เครื่องวัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิก

สถานีตรวจอากาศเป็นโครงการยอดนิยมสำหรับการทดลองกับเซ็นเซอร์ตรวจวัดสภาพแวดล้อมต่างๆ และโดยปกติแล้วเครื่องวัดความเร็วลมแบบถ้วยและใบพัดอากาศมักจะถูกเลือกใช้เพื่อกำหนดความเร็วและทิศทางลมสำหรับ QingStation ของ Jianjia Ma เขาตัดสินใจสร้างเซ็นเซอร์ลมประเภทอื่น ซึ่งก็คือ เครื่องวัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิก
เครื่องวัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว แต่ข้อเสียคือความซับซ้อนทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เพิ่มขึ้นอย่างมากทำงานโดยการวัดเวลาที่ใช้เพื่อให้พัลส์เสียงอัลตราโซนิกสะท้อนไปยังเครื่องรับในระยะห่างที่ทราบทิศทางลมสามารถคำนวณได้โดยการอ่านค่าความเร็วจากเซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสองคู่ที่ตั้งฉากกัน และใช้ตรีโกณมิติอย่างง่ายการทำงานที่เหมาะสมของเครื่องวัดความเร็วลมแบบอัลตราโซนิกจำเป็นต้องมีการออกแบบอย่างระมัดระวังของแอมพลิฟายเออร์แอนะล็อกที่ปลายรับสัญญาณและการประมวลผลสัญญาณที่ครอบคลุมเพื่อแยกสัญญาณที่ถูกต้องจากเสียงสะท้อนทุติยภูมิ การแพร่กระจายแบบหลายเส้นทาง และเสียงรบกวนทั้งหมดที่เกิดจากสิ่งแวดล้อมขั้นตอนการออกแบบและการทดลองได้รับการบันทึกไว้อย่างดีเนื่องจาก [Jianjia] ไม่สามารถใช้อุโมงค์ลมเพื่อทดสอบและสอบเทียบได้ เขาจึงติดตั้งเครื่องวัดความเร็วลมบนหลังคารถของเขาชั่วคราวแล้วจากไปค่าที่ได้จะแปรผันตามความเร็ว GPS ของรถ แต่จะสูงกว่าเล็กน้อยอาจเกิดจากข้อผิดพลาดในการคำนวณหรือปัจจัยภายนอก เช่น ลมหรือกระแสลมรบกวนจากรถทดสอบหรือการจราจรบนถนนอื่นๆ
เซ็นเซอร์อื่นๆ ได้แก่ เซ็นเซอร์วัดปริมาณน้ำฝนแบบออปติคัล เซ็นเซอร์วัดแสง เซ็นเซอร์วัดแสง และ BME280 สำหรับวัดความดันอากาศ ความชื้น และอุณหภูมิJianjia วางแผนที่จะใช้ QingStation บนเรือขับเคลื่อนอัตโนมัติ ดังนั้นเขาจึงเพิ่ม IMU, เข็มทิศ, GPS และไมโครโฟนสำหรับเสียงรอบข้าง
ด้วยความก้าวหน้าในด้านเซนเซอร์ อิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบ การสร้างสถานีตรวจอากาศส่วนบุคคลจึงง่ายกว่าที่เคยความพร้อมใช้งานของโมดูลเครือข่ายราคาประหยัดช่วยให้เรามั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ IoT เหล่านี้สามารถส่งข้อมูลไปยังฐานข้อมูลสาธารณะ โดยให้ข้อมูลสภาพอากาศที่เกี่ยวข้องในสภาพแวดล้อมโดยรอบแก่ชุมชนท้องถิ่น
