztjárműből vagy más közúti forgalomból.
További érzékelők közé tartoznak az optikai esőérzékelők, fényérzékelők, fényérzékelők és a BME280 a légnyomás, páratartalom és hőmérséklet mérésére.Jianjia azt tervezi, hogy a QingStation-t egy autonóm hajón használja, ezért IMU-t, iránytűt, GPS-t és mikrofont is hozzáadott a környezeti hangzáshoz.
Az érzékelők, az elektronika és a prototípus-technológia fejlődésének köszönhetően a személyes meteorológiai állomás építése egyszerűbb, mint valaha.Az olcsó hálózati modulok elérhetősége lehetővé teszi számunkra, hogy biztosítsuk, hogy ezek az IoT-eszközök nyilvános adatbázisokba továbbíthassák információikat, így a helyi közösségek számára releváns időjárási adatokat biztosítsanak a környezetükben.
Manolis Nikiforakis egy időjárási piramist próbál építeni, egy teljesen szilárdtest, karbantartást nem igénylő, energia- és kommunikációs autonóm időjárásmérő eszközt, amelyet nagyszabású bevetésre terveztek.Az időjárási állomások jellemzően érzékelőkkel vannak felszerelve, amelyek mérik a hőmérsékletet, a nyomást, a páratartalmat, a szél sebességét és a csapadékot.Míg ezen paraméterek többsége szilárdtest-érzékelőkkel mérhető, a szél sebességének, irányának és csapadékának meghatározásához általában valamilyen elektromechanikus eszköz szükséges.
Az ilyen érzékelők tervezése bonyolult és kihívást jelent.A nagy telepítések tervezésekor ügyelni kell arra is, hogy azok költséghatékonyak, könnyen telepíthetők és ne igényeljenek gyakori karbantartást.Mindezen problémák kiküszöbölése megbízhatóbb és olcsóbb meteorológiai állomások építését eredményezheti, amelyeket aztán nagy számban telepíthetnek távoli területeken.
Manolisnak van néhány ötlete, hogyan oldja meg ezeket a problémákat.Azt tervezi, hogy a gyorsulásmérőről, giroszkópról és iránytűről rögzíti a szél sebességét és irányát egy inerciaérzékelő egységben (IMU) (valószínűleg egy MPU-9150).A terv az, hogy nyomon kövessék az IMU-szenzor mozgását, amint az szabadon lengő egy kábelen, mint egy inga.Végzett néhány számítást egy szalvétán, és biztosnak tűnik, hogy a prototípus tesztelésekor meg fogják adni azokat az eredményeket, amelyekre szüksége van.A csapadékérzékelés kapacitív érzékelőkkel történik, dedikált érzékelővel, mint például az MPR121 vagy az ESP32 beépített érintőfunkciója.Az elektródapályák kialakítása és elhelyezkedése nagyon fontos a helyes csapadékméréshez az esőcseppek detektálásával.Az érzékelőt tartalmazó ház mérete, alakja és súlyeloszlása ​​szintén kritikus fontosságú, mivel ezek befolyásolják a műszer hatótávolságát, felbontását és pontosságát.Manolis több tervezési ötleten dolgozik, amelyeket ki akar próbálni, mielőtt eldönti, hogy a teljes meteorológiai állomás a forgó házban lesz-e, vagy csak a benne lévő érzékelők.
A meteorológia iránti érdeklődése miatt [Karl] meteorológiai állomást épített. Ezek közül a legújabb az ultrahangos szélérzékelő, amely az ultrahangos impulzusok repülési idejét használja a szélsebesség meghatározására.
A Carla érzékelője négy ultrahangos jelátalakítót használ északra, délre, keletre és nyugatra a szélsebesség érzékelésére.Ha megmérjük azt az időt, amely alatt az ultrahangos impulzus áthalad a helyiségben lévő szenzorok között, és kivonjuk a terepi méréseket, megkapjuk az egyes tengelyek repülési idejét és így a szélsebességet.
Ez a mérnöki megoldások lenyűgöző bemutatója, amelyet egy lenyűgözően részletes tervjelentés kísér.