আল্ট্রাসনিক অ্যানিমোমিটার

বিভিন্ন পরিবেশগত সেন্সর নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষার জন্য আবহাওয়া কেন্দ্র একটি জনপ্রিয় প্রকল্প, এবং বাতাসের গতি ও দিক নির্ণয়ের জন্য সাধারণত একটি সাধারণ কাপ অ্যানিমোমিটার ও উইন্ড ভেন বেছে নেওয়া হয়। জিয়ানজিয়া মা-এর চিং স্টেশনের জন্য, তিনি একটি ভিন্ন ধরনের বায়ু সেন্সর তৈরি করার সিদ্ধান্ত নেন: একটি আলট্রাসনিক অ্যানিমোমিটার।
আল্ট্রাসনিক অ্যানিমোমিটারে কোনো চলমান অংশ নেই, কিন্তু এর বিনিময়ে ইলেকট্রনিক জটিলতা উল্লেখযোগ্যভাবে বেড়ে যায়। একটি নির্দিষ্ট দূরত্বে থাকা গ্রাহক যন্ত্রে একটি আল্ট্রাসনিক শব্দ স্পন্দনের প্রতিফলিত হয়ে পৌঁছাতে যে সময় লাগে, তা পরিমাপ করার মাধ্যমে এটি কাজ করে। পরস্পরের সাথে লম্বভাবে থাকা দুই জোড়া আল্ট্রাসনিক সেন্সর থেকে গতির পাঠ নিয়ে এবং সাধারণ ত্রিকোণমিতি ব্যবহার করে বাতাসের দিক গণনা করা যায়। একটি আল্ট্রাসনিক অ্যানিমোমিটারের সঠিক কার্যকারিতার জন্য গ্রাহক প্রান্তে থাকা অ্যানালগ অ্যামপ্লিফায়ারের সতর্ক নকশা এবং সেকেন্ডারি ইকো, মাল্টিপাথ প্রোপাগেশন ও পরিবেশজনিত সমস্ত কোলাহল থেকে সঠিক সংকেত বের করার জন্য ব্যাপক সংকেত প্রক্রিয়াকরণ প্রয়োজন। এর নকশা এবং পরীক্ষামূলক পদ্ধতিগুলো ভালোভাবে নথিভুক্ত করা আছে। যেহেতু [জিয়ানজিয়া] পরীক্ষা এবং ক্রমাঙ্কনের জন্য উইন্ড টানেল ব্যবহার করতে পারেননি, তাই তিনি অস্থায়ীভাবে অ্যানিমোমিটারটি তার গাড়ির ছাদে স্থাপন করে চলে যান। প্রাপ্ত মানটি গাড়ির জিপিএস গতির সমানুপাতিক, কিন্তু সামান্য বেশি। এটি গণনার ত্রুটি অথবা পরীক্ষাধীন গাড়ি বা অন্যান্য যানবাহনের কারণে সৃষ্ট বাতাস বা বায়ুপ্রবাহের ব্যাঘাতের মতো বাহ্যিক কারণের জন্য হতে পারে।
অন্যান্য সেন্সরগুলোর মধ্যে রয়েছে অপটিক্যাল রেইন সেন্সর, লাইট সেন্সর এবং বায়ুচাপ, আর্দ্রতা ও তাপমাত্রা পরিমাপের জন্য BME280। জিয়ানজিয়া একটি স্বয়ংক্রিয় নৌযানে চিংস্টেশনটি ব্যবহার করার পরিকল্পনা করছেন, তাই তিনি এতে একটি IMU, কম্পাস, GPS এবং পারিপার্শ্বিক শব্দ শোনার জন্য একটি মাইক্রোফোনও যুক্ত করেছেন।
সেন্সর, ইলেকট্রনিক্স এবং প্রোটোটাইপিং প্রযুক্তির অগ্রগতির ফলে ব্যক্তিগত আবহাওয়া স্টেশন তৈরি করা আগের চেয়ে অনেক সহজ হয়ে গেছে। স্বল্পমূল্যের নেটওয়ার্ক মডিউলের সহজলভ্যতা আমাদের এটা নিশ্চিত করতে সাহায্য করে যে, এই IoT ডিভাইসগুলো তাদের তথ্য পাবলিক ডেটাবেসে প্রেরণ করতে পারে, যার ফলে স্থানীয় সম্প্রদায় তাদের চারপাশের প্রাসঙ্গিক আবহাওয়ার তথ্য পায়।
ম্যানোলিস নিকিফোরাকিস একটি ওয়েদার পিরামিড তৈরির চেষ্টা করছেন, যা বৃহৎ পরিসরে স্থাপনের জন্য ডিজাইন করা একটি সম্পূর্ণ সলিড-স্টেট, রক্ষণাবেক্ষণ-মুক্ত, শক্তি ও যোগাযোগ-স্বয়ংক্রিয় আবহাওয়া পরিমাপক যন্ত্র। সাধারণত, আবহাওয়া স্টেশনগুলিতে সেন্সর লাগানো থাকে যা তাপমাত্রা, চাপ, আর্দ্রতা, বাতাসের গতি এবং বৃষ্টিপাত পরিমাপ করে। যদিও এই প্যারামিটারগুলির বেশিরভাগই সলিড-স্টেট সেন্সর ব্যবহার করে পরিমাপ করা যায়, তবে বাতাসের গতি, দিক এবং বৃষ্টিপাত নির্ধারণের জন্য সাধারণত কোনো না কোনো ধরনের ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল ডিভাইসের প্রয়োজন হয়।
