अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर

मौसम केंद्र विभिन्न पर्यावरणीय सेंसरों के साथ प्रयोग करने के लिए एक लोकप्रिय परियोजना है, और हवा की गति और दिशा निर्धारित करने के लिए आमतौर पर एक साधारण कप एनीमोमीटर और वेदर वेन का उपयोग किया जाता है। जियानजिया मा के किंगस्टेशन के लिए, उन्होंने एक अलग प्रकार का पवन सेंसर बनाने का फैसला किया: एक अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर।
अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर में कोई गतिशील भाग नहीं होता, लेकिन इलेक्ट्रॉनिक जटिलता में उल्लेखनीय वृद्धि के कारण यह एक नुकसान है। ये एक ज्ञात दूरी पर स्थित रिसीवर तक अल्ट्रासोनिक ध्वनि स्पंद के परावर्तित होने में लगने वाले समय को मापकर काम करते हैं। हवा की दिशा की गणना एक-दूसरे के लंबवत दो जोड़ी अल्ट्रासोनिक सेंसरों से गति माप लेकर और सरल त्रिकोणमिति का उपयोग करके की जा सकती है। अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर के उचित संचालन के लिए प्राप्तकर्ता छोर पर एनालॉग एम्पलीफायर के सावधानीपूर्वक डिज़ाइन और द्वितीयक प्रतिध्वनि, बहुपथ प्रसार, और पर्यावरण से उत्पन्न सभी शोर से सही सिग्नल निकालने के लिए व्यापक सिग्नल प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है। डिज़ाइन और प्रयोगात्मक प्रक्रियाएँ अच्छी तरह से प्रलेखित हैं। चूँकि [जियानजिया] परीक्षण और अंशांकन के लिए पवन सुरंग का उपयोग करने में असमर्थ थे, इसलिए उन्होंने अस्थायी रूप से एनीमोमीटर को अपनी कार की छत पर स्थापित किया और चले गए। परिणामी मान कार की GPS गति के समानुपाती होता है, लेकिन थोड़ा अधिक होता है। यह गणना त्रुटियों या बाहरी कारकों, जैसे परीक्षण वाहन या अन्य सड़क यातायात से हवा या वायु प्रवाह में गड़बड़ी, के कारण हो सकता है।
अन्य सेंसरों में ऑप्टिकल रेन सेंसर, लाइट सेंसर, लाइट सेंसर और वायु दाब, आर्द्रता और तापमान मापने के लिए BME280 शामिल हैं। जियानजिया किंगस्टेशन का उपयोग एक स्वचालित नाव पर करने की योजना बना रहे हैं, इसलिए उन्होंने परिवेशी ध्वनि के लिए एक IMU, कंपास, GPS और माइक्रोफ़ोन भी जोड़ा है।
सेंसर, इलेक्ट्रॉनिक्स और प्रोटोटाइपिंग तकनीक में हुई प्रगति की बदौलत, व्यक्तिगत मौसम केंद्र बनाना पहले से कहीं ज़्यादा आसान हो गया है। कम लागत वाले नेटवर्क मॉड्यूल की उपलब्धता हमें यह सुनिश्चित करने में मदद करती है कि ये IoT उपकरण अपनी जानकारी सार्वजनिक डेटाबेस तक पहुँचा सकें, जिससे स्थानीय समुदायों को उनके आसपास के मौसम संबंधी प्रासंगिक डेटा मिल सके।
