Desenvolvimento de sensor acústico para medição de corrente marítima

Abstract

O objetivo deste trabalho é desenvolver um sensor acústico capaz de medir correntes marítimas. Este projeto surge da necessidade de recolher alguns dados de interesse marítimo com o objetivo de criar modelos de funcionamento dos ecossistemas. Neste projeto pretende-se colocar vários sensores georreferenciados, a diferentes profundidades, a fazer medições e a armazenar os dados respetivos. Este sensor será responsável por medir a velocidade da água que flui num determinado nó do sistema. Este deverá ser capaz de medir a intensidade da corrente e a direção independentemente da sua posição no espaço, necessitando por isso de um magnetómetro (bússola digital) para utilizar o norte geográfico como referência. O sensor de corrente marítima que é apresentado utiliza transdutores piezoelétricos ultrassónicos pretendendo com isso tornar o sistema mais fiável e com maior robustez devido à ausência de partes móveis. A propriedade dos ultrassons explorada neste trabalho para obtenção da velocidade da corrente é o tempo de voo. O tempo de voo é o tempo que um determinado sinal demora a propagar-se num determinado meio entre dois pontos. No desenvolvimento do sensor será estudado o formato da estrutura, a posição e a orientação dos transdutores, de forma a melhorar a qualidade das medições em diferentes condições. Tal deverá ter em conta a robustez, dimensões razoáveis e evitar fenómenos de turbulência no volume de água a ser medido. O processamento dos sinais enviados e recebidos pelos transdutores será executado por um circuito integrado capaz de executar rotinas de medição de tempo de voo e de temperatura. Esse circuito integrado irá comunicar com um microcontrolador que irá interpretar os tempos de voo e converter na velocidade do fluido. Para além da comunicação com este circuito integrado, o microcontrolador, terá que comunicar com um relógio de tempo real, para obtenção de uma referência temporal, com um cartão de memória, para armazenamento de dados num ficheiro e com um magnetómetro, para obter uma referência de orientação ao norte geográfico já que o sensor não estará fixo. Com vários sensores destes é possível entender fenómenos de transporte à escala costeira, graças aos dados que é possível obter com um instrumento de medição desta escala.

The objective of this work is to develop an acoustic sensor capable of measuring sea currents. This project arises from the need to collect some data of maritime interest with the aim of creating models for the functioning of ecosystems. In this project, we intend to place several georeferenced sensors at different depths to make measurements and store the respective data. This sensor will be responsible for measuring the velocity of the water flowing in a particular node of the system. It should be able to measure the intensity of the current and direction independently of its position in space, thus necessitating a magnetometer (digital compass) to establish geographic north as a reference. The marine current sensor which is shown utilizes ultrasonic piezoelectric transducers in order to make the system more reliable and more robust due to the absence of moving parts. The property of the ultrasound explored in this work to obtain the velocity of the current is the flight time. Flight time is the time that a given signal takes to propagate in a certain medium between two points. In the development of the sensor will be studied the structure format, the position and the orientation of the transducers, in order to improve the quality of the measurements under different conditions. This should take into account the robustness, reasonable dimensions and avoid phenomena of turbulence in the volume of water to be measured. The processing of the signals sent and received by the transducers will be performed by an integrated circuit capable of performing flight time and temperature measurement routines. This integrated circuit will communicate with a microcontroller that will interpret flight times and convert to fluid velocity. In addition to communicating with this integrated circuit, the microcontroller must communicate with a real-time clock, to obtain a time reference, with a memory card, to store data in a file and with a magnetometer, to obtain a reference geographic north since the sensor will not be static. With several sensors of these it is possible to understand transport phenomena to the scale of the coast, thanks to the data that can be obtained with a measurement instrument of this scale.