Ուլտրաձայնային անեմոմետր

Եղանակային կայանները տարբեր շրջակա միջավայրի սենսորների հետ փորձարկումների համար տարածված նախագիծ են, և քամու արագությունն ու ուղղությունը որոշելու համար սովորաբար ընտրվում են պարզ գավաթային անեմոմետր և եղանակային թևիկ: Ջիանջիա Մայի Ցինկայանի համար նա որոշեց կառուցել քամու սենսորների մեկ այլ տեսակ՝ ուլտրաձայնային անեմոմետր:
Ուլտրաձայնային անեմոմետրերը շարժական մասեր չունեն, սակայն փոխզիջումը էլեկտրոնային բարդության զգալի աճն է։ Դրանք աշխատում են՝ չափելով այն ժամանակը, որը պահանջվում է ուլտրաձայնային ձայնային իմպուլսի՝ հայտնի հեռավորության վրա ընդունիչին անդրադարձնելու համար։ Քամու ուղղությունը կարելի է հաշվարկել՝ արագության ցուցմունքներ վերցնելով միմյանց ուղղահայաց ուլտրաձայնային սենսորների երկու զույգերից և օգտագործելով պարզ եռանկյունաչափություն։ Ուլտրաձայնային անեմոմետրի ճիշտ աշխատանքը պահանջում է ընդունող ծայրում անալոգային ուժեղացուցիչի ուշադիր նախագծում և լայնածավալ ազդանշանի մշակում՝ երկրորդային արձագանքներից, բազմուղի տարածումից և շրջակա միջավայրի կողմից առաջացած բոլոր աղմուկներից ճիշտ ազդանշանը արդյունահանելու համար։ Նախագծման և փորձարարական ընթացակարգերը լավ փաստաթղթավորված են։ Քանի որ [Ջիանջիան] չէր կարողանում օգտագործել աերոդինամիկ թունելը փորձարկման և կարգաբերման համար, նա ժամանակավորապես տեղադրեց անեմոմետրը իր մեքենայի տանիքին և հեռացավ։ Արդյունքում ստացված արժեքը համեմատական է մեքենայի GPS արագությանը, բայց մի փոքր ավելի բարձր։ Սա կարող է պայմանավորված լինել հաշվարկային սխալներով կամ արտաքին գործոններով, ինչպիսիք են քամու կամ օդի հոսքի խանգարումները փորձարկվող մեքենայից կամ այլ ճանապարհային երթևեկությունից։
Այլ սենսորների թվում են օպտիկական անձրևի սենսորներ, լույսի սենսորներ, լույսի սենսորներ և BME280՝ օդի ճնշումը, խոնավությունը և ջերմաստիճանը չափելու համար: Ջիանջիան պլանավորում է QingStation-ն օգտագործել ինքնավար նավակի վրա, ուստի նա նաև ավելացրել է IMU, կողմնացույց, GPS և միկրոֆոն՝ շրջապատող ձայների համար:
Սենսորների, էլեկտրոնիկայի և նախատիպերի ստեղծման տեխնոլոգիաների զարգացման շնորհիվ անձնական եղանակային կայան կառուցելը ավելի հեշտ է, քան երբևէ: Ցանցային ցածրարժեք մոդուլների առկայությունը թույլ է տալիս մեզ ապահովել, որ այս IoT սարքերը կարողանան իրենց տեղեկատվությունը փոխանցել հանրային տվյալների բազաներին՝ տեղական համայնքներին տրամադրելով շրջակա միջավայրի համապատասխան եղանակային տվյալներ:
