Innowacyjny sensor wiatru

fot. pixabay

Zespół naukowców z Ohio State University zaprojektował inteligentny czujnik wiatru, który pewnego dnia może być używany w dronach i innych małych, autonomicznych pojazdach latających.

Z racji tego, iż bezzałogowe statki powietrzne UAV stają się coraz bardziej powszechne, utrzymanie bezpieczeństwa przestrzeni powietrznej, którą opanowują, staje się powoli priorytetem. Anemometry odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa równoczesnych startów i lądowań.

Obecnie dostępne czujniki, takie jak rurka Pitota, w większości nie nadają się do bezzałogowych statków powietrznych - zwłaszcza tych mniejszych - ze względu na wysokie zużycie energii, duży opór aerodynamiczny, złożone przetwarzanie sygnału oraz znaczne koszty.

Nowy sensor stara się wypełnić lukę technologiczną za pomocą inteligentnych materiałów i aerodynamicznego kształtu. Informacje o czujniku opublikowano w artykule badawczym „Airfoil Anemometer With Integrated Flexible Piezo-Capacitive Pressure Sensor", który został niedawno zamieszczony na łamach czasopisma Frontiers in Materials.

Urządzenie podobnie jak skrzydło samolotu ma kształt płata i zawiera zintegrowane czujniki wykrywające prędkość i kierunek wiatru. Obecny model jest zaprojektowany do pracy w systemie smart-tether. Integruje w sobie wykrywanie, przetwarzanie danych, komunikację bezprzewodową i zbieranie energii na potrzeby w pełni autonomicznych operacji.

Prędkość wiatru jest wykrywana za pomocą dwuwarstwowego pojemnościowego czujnika ciśnienia z membraną z polifluorku winylidenu (PVDF), natomiast kierunek wiatru jest mierzony za pomocą cyfrowego magnetometru 3D, który wykrywa orientację płata w stosunku do ziemskiego pola magnetycznego.

Inteligentny materiał PVDF to termoplastyczny fluoropolimer, który jest często używany w akumulatorach litowo-jonowych i wysokiej jakości farbach do elewacji. Ma właściwości piezoelektryczne, co oznacza, że pod ciśnieniem może wytwarzać energię elektryczną.

Folia PVDF zastosowana w membranie wykorzystuje wspomniane właściwości piezoelektryczne, reagując na zmiany ciśnienia powietrza, a czujnik bazuje na zmianach napięcia generowanego przez reakcje folii na wiatr. Do tej pory czujnik z powodzeniem przetestowano w komorze ciśnieniowej i tunelu aerodynamicznym.

Jeden z autorów badania, Marcelo Dapino podkreśla, że gdy badania jego zespołu przeniosą się z laboratorium do świata rzeczywistego, być może uda się zobaczyć anemometr w zastosowaniach, takich jak przydomowe turbiny wiatrowe. Współautorami badania są Arun Ramanathan oraz Leon Headings.

(rr)