मनोलिस निकिफोराकिस एक मौसम पिरामिड बनाने की कोशिश कर रहे हैं, जो एक पूर्णतः ठोस अवस्था वाला, रखरखाव-मुक्त, ऊर्जा और संचार-स्वायत्त मौसम मापक उपकरण है जिसे बड़े पैमाने पर तैनाती के लिए डिज़ाइन किया गया है। आमतौर पर, मौसम केंद्रों में ऐसे सेंसर लगे होते हैं जो तापमान, दबाव, आर्द्रता, हवा की गति और वर्षा को मापते हैं। हालाँकि इनमें से अधिकांश मापदंडों को ठोस अवस्था वाले सेंसरों का उपयोग करके मापा जा सकता है, लेकिन हवा की गति, दिशा और वर्षा का निर्धारण करने के लिए आमतौर पर किसी न किसी प्रकार के विद्युत-यांत्रिक उपकरण की आवश्यकता होती है।
ऐसे सेंसरों का डिज़ाइन जटिल और चुनौतीपूर्ण होता है। बड़े पैमाने पर तैनाती की योजना बनाते समय, आपको यह भी सुनिश्चित करना होगा कि वे किफ़ायती हों, स्थापित करने में आसान हों और उन्हें बार-बार रखरखाव की आवश्यकता न हो। इन सभी समस्याओं को दूर करने से अधिक विश्वसनीय और कम खर्चीले मौसम केंद्रों का निर्माण संभव हो सकता है, जिन्हें दूर-दराज के इलाकों में बड़ी संख्या में स्थापित किया जा सकता है।
मनोलिस के पास इन समस्याओं को हल करने के कुछ उपाय हैं। वह एक जड़त्वीय सेंसर इकाई (IMU) (संभवतः एक MPU-9150) में एक्सेलेरोमीटर, जायरोस्कोप और कंपास से हवा की गति और दिशा को पकड़ने की योजना बना रहे हैं। योजना यह है कि IMU सेंसर की गति को ट्रैक किया जाए क्योंकि यह एक केबल पर एक पेंडुलम की तरह स्वतंत्र रूप से घूमता है। उन्होंने एक नैपकिन पर कुछ गणनाएँ की हैं और उन्हें विश्वास है कि प्रोटोटाइप के परीक्षण के दौरान वे आवश्यक परिणाम देंगे। वर्षा संवेदन कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग करके किया जाएगा, जिसमें MPR121 जैसे एक समर्पित सेंसर या ESP32 में अंतर्निहित टच फ़ंक्शन का उपयोग किया जाएगा। वर्षा की बूंदों का पता लगाकर वर्षा के सही माप के लिए इलेक्ट्रोड ट्रैक का डिज़ाइन और स्थान बहुत महत्वपूर्ण है। जिस आवरण में सेंसर लगा है उसका आकार, आकृति और भार वितरण भी महत्वपूर्ण है क्योंकि ये उपकरण की सीमा, रिज़ॉल्यूशन और सटीकता को प्रभावित करते हैं। मनोलिस कई डिज़ाइन विचारों पर काम कर रहे हैं जिन्हें वह यह तय करने से पहले आज़माने की योजना बना रहे हैं कि पूरा मौसम केंद्र घूमने वाले आवरण के अंदर होगा या केवल सेंसर अंदर होंगे।
मौसम विज्ञान में अपनी रुचि के कारण, [कार्ल] ने एक मौसम स्टेशन बनाया। इनमें से सबसे नया अल्ट्रासोनिक पवन सेंसर है, जो हवा की गति निर्धारित करने के लिए अल्ट्रासोनिक पल्स के उड़ान समय का उपयोग करता है।
कार्ला का सेंसर हवा की गति का पता लगाने के लिए उत्तर, दक्षिण, पूर्व और पश्चिम दिशा में स्थित चार अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करता है। एक कमरे में सेंसरों के बीच एक अल्ट्रासोनिक पल्स के संचारण में लगने वाले समय को मापकर और क्षेत्र मापों को घटाकर, हम प्रत्येक अक्ष के लिए उड़ान का समय और इस प्रकार हवा की गति प्राप्त करते हैं।
यह इंजीनियरिंग समाधानों का एक प्रभावशाली प्रदर्शन है, जिसके साथ एक अत्यंत विस्तृत डिजाइन रिपोर्ट भी है।