Verification of wind and rain sensor performance

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Ojanperä, Jyrki
dc.contributor.author Liski, Timo
dc.date.accessioned 2017-09-04T13:03:25Z
dc.date.available 2017-09-04T13:03:25Z
dc.date.issued 2017-08-28
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/28024
dc.description.abstract Weather sensors are more often used in critical safety monitoring systems. In such an application, reliability of the measurement is a mandatory requirement and it has to be confirmed regularly. Current methods for verifying piezoelectric wind and rain sensors are unsuitable for field operation, so new methods of sensor performance verification have been investigated. The verifier device for piezoelectric wind and rain sensors for field conditions was developed in this work. The device verifies the measurement performance of the sensor and indicates whether it is operating correctly. The sensor considered consists of acoustic disdrometer and sonic anemometer. It utilizes piezoelectric transducers to conduct the measurements. Rain detector observes the impact of raindrops based on the piezoelectric effect. Wind measurement utilizes ultrasonic sound pulses to measures the time, which the pulse travels in the air from one transducer to the other. The verifier device tests the operation of rain measurement with electromagnetic solenoid actuator and wind verification is based on time of flight measurement in a zero wind chamber. The physics of considered weather phenomena was introduced in the work, as well as the measurement principle of the sensor. Varying environmental conditions sets requirements for the verification technology and makes challenges to achieve sufficient accuracy for the process. During the development process, different kind of concepts were tested and evaluated in terms of accuracy, repeatability and environmental dependence. The most promising solutions were selected for further development. The prototype device was designed with computer aided design tools and manufactured with additive manufacturing methods. In addition, user interface software was developed to ease the verification process and indicate results. An uncertainty analysis was executed for the prototype device to estimate its accuracy. The prototype is a proof of concept, which presents the possibilities of verification of such weather sensors in the field conditions. The advantage of the process is that the verification can be implemented in-situ, without detaching the sensor from its current position. en
dc.description.abstract Sääantureita käytetään yhä useammin kriittisissä turvallisuutta valvovissa järjestelmissä. Kyseisissä käyttökohteissa mittauksen luotettavuus on yksi tärkeimmistä vaatimuksista, joten mittaustuloksen oikeellisuus on hyvä varmentaa säännöllisesti. Nykyiset menetelmät pietsosähköisten tuuli- ja sadeantureiden testaukseen eivät sovellu kenttäolosuhteisiin, joten uusien menetelmien kehittämistä antureiden mittauskyvyn varmentamiseksi tutkittiin tässä työssä. Työn tuloksena kehitettiin verifiointilaite, jolla voidaan testata, onko anturin näyttämä asetettujen rajojen sisällä. Anturi, jota työssä käytettiin, koostuu akustisesta distrometristä ja äänianemometristä, jotka hyödyntävät pietsosähköistä ilmiötä sateen ja tuulen mittaamiseksi. Sateen mittaus pohjautuu sadepisaran aiheuttaman iskun mittaamiseen ja tuulen mittaus perustuu ultraäänipulssin lentoajan mittaamiseen lähettimen ja vastaanottimen välillä. Ilman liike vaikuttaa pulssin lentoaikaan, joten lentoajan muutoksesta voidaan laskea tuulen nopeus ja suunta. Verifiointilaite hyödyntää sähkömagneettista solenoidia sadepisaran iskun simuloinnissa, ja tuulen verifiointi perustuu lentoaikojen mittaamiseen nollatuulikammiossa. Työssä käsiteltiin myös sääolosuhteiden teoriaa ja anturin toimintaperiaatetta. Vaihtelevat sääolosuhteet kenttäolosuhteissa aiheuttavat haastetta soveltuvien menetelmien löytämiseksi ja riittävän tarkkuuden saavuttamiseksi verifiointiprosessille. Kehitysprosessin aikana testattiin useita menetelmiä tarkkuuden, toistettavuuden ja sääolosuhteiden riippuvuuden määrittämiseksi. Soveltuvimmat menetelmät valittiin tarkempia tutkimuksia varten. Prototyyppi verifiointilaitteesta mallinnettiin tietokoneavusteisilla menetelmillä ja valmistettiin 3D-tulostamalla. Laitteelle suunniteltiin myös graafinen käyttöliittymäohjelmisto helpottamaan verifiointiprosessia ja näyttämään tuloksia. Lopuksi laitteelle suoritettiin epävarmuusanalyysi, jolla arviointiin verifioinnin tarkkuutta. Prototyyppi on konkreettinen havaintomalli, jolla voidaan esitellä kenttäolosuhteisiin soveltuvaa verifiointikonseptia pietsosähköisille antureille. Konseptin etuna on, että anturia ei tarvitse lähettää laboratorioon verifioitavaksi, vaan testi voidaan suorittaa paikan päällä anturia irrottamatta. fi
dc.format.extent 61+8
dc.language.iso en en
dc.title Verification of wind and rain sensor performance en
dc.title Sade- ja tuuliantureiden mittauskyvyn verifiointi fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword piezoelectric transducer en
dc.subject.keyword acoustic disdrometer en
dc.subject.keyword sonic anemometer en
dc.subject.keyword weather sensor en
dc.subject.keyword prototype en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201709046923
dc.programme.major Koneensuunnittelu fi
dc.programme.mcode K3001 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Kuosmanen, Petri
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess no


Files in this item

Files Size Format View

There are no files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account