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Lo sviluppo delle strutture

L'anemometro ad ultrasuoni più piccolo

Anche le strutture hanno avuto una evoluzione soprattutto per quanto riguarda le dimensioni come è possibile osservare in Figura. Passando da una distanza di circa 30cm, quindi paragonabile agli anemometri ad ultrasuoni commerciali, è stato possibile ottenere una distanza di 10cm sviluppando un algoritmo che fino ad oggi non è stato trovato pubblicato.

L’oggetto, nella sua forma attuale, è di circa 150x150mm e pur potendone ottimizzare ancora le dimensioni riducendo il raggio di curvatura dei rami della struttura è sicuramente uno degli anemometri ad ultrasuoni più piccoli e leggeri. Infatti considerando la lunghezza d’onda a 40kHz in aria a 20°C si ha una ripetizione dell’onda ogni 8,6 mm  e pertanto anche le vibrazioni e le flessioni della struttura influenzano la misura, soprattutto considerando che ogni periodo, ovvero 50us, sulla misura del tempo di volo con una distanza di 10 cm equivalgono a circa 100km/h.

Di conseguenza una vibrazione di 8.6um tra la distanza dei sensori equivale ad un errore di misura di 1km/h paragonabile alla sensibilità dello strumento. Per limitare questo fenomeno le strutture commerciali sono estremamente rigide ed hanno una base molto solida direttamente saldata ai rami che contengono i sensori.  La conseguenza dell’ottenimento di queste specifiche su un prodotto commerciale, che ha come requisito essenziale il basso costo di produzione ed è pensato per restare immobile sulle stazioni metereologiche, è quella di avere un peso elevato.

La soluzione proposta a questa caratteristica, compatibile con le altre specifiche stringenti dell’oggetto quale il peso ed il costo,  consiste nell’inserimento di un collegamento rigido tra le coppie di rami coinvolti nel fenomeno, ovvero altri 2 rami  a mezza altezza, che si possono osservare in Figura, che mantengono fissa la distanza tra le coppie di sensori NS ed EO limitando fortemente le vibrazioni che potrebbero influire sulla misura.

Un'altra problematica riscontrata e risolta è quella conduzione dell’onda ad ultrasuoni sulla struttura stessa. È stato necessario fermare i sensori con una gomma siliconica morbida che non trasferisce la vibrazione meccanica data dagli impulsi alla struttura. Inoltre è stato fatto un invito in azzurro con la gomma bi componente Raytek per massimizzare l’efficienza del flusso evitando la creazione di vortici nell’area di misura.

Questo anemometro, funzionante, ha un peso di 300g ed è basato su Arduino.