ულტრაბგერითი ანემომეტრი

მეტეოროლოგიური სადგურები სხვადასხვა გარემოსდაცვითი სენსორებით ექსპერიმენტების პოპულარული პროექტია და ქარის სიჩქარისა და მიმართულების დასადგენად, როგორც წესი, მარტივი ჭიქოვანი ანემომეტრი და ამინდის ფრთა გამოიყენება. ჯიანჯია მას QingStation-ისთვის მან გადაწყვიტა ქარის სენსორის სხვა ტიპის აწყობა: ულტრაბგერითი ანემომეტრი.
ულტრაბგერით ანემომეტრებს მოძრავი ნაწილები არ აქვთ, მაგრამ კომპრომისი ელექტრონული სირთულის მნიშვნელოვან ზრდას წარმოადგენს. ისინი მუშაობენ ულტრაბგერითი ხმის იმპულსის ცნობილ მანძილზე მიმღებზე არეკლილი დროის გაზომვით. ქარის მიმართულება შეიძლება გამოითვალოს ერთმანეთის მიმართ პერპენდიკულარული ულტრაბგერითი სენსორების ორი წყვილიდან სიჩქარის ჩვენების აღებით და მარტივი ტრიგონომეტრიის გამოყენებით. ულტრაბგერითი ანემომეტრის სათანადო მუშაობა მოითხოვს მიმღებ ბოლოში ანალოგური გამაძლიერებლის ფრთხილად დიზაინს და სიგნალის ფართო დამუშავებას, რათა სწორი სიგნალი გამოიყოს მეორადი ექოებიდან, მრავალმხრივი გავრცელებიდან და გარემოთი გამოწვეული ყველა ხმაურიდან. დიზაინისა და ექსპერიმენტული პროცედურები კარგად არის დოკუმენტირებული. რადგან [ჯიანჯიას] არ შეეძლო აეროდინამიკური გვირაბის გამოყენება ტესტირებისა და კალიბრაციისთვის, მან დროებით დაამონტაჟა ანემომეტრი თავისი მანქანის სახურავზე და წავიდა. მიღებული მნიშვნელობა პროპორციულია მანქანის GPS სიჩქარის, მაგრამ ოდნავ მაღალია. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს გამოთვლის შეცდომებით ან გარე ფაქტორებით, როგორიცაა ქარის ან ჰაერის ნაკადის დარღვევები სატესტო მანქანიდან ან სხვა საგზაო მოძრაობიდან.
სხვა სენსორებს შორისაა ოპტიკური წვიმის სენსორები, სინათლის სენსორები, სინათლის სენსორები და BME280 ჰაერის წნევის, ტენიანობისა და ტემპერატურის გასაზომად. ჯიანჯია გეგმავს QingStation-ის გამოყენებას ავტონომიურ ნავზე, ამიტომ მან ასევე დაამატა IMU, კომპასი, GPS და მიკროფონი გარემოს ხმისთვის.
სენსორების, ელექტრონიკისა და პროტოტიპების ტექნოლოგიების განვითარების წყალობით, პერსონალური მეტეოროლოგიური სადგურის შექმნა უფრო ადვილია, ვიდრე ოდესმე. დაბალი ღირებულების ქსელური მოდულების ხელმისაწვდომობა საშუალებას გვაძლევს უზრუნველვყოთ, რომ ამ ნივთების ინტერნეტის მოწყობილობებს შეეძლოთ თავიანთი ინფორმაციის საჯარო მონაცემთა ბაზებში გადაცემა, რაც ადგილობრივ თემებს მათ გარშემო არსებული შესაბამისი მეტეოროლოგიური მონაცემებით უზრუნველყოფს.
