超音波風速計 位相とか距離とか

　1枚目は横軸が時間、縦軸が温度。tempがサーミスタ温度、それ以外は位相から計算した温度。
　2枚目は横軸が時間、縦軸が音速から計算した気温とサーミスタ温度との差。
　1枚目と2枚目の横軸の範囲は違うので注意してください。2枚目は急激な温度変化でサーミスタが追従できないと考えられる範囲を除外しています。
　それぞれのセンサ間距離が157.5-159.5mmくらいと設定し、位相を17.5か18にするとだいたいいい感じになります。結構誤差がありますが、それでも±1℃程度なので、サーミスタの誤差とか、ちょっとした気流の影響とか、色々ありそうです。やっぱり恒温槽ほしい。

　配線時は何も考えずに配線し、位相はプログラム側で合わせる、というふうにしたのですが、偶然にもオフセットは打ち下ろしが18、打ち上げが17.5となりました。
　位相を合わせるのは圧電素子の極性を変えるだけなので、あとからでもやろうと思えばできます。個体に合わせてプログラムを変更するよりも、センサの極性を合わせてすべての個体で位相を統一したほうが楽かもしれません。次に配線をやり直す機会があれば、そのような配線を試してみます。

　センサ間の距離は表面で150mmになるようにフレームを設計しましたが、実際の圧電素子はケースの奥、およそ4mmほどの距離にあります。双方合わせて8mm分奥まったところにあるので、センサ間距離はおよそ158mmとなります。位相を0.5ステップで設定した場合、センサ間距離を157-160の間にすればかなり良い範囲になるので、そんなに外したパラメータにはなっていないはずです。
　センサ間の距離は158.0, 157.6, 158.85, 157.5, 159.55, 158.1としています(まだ厳密に設定したわけではありません)。Ch3UとCh2Lが少し離れた場所にいますが、Ch1U, Ch2U, Ch1L, Ch3Lの4個は0.5mmほどの範囲で、かなり優秀な感じですね。Ch3U, Ch2Lが少し飛んだところにいる理由はわかりませんが、そもそも高精度に組み立てられる構造ではないことや、センサの個体差を考えれば、こんなもんかなぁという気もします。


　これからは風速計としての性能を出していく段階ですが、校正手段が無いのがどうしようもないですね。恒温槽、風洞、無響室、いろいろなものが欲しくなってきます。