Ultraschall-Anemometer

Wiederstatiounen sinn e populärt Projet fir mat verschiddenen Ëmweltsensoren ze experimentéieren, an en einfachen Taassanemometer a Wiederflillek gi meeschtens gewielt fir d'Wandgeschwindegkeet an d'Richtung ze bestëmmen. Fir d'QingStation vum Jianjia Ma huet hien decidéiert eng aner Zort Wandsensor ze bauen: en Ultraschallanemometer.
Ultraschall-Anemometer hunn keng bewegend Deeler, awer den Nodeel ass eng bedeitend Erhéijung vun der elektronescher Komplexitéit. Si funktionéieren andeems se d'Zäit moossen, déi en Ultraschall-Schallimpuls brauch fir un en Empfänger op enger bekannter Distanz ze reflektéieren. D'Wandrichtung kann berechent ginn andeems Geschwindegkeetsmiessunge vun zwou Puer Ultraschallsensoren, déi senkrecht zueneen stinn, gemaach ginn a mat einfacher Trigonometrie benotzt ginn. De richtege Betrib vun engem Ultraschall-Anemometer erfuerdert e virsiichtegen Design vum analoge Verstärker um Empfangsende an eng extensiv Signalveraarbechtung fir dat korrekt Signal aus sekundären Echoen, Multipath-Ausbreedung an all Geräischer, déi vun der Ëmwelt verursaacht ginn, ze extrahéieren. Den Design an d'experimentell Prozedure si gutt dokumentéiert. Well [Jianjia] de Wandtunnel net fir Tester a Kalibrierung benotze konnt, huet hien den Anemometer temporär um Daach vu sengem Auto installéiert a fortgefuer. De resultéierende Wäert ass proportional zu der GPS-Geschwindegkeet vum Auto, awer liicht méi héich. Dëst kann op Berechnungsfeeler oder extern Faktoren wéi Wand- oder Loftstroumstéierunge vum Testfahrzeug oder anerem Stroosseverkéier zréckzeféieren sinn.
Aner Sensore sinn optesch Reensensoren, Liichtsensoren, Liichtsensoren a BME280 fir d'Miessung vum Loftdrock, der Fiichtegkeet an der Temperatur. De Jianjia plangt d'QingStation op engem autonome Boot ze benotzen, dofir huet hien och eng IMU, e Kompass, e GPS an e Mikrofon fir den Ëmgéigendgeräisch bäigefüügt.
Dank Fortschrëtter bei Sensoren, Elektronik a Prototyping-Technologie ass et méi einfach wéi jee virdrun, eng perséinlech Wiederstatioun ze bauen. D'Disponibilitéit vu bëllegen Netzwierkmoduler erlaabt eis sécherzestellen, datt dës IoT-Geräter hir Informatiounen un ëffentlech Datebanke weiderginn kënnen, sou datt lokal Gemeinschaften relevant Wiederdaten an hirer Ëmgéigend kréien.
De Manolis Nikiforakis probéiert eng Wiederpyramide ze bauen, en komplett aus Festkierper, wartungsfräien, energie- a Kommunikatiounsautonomen Wiedermiessgerät, deen fir grouss Asaz entwéckelt gouf. Typesch si Wiederstatiounen mat Sensoren ausgestatt, déi Temperatur, Drock, Fiichtegkeet, Wandgeschwindegkeet a Nidderschlag moossen. Wärend déi meescht vun dëse Parameteren mat Festkierpersensore gemooss kënne ginn, erfuerdert d'Bestimmung vu Wandgeschwindegkeet, -richtung a Nidderschlag typescherweis eng Form vun engem elektromechaneschen Apparat.
Den Design vun esou Sensoren ass komplex an usprochsvoll. Wann Dir grouss Asätz plangt, musst Dir och sécher stellen, datt se käschtegënschteg, einfach ze installéieren an net heefeg Ënnerhalt erfuerderen. D'Eliminatioun vun all dëse Problemer kéint zum Bau vu méi zouverléissegen a manner deieren Wiederstatiounen féieren, déi dann a groussen Zuelen a wäit ewechgeleeëne Gebidder installéiert kéinte ginn.
De Manolis huet e puer Iddien, wéi ee dës Problemer léise kann. Hie plangt, d'Wandgeschwindegkeet an d'Richtung vum Beschleunigungsmesser, Gyroskop a Kompass an enger Inertialsensoreenheet (IMU) (wahrscheinlech en MPU-9150) ze erfassen. De Plang ass, d'Bewegung vum IMU-Sensor ze verfollegen, wéi e fräi op engem Kabel schwéngt, wéi e Pendel. Hie huet e puer Berechnungen op enger Serviett gemaach a schéngt zouversiichtlech, datt se déi Resultater ginn, déi hie beim Test vum Prototyp brauch. D'Nidderschlagsmessung gëtt mat kapazitive Sensoren duerchgefouert, déi en dedizéierte Sensor wéi den MPR121 oder déi agebaute Touchfunktioun am ESP32 benotzen. Den Design an d'Plazéierung vun den Elektrodenbunne si ganz wichteg fir eng korrekt Nidderschlagsmessung duerch d'Detektioun vu Reendrëpsen. D'Gréisst, d'Form an d'Gewiichtsverdeelung vum Gehäuse, an deem de Sensor montéiert ass, si ganz entscheedend, well se d'Reechwäit, d'Opléisung an d'Genauegkeet vum Instrument beaflossen. De Manolis schafft un e puer Designideen, déi hie plangt auszeprobéieren, ier hien decidéiert, ob déi ganz Wiederstatioun am rotéierende Gehäuse oder nëmmen d'Sensoren dran ass.
Wéinst sengem Interessi un der Meteorologie huet de [Karl] eng Wiederstatioun gebaut. Déi neist dovun ass den Ultraschall-Wandsensor, deen d'Fluchzäit vun Ultraschallimpulser benotzt fir d'Wandgeschwindegkeet ze bestëmmen.
De Sensor vun der Carla benotzt véier Ultraschallwandler, déi no Norden, Süden, Osten a Westen ausgeriicht sinn, fir d'Wandgeschwindegkeet ze detektéieren. Indem mir d'Zäit moossen, déi en Ultraschallpuls brauch fir tëscht de Sensoren an engem Raum ze reesen, an d'Feldmiessunge subtrahéieren, kréie mir d'Fluchzäit fir all Achs an domat d'Wandgeschwindegkeet.
Dëst ass eng beandrockend Demonstratioun vun Ingenieursléisungen, begleet vun engem erstaunlech detailléierte Konzeptbericht.