მანოლის ნიკიფორაკისი ცდილობს ააგოს ამინდის პირამიდა, სრულიად მყარი მდგომარეობის, მოვლა-პატრონობისგან თავისუფალი, ენერგიისა და კომუნიკაციის ავტონომიური ამინდის საზომი მოწყობილობა, რომელიც შექმნილია მასშტაბური განლაგებისთვის. როგორც წესი, მეტეოროლოგიური სადგურები აღჭურვილია სენსორებით, რომლებიც ზომავენ ტემპერატურას, წნევას, ტენიანობას, ქარის სიჩქარეს და ნალექებს. მიუხედავად იმისა, რომ ამ პარამეტრების უმეტესობის გაზომვა შესაძლებელია მყარი მდგომარეობის სენსორების გამოყენებით, ქარის სიჩქარის, მიმართულებისა და ნალექების დასადგენად, როგორც წესი, საჭიროა ელექტრომექანიკური მოწყობილობის რაიმე ფორმა.
ასეთი სენსორების დიზაინი რთული და საკამათოა. დიდი განლაგების დაგეგმვისას ასევე უნდა დარწმუნდეთ, რომ ისინი ეკონომიურია, მარტივი დასამონტაჟებელია და არ საჭიროებს ხშირ მოვლას. ყველა ამ პრობლემის აღმოფხვრამ შეიძლება გამოიწვიოს უფრო საიმედო და ნაკლებად ძვირადღირებული მეტეოროლოგიური სადგურების მშენებლობა, რომელთა დიდი რაოდენობით დამონტაჟება შესაძლებელია შორეულ ადგილებში.
მანოლისს ამ პრობლემების გადაჭრის რამდენიმე იდეა აქვს. ის გეგმავს ქარის სიჩქარისა და მიმართულების აღრიცხვას აქსელერომეტრიდან, გიროსკოპიდან და კომპასიდან ინერციული სენსორული ერთეულის (IMU) მეშვეობით (სავარაუდოდ MPU-9150). გეგმაა IMU სენსორის მოძრაობის თვალყურის დევნება, როდესაც ის თავისუფლად ირხევა კაბელზე, ქანქარას მსგავსად. მან რამდენიმე გამოთვლა ჩაატარა ხელსახოცზე და, როგორც ჩანს, დარწმუნებულია, რომ ისინი პროტოტიპის ტესტირებისას საჭირო შედეგებს მოგვცემენ. ნალექის აღქმა განხორციელდება ტევადური სენსორების გამოყენებით, რომლებიც იყენებენ სპეციალურ სენსორს, როგორიცაა MPR121 ან ESP32-ში ჩაშენებული სენსორული ფუნქცია. ელექტროდების ტრასების დიზაინი და მდებარეობა ძალიან მნიშვნელოვანია ნალექების სწორად გაზომვისთვის წვიმის წვეთების აღმოჩენით. ასევე კრიტიკულია იმ კორპუსის ზომა, ფორმა და წონის განაწილება, რომელშიც სენსორია დამონტაჟებული, რადგან ისინი გავლენას ახდენენ ინსტრუმენტის დიაპაზონზე, გარჩევადობასა და სიზუსტეზე. მანოლისი მუშაობს რამდენიმე დიზაინის იდეაზე, რომელთა გამოცდასაც გეგმავს, სანამ გადაწყვეტს, მთელი მეტეოროლოგიური სადგური იქნება მბრუნავ კორპუსში თუ მხოლოდ სენსორები.
მეტეოროლოგიისადმი ინტერესის გამო, [კარლმა] ააშენა მეტეოროლოგიური სადგური. მათგან უახლესია ულტრაბგერითი ქარის სენსორი, რომელიც ულტრაბგერითი იმპულსების ფრენის დროს იყენებს ქარის სიჩქარის დასადგენად.
კარლას სენსორი ქარის სიჩქარის დასადგენად იყენებს ოთხ ულტრაბგერით გადამყვანს, რომლებიც ორიენტირებულია ჩრდილოეთის, სამხრეთის, აღმოსავლეთის და დასავლეთის მიმართულებით. ოთახში სენსორებს შორის ულტრაბგერითი იმპულსის გავლისთვის საჭირო დროის გაზომვით და ველის გაზომვების გამოკლებით, ჩვენ ვიღებთ თითოეული ღერძის ფრენის დროს და შესაბამისად, ქარის სიჩქარეს.
ეს საინჟინრო გადაწყვეტილებების შთამბეჭდავი დემონსტრირებაა, რომელსაც თან ახლავს განსაცვიფრებლად დეტალური დიზაინის ანგარიში.