अल्ट्रासोनिक ॲनिमोमीटर

हवामान केंद्रे हा विविध पर्यावरणीय सेन्सर्सवर प्रयोग करण्यासाठी एक लोकप्रिय प्रकल्प आहे, आणि वाऱ्याचा वेग व दिशा निश्चित करण्यासाठी सहसा एक साधे कप ॲनिमोमीटर आणि वातचक्र निवडले जाते. जियानजिया मा यांच्या किंगस्टेशनसाठी, त्यांनी एका वेगळ्या प्रकारचा पवन सेन्सर तयार करण्याचे ठरवले: एक अल्ट्रासॉनिक ॲनिमोमीटर.
अल्ट्रासोनिक ॲनिमोमीटरमध्ये कोणतेही हलणारे भाग नसतात, परंतु त्याबदल्यात इलेक्ट्रॉनिक गुंतागुंत लक्षणीयरीत्या वाढते. अल्ट्रासोनिक ध्वनी स्पंद एका ज्ञात अंतरावर असलेल्या रिसीव्हरपर्यंत परावर्तित होण्यास लागणारा वेळ मोजून ते काम करतात. एकमेकांना लंब असलेल्या अल्ट्रासोनिक सेन्सर्सच्या दोन जोड्यांमधून वेगाचे वाचन घेऊन आणि साध्या त्रिकोणमितीचा वापर करून वाऱ्याची दिशा मोजता येते. अल्ट्रासोनिक ॲनिमोमीटरच्या योग्य कार्यासाठी, रिसीव्हिंग टोकावरील ॲनालॉग ॲम्प्लिफायरची काळजीपूर्वक रचना आणि दुय्यम प्रतिध्वनी, मल्टीपाथ प्रोपगेशन व पर्यावरणामुळे होणाऱ्या सर्व गोंगाटातून योग्य सिग्नल वेगळा करण्यासाठी विस्तृत सिग्नल प्रोसेसिंगची आवश्यकता असते. याची रचना आणि प्रायोगिक प्रक्रिया चांगल्या प्रकारे दस्तऐवजीकृत आहेत. [जियानजिया] चाचणी आणि कॅलिब्रेशनसाठी विंड टनेल वापरू न शकल्यामुळे, त्यांनी तात्पुरते ॲनिमोमीटर त्यांच्या गाडीच्या छतावर बसवले आणि ते निघून गेले. मिळालेले मूल्य गाडीच्या जीपीएस वेगाच्या प्रमाणात आहे, परंतु किंचित जास्त आहे. हे गणनेतील चुकांमुळे किंवा चाचणी वाहन किंवा रस्त्यावरील इतर वाहतुकीमुळे निर्माण होणारे वाऱ्याचे किंवा हवेच्या प्रवाहातील अडथळे यांसारख्या बाह्य घटकांमुळे असू शकते.
इतर सेन्सर्समध्ये ऑप्टिकल रेन सेन्सर्स, लाईट सेन्सर्स आणि हवेचा दाब, आर्द्रता व तापमान मोजण्यासाठी BME280 यांचा समावेश आहे. जियानजिया एका स्वायत्त बोटीवर किंगस्टेशन वापरण्याची योजना आखत आहेत, त्यामुळे त्यांनी त्यात IMU, कंपास, GPS आणि सभोवतालच्या आवाजासाठी मायक्रोफोन देखील जोडले आहेत.
सेन्सर्स, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि प्रोटोटाइपिंग तंत्रज्ञानातील प्रगतीमुळे, वैयक्तिक हवामान केंद्र तयार करणे पूर्वीपेक्षा सोपे झाले आहे. कमी किमतीच्या नेटवर्क मॉड्यूल्सच्या उपलब्धतेमुळे, ही IoT उपकरणे त्यांची माहिती सार्वजनिक डेटाबेसमध्ये प्रसारित करू शकतात, ज्यामुळे स्थानिक समुदायांना त्यांच्या परिसरातील संबंधित हवामानाची माहिती मिळते.