Manolis Nikiforakis กำลังพยายามสร้าง Weather Pyramid ซึ่งเป็นอุปกรณ์ตรวจวัดสภาพอากาศแบบโซลิดสเตตทั้งหมด ไม่ต้องบำรุงรักษา พลังงานและการสื่อสารอัตโนมัติ ซึ่งออกแบบมาเพื่อการใช้งานในวงกว้างโดยทั่วไป สถานีตรวจอากาศจะติดตั้งเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ ความดัน ความชื้น ความเร็วลม และการตกตะกอนแม้ว่าพารามิเตอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่สามารถวัดได้โดยใช้เซ็นเซอร์โซลิดสเตต แต่การกำหนดความเร็วลม ทิศทาง และการตกตะกอน โดยทั่วไปต้องใช้อุปกรณ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าบางรูปแบบ
การออกแบบเซ็นเซอร์ดังกล่าวมีความซับซ้อนและท้าทายเมื่อวางแผนการปรับใช้ขนาดใหญ่ คุณยังต้องแน่ใจว่าการปรับใช้นั้นคุ้มค่า ติดตั้งง่าย และไม่ต้องการการบำรุงรักษาบ่อยครั้งการขจัดปัญหาเหล่านี้ทั้งหมดอาจนำไปสู่การก่อสร้างสถานีตรวจอากาศที่เชื่อถือได้มากขึ้นและราคาถูกลง ซึ่งสามารถติดตั้งได้จำนวนมากในพื้นที่ห่างไกล
มาโนลิสมีแนวคิดบางประการเกี่ยวกับวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้เขาวางแผนที่จะจับความเร็วและทิศทางลมจากมาตรความเร่ง ไจโรสโคป และเข็มทิศในหน่วยเซ็นเซอร์เฉื่อย (IMU) (อาจเป็น MPU-9150)แผนคือการติดตามการเคลื่อนไหวของเซ็นเซอร์ IMU ขณะที่มันแกว่งอย่างอิสระบนสายเคเบิล เหมือนลูกตุ้มเขาได้ทำการคำนวณบนผ้าเช็ดปากแล้ว และดูมั่นใจว่าพวกเขาจะให้ผลลัพธ์ตามที่เขาต้องการเมื่อทำการทดสอบต้นแบบการตรวจจับปริมาณน้ำฝนจะดำเนินการโดยใช้เซ็นเซอร์คาปาซิทีฟโดยใช้เซ็นเซอร์เฉพาะ เช่น MPR121 หรือฟังก์ชันสัมผัสในตัวใน ESP32การออกแบบและตำแหน่งของรางอิเล็กโทรดมีความสำคัญมากสำหรับการตรวจวัดปริมาณน้ำฝนที่ถูกต้องโดยการตรวจจับเม็ดฝนการกระจายขนาด รูปร่าง และน้ำหนักของตัวเครื่องที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากส่งผลต่อช่วง ความละเอียด และความแม่นยำของเครื่องมือManolis กำลังทำงานกับแนวคิดการออกแบบหลายอย่างที่เขาวางแผนจะลองใช้ก่อนที่จะตัดสินใจว่าสถานีตรวจอากาศทั้งหมดจะอยู่ภายในตัวเครื่องที่หมุนได้หรือเพียงแค่เซ็นเซอร์ภายในเท่านั้น
เนื่องจากความสนใจของเขาในด้านอุตุนิยมวิทยา [คาร์ล] ได้สร้างสถานีตรวจอากาศขึ้น เซ็นเซอร์ใหม่ล่าสุดคือเซ็นเซอร์ลมอัลตราโซนิก ซึ่งใช้เวลาบินของพัลส์อัลตราโซนิกเพื่อกำหนดความเร็วลม
เซ็นเซอร์ของคาร์ลาใช้ทรานสดิวเซอร์อัลตราโซนิกสี่ตัวในทิศทางเหนือ ใต้ ตะวันออก และตะวันตก เพื่อตรวจจับความเร็วลมด้วยการวัดเวลาที่พัลส์อัลตราโซนิกเคลื่อนที่ระหว่างเซ็นเซอร์ในห้องและลบการวัดภาคสนาม เราจะได้เวลาการบินสำหรับแต่ละแกนและความเร็วลมด้วย
นี่เป็นการสาธิตโซลูชันทางวิศวกรรมที่น่าประทับใจ พร้อมด้วยรายงานการออกแบบที่มีรายละเอียดน่าทึ่ง