Մանոլիս Նիկիֆորակիսը փորձում է կառուցել Եղանակային Պիրամիդ՝ ամբողջությամբ պինդ վիճակում գտնվող, սպասարկման կարիք չունեցող, էներգիայի և կապի միջոցով ինքնավար եղանակի չափման սարք, որը նախատեսված է մեծածավալ տեղակայման համար: Սովորաբար, եղանակային կայանները հագեցած են սենսորներով, որոնք չափում են ջերմաստիճանը, ճնշումը, խոնավությունը, քամու արագությունը և տեղումները: Չնայած այս պարամետրերի մեծ մասը կարող է չափվել պինդ վիճակում գտնվող սենսորների միջոցով, քամու արագությունը, ուղղությունը և տեղումները որոշելը սովորաբար պահանջում է էլեկտրամեխանիկական սարքի որոշակի տեսակ:
Նման սենսորների նախագծումը բարդ է և մարտահրավերներով լի։ Մեծ տեղակայումներ պլանավորելիս անհրաժեշտ է նաև ապահովել, որ դրանք լինեն մատչելի, հեշտ տեղադրվող և հաճախակի սպասարկում չպահանջեն։ Այս բոլոր խնդիրների վերացումը կարող է հանգեցնել ավելի հուսալի և էժան եղանակային կայանների կառուցմանը, որոնք հետագայում կարող են մեծ թվով տեղադրվել հեռավոր վայրերում։
Մանոլիսն ունի որոշ գաղափարներ այս խնդիրները լուծելու վերաբերյալ: Նա պլանավորում է քամու արագությունն ու ուղղությունը գրանցել աքսելերոմետրից, գիրոսկոպից և կողմնացույցից՝ իներցիոն սենսորային միավորի (IMU) միջոցով (հավանաբար MPU-9150): Ծրագիրը նախատեսում է հետևել IMU սենսորի շարժմանը, երբ այն ազատորեն տատանվում է մալուխի վրա, ինչպես ճոճանակ: Նա որոշ հաշվարկներ է կատարել անձեռոցիկի վրա և, կարծես, վստահ է, որ դրանք կտան անհրաժեշտ արդյունքները նախատիպը փորձարկելիս: Անձրևի չափումը կիրականացվի կոնդենսատորային սենսորների միջոցով՝ օգտագործելով հատուկ սենսոր, ինչպիսին է MPR121-ը կամ ESP32-ում ներկառուցված հպման գործառույթը: Էլեկտրոդային հետքերի դիզայնը և տեղադրությունը շատ կարևոր են տեղումների ճիշտ չափման համար՝ անձրևի կաթիլները հայտնաբերելու միջոցով: Սենսորը տեղադրված պատյանի չափը, ձևը և քաշի բաշխումը նույնպես կարևոր են, քանի որ դրանք ազդում են սարքի հեռավորության, լուծաչափի և ճշգրտության վրա: Մանոլիսն աշխատում է մի քանի դիզայնի գաղափարների վրա, որոնք պլանավորում է փորձարկել, նախքան որոշելը, թե արդյոք ամբողջ եղանակային կայանը կլինի պտտվող պատյանի ներսում, թե՞ միայն սենսորները ներսում:
Օդերևութաբանության նկատմամբ իր հետաքրքրության պատճառով [Կառլը] կառուցեց օդերևութաբանական կայան։ Դրանցից ամենանորը ուլտրաձայնային քամու սենսորն է, որն օգտագործում է ուլտրաձայնային իմպուլսների թռիչքի ժամանակը քամու արագությունը որոշելու համար։
Կառլայի սենսորը քամու արագությունը հայտնաբերելու համար օգտագործում է չորս ուլտրաձայնային փոխակերպիչներ՝ ուղղված հյուսիս, հարավ, արևելք և արևմուտք։ Սենյակում գտնվող սենսորների միջև ուլտրաձայնային իմպուլսի անցնելու ժամանակը չափելով և դաշտի չափումները հանելով՝ մենք ստանում ենք յուրաքանչյուր առանցքի թռիչքի ժամանակը և, հետևաբար, քամու արագությունը։
Սա ինժեներական լուծումների տպավորիչ ցուցադրություն է, որը ուղեկցվում է ապշեցուցիչ մանրամասն նախագծային զեկույցով։