मॅनोलिस निकिफोराकिस 'वेदर पिरॅमिड' नावाचा एक हवामान पिरॅमिड तयार करण्याचा प्रयत्न करत आहेत. हे एक पूर्णपणे सॉलिड-स्टेट, देखभाल-मुक्त, ऊर्जा आणि संप्रेषणाच्या बाबतीत स्वायत्त असे हवामान मापन उपकरण असून, ते मोठ्या प्रमाणावर तैनात करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहे. सामान्यतः, हवामान केंद्रे तापमान, दाब, आर्द्रता, वाऱ्याचा वेग आणि पर्जन्यमान मोजणाऱ्या सेन्सर्सनी सुसज्ज असतात. यापैकी बहुतेक पॅरामीटर्स सॉलिड-स्टेट सेन्सर्स वापरून मोजता येत असले तरी, वाऱ्याचा वेग, दिशा आणि पर्जन्यमान निश्चित करण्यासाठी सहसा कोणत्यातरी प्रकारच्या इलेक्ट्रोमेकॅनिकल उपकरणाची आवश्यकता असते.
अशा सेन्सर्सची रचना गुंतागुंतीची आणि आव्हानात्मक असते. मोठ्या प्रमाणावर उभारणीचे नियोजन करताना, ते किफायतशीर, स्थापित करण्यास सोपे आणि ज्यांना वारंवार देखभालीची आवश्यकता नाही, असे असावेत याचीही खात्री करणे आवश्यक असते. या सर्व समस्या दूर केल्यास अधिक विश्वसनीय आणि कमी खर्चाची हवामान केंद्रे उभारता येतील, जी नंतर दुर्गम भागांमध्ये मोठ्या संख्येने स्थापित केली जाऊ शकतील.
या समस्या कशा सोडवायच्या याबद्दल मानोलिसकडे काही कल्पना आहेत. तो एका इनर्शियल सेन्सर युनिट (IMU) (बहुधा MPU-9150) मधील ॲक्सिलरोमीटर, जायरोस्कोप आणि कंपासमधून वाऱ्याचा वेग आणि दिशा मिळवण्याची योजना आखत आहे. एका लंबकाप्रमाणे केबलवर मुक्तपणे झुलणाऱ्या IMU सेन्सरच्या हालचालीचा मागोवा घेण्याची योजना आहे. त्याने एका नॅपकिनवर काही आकडेमोड केली आहे आणि त्याला विश्वास आहे की प्रोटोटाइपची चाचणी करताना त्याला आवश्यक असलेले परिणाम मिळतील. पर्जन्यमानाचे मापन MPR121 सारख्या समर्पित सेन्सरचा किंवा ESP32 मधील अंगभूत टच फंक्शनचा वापर करून कॅपॅसिटिव्ह सेन्सर्सद्वारे केले जाईल. पावसाचे थेंब शोधून पर्जन्यमानाचे अचूक मापन करण्यासाठी इलेक्ट्रोड ट्रॅकची रचना आणि स्थान खूप महत्त्वाचे आहे. ज्या आवरणात सेन्सर बसवला जातो त्याचा आकार, स्वरूप आणि वजनाचे वितरण देखील महत्त्वाचे आहे, कारण त्याचा परिणाम उपकरणाच्या रेंज, रिझोल्यूशन आणि अचूकतेवर होतो. संपूर्ण हवामान केंद्र फिरणाऱ्या आवरणात असेल की फक्त सेन्सर्स आत असतील हे ठरवण्यापूर्वी मानोलिस अनेक डिझाइन कल्पनांवर काम करत आहे आणि त्या वापरून पाहण्याची त्याची योजना आहे.
हवामानशास्त्रातील त्याच्या आवडीमुळे, [कार्लने] एक हवामान केंद्र उभारले. यापैकी सर्वात नवीन म्हणजे अल्ट्रासोनिक पवन संवेदक, जो वाऱ्याचा वेग निश्चित करण्यासाठी अल्ट्रासोनिक स्पंदांच्या उड्डाण वेळेचा वापर करतो.
कार्लाचा सेन्सर वाऱ्याचा वेग शोधण्यासाठी उत्तर, दक्षिण, पूर्व आणि पश्चिम दिशेला लावलेले चार अल्ट्रासॉनिक ट्रान्सड्यूसर वापरतो. खोलीतील सेन्सर्सच्या दरम्यान अल्ट्रासॉनिक पल्सला प्रवास करण्यास लागणारा वेळ मोजून आणि त्यातून प्रत्यक्ष क्षेत्रातील मोजमापे वजा करून, आपल्याला प्रत्येक अक्षासाठी लागणारा प्रवासाचा वेळ आणि त्यावरून वाऱ्याचा वेग मिळतो.
हे अभियांत्रिकी उपायांचे एक प्रभावी प्रदर्शन असून, त्यासोबत एक अत्यंत तपशीलवार रचना अहवालही जोडलेला आहे.