초음파 풍속계

기상 관측소는 다양한 환경 센서를 실험하기 위한 인기 있는 프로젝트이며, 풍속과 방향을 결정하기 위해 일반적으로 간단한 컵형 풍속계와 풍향계가 선택됩니다.Jianjia Ma의 QingStation을 위해 그는 다른 유형의 풍속 센서인 초음파 풍속계를 구축하기로 결정했습니다.
초음파 풍속계에는 움직이는 부품이 없지만 전자적 복잡성이 크게 증가한다는 단점이 있습니다.초음파 사운드 펄스가 알려진 거리의 수신기에 반사되는 데 걸리는 시간을 측정하여 작동합니다.풍향은 서로 수직인 두 쌍의 초음파 센서에서 속도를 판독하고 간단한 삼각법을 사용하여 계산할 수 있습니다.초음파 풍속계가 올바르게 작동하려면 수신 측 아날로그 증폭기를 신중하게 설계해야 하며, 2차 에코, 다중 경로 전파 및 환경으로 인해 발생하는 모든 잡음에서 올바른 신호를 추출하기 위한 광범위한 신호 처리가 필요합니다.설계 및 실험 절차는 잘 문서화되어 있습니다.[Jianjia]는 테스트 및 교정을 위해 풍동을 사용할 수 없었기 때문에 일시적으로 자동차 지붕에 풍속계를 설치하고 떠났습니다.결과 값은 자동차의 GPS 속도에 비례하지만 약간 더 높습니다.이는 계산 오류나 테스트 차량이나 기타 도로 교통으로 인한 바람이나 기류 교란과 같은 외부 요인으로 인해 발생할 수 있습니다.
기타 센서로는 광학 레인 센서, 광 센서, 광 센서 및 기압, 습도 및 온도 측정용 BME280이 있습니다.Jianjia는 자율주행 보트에서 QingStation을 사용할 계획이므로 IMU, 나침반, GPS 및 주변 소리를 위한 마이크도 추가했습니다.
센서, 전자 장치 및 프로토타입 기술의 발전 덕분에 개인 기상 관측소를 구축하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌습니다.저렴한 네트워크 모듈을 사용하면 이러한 IoT 장치가 정보를 공공 데이터베이스로 전송하여 지역 사회에 주변의 관련 기상 데이터를 제공할 수 있습니다.
Manolis Nikiforakis는 대규모 배치를 위해 설계된 완전 고체 상태이고 유지 관리가 필요 없으며 에너지 및 통신 자율 기상 측정 장치인 Weather Pyramid를 구축하려고 합니다.일반적으로 기상 관측소에는 온도, 기압, 습도, 풍속 및 강수량을 측정하는 센서가 장착되어 있습니다.이러한 매개변수의 대부분은 고체 센서를 사용하여 측정할 수 있지만 풍속, 방향 및 강수량을 결정하려면 일반적으로 일종의 전기 기계 장치가 필요합니다.
이러한 센서의 설계는 복잡하고 까다롭습니다.대규모 배포를 계획할 때는 비용 효율적이고, 설치가 쉽고, 자주 유지 관리할 필요가 없는지 확인해야 합니다.이러한 모든 문제를 해결하면 보다 안정적이고 저렴한 기상 관측소를 건설할 수 있으며, 이를 통해 외딴 지역에 대규모로 설치할 수 있습니다.
Manolis는 이러한 문제를 해결하는 방법에 대한 몇 가지 아이디어를 가지고 있습니다.그는 관성 센서 장치(IMU)(아마 MPU-9150)의 가속도계, 자이로스코프 및 나침반에서 풍속과 방향을 캡처할 계획입니다.계획은 진자처럼 케이블 위에서 자유롭게 흔들리는 IMU 센서의 움직임을 추적하는 것입니다.그는 냅킨에 대해 몇 가지 계산을 수행했으며 프로토타입을 테스트할 때 필요한 결과를 얻을 것이라고 확신하는 것 같습니다.강우량 감지는 MPR121과 같은 전용 센서 또는 ESP32에 내장된 터치 기능을 사용하는 정전식 센서를 사용하여 수행됩니다.빗방울을 감지하여 정확한 강수량을 측정하려면 전극 트랙의 설계와 위치가 매우 중요합니다.센서가 장착되는 하우징의 크기, 모양 및 무게 분포도 기기의 범위, 분해능 및 정확도에 영향을 미치므로 매우 중요합니다.Manolis는 전체 기상 관측소가 회전 하우징 내부에 있을 것인지, 아니면 센서만 내부에 있을 것인지 결정하기 전에 시도해 볼 계획인 몇 가지 디자인 아이디어를 연구하고 있습니다.
기상학에 대한 관심 때문에 [Karl]은 기상 관측소를 건설했습니다. 이들 중 가장 최신 것은 초음파 펄스의 비행 시간을 사용하여 풍속을 결정하는 초음파 풍속 센서입니다.
Carla의 센서는 풍속을 감지하기 위해 북쪽, 남쪽, 동쪽, 서쪽 방향의 4개의 초음파 변환기를 사용합니다.초음파 펄스가 실내의 센서 사이를 이동하는 데 걸리는 시간을 측정하고 현장 측정값을 빼면 각 축의 비행 시간과 그에 따른 풍속을 얻을 수 있습니다.
이는 놀랍도록 상세한 설계 보고서와 함께 엔지니어링 솔루션의 인상적인 시연입니다.