अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर

मौसम स्टेशन विभिन्न पर्यावरणीय संवेदकों 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 चयन किया जाता है। जियानजिया मा के किंगस्टेशन के लिए, उन्होंने एक अलग प्रकार का पवन संवेदक बनाने का निर्णय लिया: एक अल्ट्रासोनिक एनीमोमीटर।
अल्ट्रासोनिक एनेमोमीटर में कोई गतिशील पुर्जा नहीं होता, लेकिन इसकी कीमत यह है कि इसकी इलेक्ट्रॉनिक जटिलता काफी बढ़ जाती है। ये उपकरण एक ज्ञात दूरी पर स्थित रिसीवर तक अल्ट्रासोनिक ध्वनि तरंग के परावर्तित होने में लगने वाले समय को मापकर कार्य करते हैं। हवा की दिशा की गणना एक दूसरे के लंबवत स्थित दो अल्ट्रासोनिक सेंसरों से गति मापकर और सरल त्रिकोणमिति का उपयोग करके की जा सकती है। अल्ट्रासोनिक एनेमोमीटर के सही संचालन के लिए रिसीवर छोर पर एनालॉग एम्पलीफायर का सावधानीपूर्वक डिज़ाइन और द्वितीयक प्रतिध्वनियों, बहुपथ प्रसार और पर्यावरण से उत्पन्न सभी शोर से सही सिग्नल निकालने के लिए व्यापक सिग्नल प्रोसेसिंग की आवश्यकता होती है। डिज़ाइन और प्रायोगिक प्रक्रियाओं का अच्छी तरह से दस्तावेजीकरण किया गया है। चूंकि [जियानजिया] परीक्षण और अंशांकन के लिए पवन सुरंग का उपयोग करने में असमर्थ थे, इसलिए उन्होंने अस्थायी रूप से एनेमोमीटर को अपनी कार की छत पर स्थापित किया और चले गए। परिणामी मान कार की जीपीएस गति के समानुपाती है, लेकिन थोड़ा अधिक है। यह गणना त्रुटियों या परीक्षण वाहन या अन्य सड़क यातायात से हवा या वायु प्रवाह संबंधी गड़बड़ी जैसे बाहरी कारकों के कारण हो सकता है।
अन्य सेंसरों में ऑप्टिकल रेन सेंसर, लाइट सेंसर और वायु दाब, आर्द्रता और तापमान मापने के लिए BME280 शामिल हैं। जियानजिया की योजना किंगस्टेशन का उपयोग एक स्वायत्त नाव पर करने की है, इसलिए उन्होंने इसमें IMU, कंपास, GPS और परिवेशी ध्वनि मापने के लिए माइक्रोफोन भी जोड़ा है।
सेंसर, इलेक्ट्रॉनिक्स और प्रोटोटाइपिंग तकनीक में हुई प्रगति के कारण, व्यक्तिगत मौसम स्टेशन बनाना पहले से कहीं अधिक आसान हो गया है। कम लागत वाले नेटवर्क मॉड्यूल की उपलब्धता से यह सुनिश्चित किया जा सकता है कि ये IoT उपकरण अपनी जानकारी सार्वजनिक डेटाबेस में भेज सकें, जिससे स्थानीय समुदायों को उनके आसपास के मौसम से संबंधित प्रासंगिक डेटा मिल सके।
मनोलिस निकिफोराकिस एक वेदर पिरामिड बनाने की कोशिश कर रहे हैं, जो पूरी तरह से सॉलिड-स्टेट, रखरखाव-मुक्त, ऊर्जा और संचार-स्वायत्त मौसम मापन उपकरण है और बड़े पैमाने पर तैनाती के लिए डिज़ाइन किया गया है। आमतौर पर, मौसम स्टेशनों में तापमान, दबाव, आर्द्रता, हवा की गति और वर्षा मापने वाले सेंसर लगे होते हैं। इनमें से अधिकांश मापदंडों को सॉलिड-स्टेट सेंसर 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, यह सुनिश्चित करना भी आवश्यक है कि वे किफायती हों, आसानी से स्थापित किए जा सकें और उन्हें बार-बार रखरखाव की आवश्यकता न हो। इन सभी समस्याओं को दूर करने से अधिक विश्वसनीय और कम खर्चीले मौसम स्टेशनों का निर्माण संभव हो सकता है, जिन्हें बाद में दूरस्थ क्षेत्रों में बड़ी संख्या में स्थापित किया जा सकता है।
मैनोलिस के पास इन समस्याओं को हल करने के कुछ विचार हैं। वह एक इनर्शियल सेंसर यूनिट (IMU) (संभवतः MPU-9150) में एक्सेलेरोमीटर, जाइरोस्कोप और कंपास से हवा की गति और दिशा को कैप्चर करने की योजना बना रहे हैं। योजना यह है कि IMU सेंसर की गति को ट्रैक किया जाए क्योंकि यह एक केबल पर पेंडुलम की तरह स्वतंत्र रूप से झूलता है। उन्होंने एक नैपकिन पर कुछ गणनाएँ की हैं और उन्हें विश्वास है कि प्रोटोटाइप का परीक्षण करते समय उन्हें आवश्यक परिणाम मिलेंगे। वर्षा का संवेदन कैपेसिटिव सेंसर का उपयोग करके किया जाएगा, जिसके लिए MPR121 जैसे समर्पित सेंसर या ESP32 में अंतर्निहित टच फ़ंक्शन का उपयोग किया जाएगा। वर्षा की बूंदों का पता लगाकर सही वर्षा मापन के लिए इलेक्ट्रोड ट्रैक का डिज़ाइन और स्थान बहुत महत्वपूर्ण हैं। सेंसर को जिस हाउसिंग में लगाया जाता है, उसका आकार, आकृति और भार वितरण भी महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे उपकरण की रेंज, रिज़ॉल्यूशन और सटीकता को प्रभावित करते हैं। मैनोलिस कई डिज़ाइन विचारों पर काम कर रहे हैं जिन्हें वह यह तय करने से पहले आज़माना चाहते हैं कि पूरा मौसम स्टेशन घूमने वाले हाउसिंग के अंदर होगा या केवल सेंसर अंदर होंगे।
मौसम विज्ञान में अपनी रुचि के कारण, [कार्ल] ने एक मौसम स्टेशन बनाया। इनमें सबसे नया अल्ट्रासोनिक पवन सेंसर है, जो हवा की गति निर्धारित करने के लिए अल्ट्रासोनिक स्पंदनों के उड़ान समय का उपयोग करता है।
कार्ला के सेंसर में हवा की गति का पता लगाने के लिए उत्तर, दक्षिण, पूर्व और पश्चिम दिशाओं में स्थित चार अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर लगे हैं। कमरे में सेंसरों के बीच अल्ट्रासोनिक पल्स द्वारा तय की गई दूरी को मापकर और उसमें से फील्ड मापों को घटाकर, हम प्रत्येक अक्ष के लिए उड़ान समय और इस प्रकार हवा की गति प्राप्त करते हैं।
यह इंजीनियरिंग समाधानों का एक प्रभावशाली प्रदर्शन है, जिसके साथ एक आश्चर्यजनक रूप से विस्तृत डिजाइन रिपोर्ट भी प्रस्तुत की गई है।