Desenvolvimento de um anemômetro 3D ultra-sônico baseado em apenas quatro transdutores

• Main Author: Marcela Hitomi Koyama
• Other Authors: José Alexandre de França .
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Tecnologia e Urbanismo. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. 2009
• Online Access: http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000151665

As variáveis ambientais influenciam o desenvolvimento de plantas e animais. Uma dessas variáveis é o vento, que pode ser responsável por alterar a fisiologia de plantas, propagar doenças e influenciar a eficiência de práticas agrícolas. Normalmente, a medição da velocidade do vento é feita utilizando anemômetros em conjunto com birutas que atuam em apenas duas dimensões, medindo a velocidade e a direção do vento por meio de um sistema mecânico. Uma das desvantagens dessa abordagem é a existência de peças móveis que impossibilitam medidas de velocidades precisas devido ao atrito com o ar e a inércia do equipamento. Neste trabalho, apresenta-se um anemômetro ultra-sônico que mede a direção e a velocidade do vento em três dimensões. Tal anemômetro utiliza apenas quatro sensores piezoelétricos dispostos em dois eixos ortogonais não concorrentes, de forma que, unindo-se os pontos de cada sensor, ontem uma estrutura no formato de um tetraedro regular. Assim, medindo o tempo necessário (tempo de trânsito) para que um pulso de ultra-som, enviado por um dos sensores, atinja os outros três, a velocidade do vento nas três direções pode ser medida. Além disso, com a estrutura em forma de tetraedro, a medição pode ser realizada em até quatro sistemas de coordenadas diferentes. Isso acrescenta redundância ao sistema fazendo com que, mesmo considerando-se uma incerteza de até 5% na construção do anemômetro, é possível obter um erro médio de aproximadamente 2% na velocidade do vento medida. Essa medição é realizada por um microcontrolador que também é responsável pelo armazenamento dos dados e posterior envio dos mesmos a um microcomputador. === The environmental variables influence in the development of plants and animals. One of these variables is the wind, which can be responsible for changing the physiology of plants, spreading diseases and influence the efficiency of agriculture management. Usually, such measuring is done by use of anemometers working with wind cocks which work in only two dimensions, measuring the wind speed and direction by a mechanical system. One disadvantage of this approach is the existence of mobile parts which does not render accurate speed measures, due to air friction and equipment inertia. In this work, an ultrasonic anemometer which measures the direction and speed of the air in three dimensions is presented. Such anemometer use only four piezoelectric sensors arranged in two orthogonal axes noncompetitors. So that, joining together the points of each sensor it was get a structure in the form of a regular tetrahedron. The wind speed in three directions can be measured inferring the necessary time (transit time) so that a pulse of ultrasound, sent for one of the sensors, reaches the others three. Moreover, the tetrahedron-shaped structure allows to measure in four different coordinate systems. This adds redundancy to the system so that, even when a 5% fabrication error in the dimensions of the anemometer is considered, it is possible to obtain an average error of approximately 2% in the speed of the measured wind. This measurement is performed by a microcontroller that also is responsible for the storage of the data and posterior sending of the same ones to a microcomputer.