এই ধরনের সেন্সরের নকশা জটিল এবং শ্রমসাধ্য। বৃহৎ পরিসরে স্থাপনের পরিকল্পনা করার সময়, আপনাকে এটাও নিশ্চিত করতে হবে যে সেগুলি যেন সাশ্রয়ী, সহজে স্থাপনযোগ্য এবং ঘন ঘন রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন না হয়। এই সমস্ত সমস্যা দূর করা গেলে আরও নির্ভরযোগ্য এবং কম খরচের আবহাওয়া কেন্দ্র নির্মাণ করা সম্ভব হতে পারে, যা পরবর্তীতে প্রত্যন্ত অঞ্চলে বিপুল সংখ্যায় স্থাপন করা যাবে।
এই সমস্যাগুলো সমাধানের জন্য ম্যানোলিসের কিছু পরিকল্পনা আছে। তিনি অ্যাক্সেলেরোমিটার, জাইরোস্কোপ এবং কম্পাস থেকে বাতাসের গতি ও দিক একটি ইনার্শিয়াল সেন্সর ইউনিটে (IMU) (সম্ভবত একটি MPU-9150) ধারণ করার পরিকল্পনা করছেন। পরিকল্পনাটি হলো, একটি পেন্ডুলামের মতো তারে অবাধে দুলতে থাকা IMU সেন্সরটির গতিবিধি ট্র্যাক করা। তিনি একটি ন্যাপকিনে কিছু গণনা করেছেন এবং প্রোটোটাইপটি পরীক্ষা করার সময় প্রয়োজনীয় ফলাফল পাবেন বলে আত্মবিশ্বাসী। বৃষ্টিপাত পরিমাপ করা হবে ক্যাপাসিটিভ সেন্সর ব্যবহার করে, যার জন্য MPR121-এর মতো একটি বিশেষ সেন্সর অথবা ESP32-এর বিল্ট-ইন টাচ ফাংশন ব্যবহার করা হবে। বৃষ্টির ফোঁটা শনাক্ত করে সঠিক বৃষ্টিপাত পরিমাপের জন্য ইলেকট্রোড ট্র্যাকগুলোর নকশা এবং অবস্থান অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। যে হাউজিং-এর মধ্যে সেন্সরটি বসানো হয়, তার আকার, আকৃতি এবং ওজনের বণ্টনও অত্যন্ত জরুরি, কারণ এগুলো যন্ত্রটির পরিসর, রেজোলিউশন এবং নির্ভুলতাকে প্রভাবিত করে। ম্যানোলিস বেশ কয়েকটি নকশার ধারণা নিয়ে কাজ করছেন, যেগুলো তিনি পুরো আবহাওয়া স্টেশনটি ঘূর্ণায়মান হাউজিং-এর ভিতরে থাকবে নাকি শুধু সেন্সরগুলো থাকবে, সেই সিদ্ধান্ত নেওয়ার আগে পরীক্ষা করে দেখার পরিকল্পনা করছেন।
আবহাওয়াবিজ্ঞানের প্রতি আগ্রহের কারণে, [কার্ল] একটি আবহাওয়া কেন্দ্র নির্মাণ করেন। এগুলোর মধ্যে সর্বাধুনিক হলো আলট্রাসনিক বায়ু সংবেদক, যা আলট্রাসনিক স্পন্দনের স্থায়িত্বকাল ব্যবহার করে বাতাসের গতি নির্ণয় করে।
কার্লার সেন্সরটি বাতাসের গতি শনাক্ত করার জন্য উত্তর, দক্ষিণ, পূর্ব এবং পশ্চিম দিকে মুখ করা চারটি আলট্রাসনিক ট্রান্সডিউসার ব্যবহার করে। একটি ঘরের মধ্যে সেন্সরগুলোর এক প্রান্ত থেকে অন্য প্রান্তে একটি আলট্রাসনিক স্পন্দনের ভ্রমণ করতে যে সময় লাগে তা পরিমাপ করে এবং ক্ষেত্র পরিমাপগুলো বিয়োগ করে, আমরা প্রতিটি অক্ষের জন্য ভ্রমণকাল এবং ফলস্বরূপ বাতাসের গতি পেয়ে থাকি।
এটি প্রকৌশলগত সমাধানের এক চিত্তাকর্ষক প্রদর্শনী, যার সাথে রয়েছে একটি অত্যাশ্চর্যভাবে বিশদ নকশা প্রতিবেদন।