تونل‌باد و داده‌برداری در تحقیقات پیشرفته

در این مطلب می‌خواهیم تونل‌باد و داده‌برداری در تحقیقات پیشرفته را بیشتر بررسی نماییم.

تونل باد (Wind Tunnel)

با پیشرفت روزافزون علم و دانش، بشر متوجه شد که برای ساختن تجهیزات بهتر و بهینه‌تر باید پارامتر‌های زیادی را مورد نظر قرار دهد. این موضوع باعث افزایش پیچیدگی‌های مرحله ساخت شد. بنابراین پیش از ساخت نمونه‌های اصلی و بزرگ، انجام تحقیقات برروی نمونه‌های کوچکتر و آزمایشگاهی به صرقه‌تر و ارزان‌تر بود. آماده‌سازی شرایط محیطی مشابه با آنچه که قرار است نمونه اصلی با آن روبرو شود یکی از ملزومات انجام تحقیقات اولیه است. اینگونه بود که تونل‌باد ساخته شدند.

تونل‌های باد از نظر ابعاد و نوع طراحی با توجه به نیاز‌های تحقیقات ساخته می‌شوند. ابعاد تونل‌باد و حداکثر سرعت مورد نیاز در تونل مهمترین پارامترهای طراحی تونل باد هستند. تونل‌های باد از نظر سرعت جریان هوای درون آن‌ها به چند دسته می‌توانند تقسیم‌بندی شوند:

1- تونل‌های باد سرعت پایین (Low-Speed Wind Tunnel)

2- تونل‌های باد سرعت بالا (High-Speed Wind Tunnel)

3- تونل‌های باد ترانسونیک (Transonic Wind Tunnel)

4- تونل‌های باد سوپرسونیک (Supersonic Wind Tunnel)

5- تونل‌های باد هایپرسونیک (Hypersonic Wind Tunnel)

6- تونل‌های باد با آنتالپی بالا (High Enthalpy Wind Tunnel)

ابعاد اتاق آزمایش (Test Section) تونل‌باد براساس اندازه نمونه‌هایی که قرار است در آن آزمایش شوند تعیین می‌شود. بنابراین تونل‌بادهایی با ابعاد بسیار متفاوت (از مدل‌هایی با اتاق آزمایش‌هایی کوچک تا مدل‌هایی با اتاق آزمایشی به اندازه ساختمان‌های چند طبقه) ساخته شدند.

همچنین تونل‌بادهای سرعت پایین با توجه به مسیری که جریان‌ هوا در آنها طی می‌کند به دو دسته تقسیم می‌شوند.

1- تونل‌بادهای مدار باز (Open Circuit)

2- تونل‌های باد مدار بسته (Close Circuit)

سنسورها (Sensors)

تونل‌باد بستری برای انجام آزمایشات و تحقیقات علمی و صنعتی است که به تنهایی کافی نیست. در کنار تونل‌باد، سنسور‌ها مهمترین نقش را در تحقیقات برعهده دارند. سنسورها، چشم و گوش محققین برای درک پدیده‌های طبیعی هستند. با پیشرفت تکنولوژی انسان توانست روز به روز سنسور‌های کوچکتر با دقت و سرعت اندازه‌گیری بالاتر بسازد. در نتیجه با کمک این سنسور‌ها انسان توانست در پدیده‌ها اتفاقاتی را مشاهده کند که در حالت عادی با حواس طبیعی قابل مشاهده نبودند. اتفاقاتی که سرعت وقوع آنها بسیار سریع بود یا در ابعاد بسیار کوچکی بوقوع می‌پیوستند.

فرآیند داده‌برداری از سنسورها را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

1- دریافت داده از سنسورها (Data Acquiring)

2- پردازش داده‌های دریافت شده (Data Processing)

3- ذخیره داده پردازش شده (Data Saving)

خوشبختانه پیشرفت در تکنولوژی سنسورها همزمان با پیشرفت در سیستم‌های داده‌برداری و پیشرفت در قدرت پردازش و ذخیره‌سازی کامپیوتر‌ها بود. در ادامه در مورد داده‌برداری توضیحات بیشتری ارائه می‌شود.

داده‌برداری (Data Acquiring)

همانطور که پیش از این گفته شد، امروزه سنسور‌ها سرعت (Response) و حساسیت (Sensitivity) بسیار بالایی در واکنش به رویدادهای محیطی دارند. بنابراین برای آنکه بتوان تمام داده‌های خروجی سنسور را دریافت کرد به تجهیزات داده‌برداری متناسب با نوع و قدرت سنسور نیاز است. سنسورهای فشارسنجی که قابلیت ثبت تغییرات فشار به میزان ده‌ها هزار داده در ثانیه را دارند، نیازمند تجهیزات دریافت داده‌ای (داده‌برداری) به میزان متناسب را دارند تا در طول فرآیند داده‌برداری تمامی اطلاعات دریافت شده و اصطلاحا در مسیر دریافت داده، اطلاعات گم نشوند.

نمونه‌ای از این تجهیزات داده برداری کارت‌های داده‌برداری شرکت نشنال اینسترومنتز (National Instruments) هستند که تنوع بسیار گسترده‌ای دارند و متناسب با هر نوع نیازی در دسترس هستند. همچنین سنسور‌های متفاوت براساس مدارهای الکترونیکی متفاوتی ساخته می‌شوند. در نتیجه حساسیت‌های متفاوتی دارند. حساسیت‌هایی که اگر در هنگام فرآیند داده‌برداری مورد توجه قرار نگیرند، باعث ایجاد نویز (Noise) می‌شود و بر کیفیت داده‌های دریافتی اثر منفی می‌گذارد. برای مثال به هنگام کار با سنسور‌های ارتعاش‌سنج و تحقیقات آکوستیکی اهمیت بسیار زیادی دارد تا از کارت‌های داده‌برداری (DAQ Cards) متناسب با این نوع سنسور‌ها استفاده شود. نمونه‌ای از این کارت‌های داده‌برداری مدل‌های NI USB-4431 و NI PCI-4474 هستند.

یا به هنگام داده‌برداری در تونل‌های باد با سرعت پایین (Low Speed) معمولا به طور همزمان از تعداد زیادی سنسور فشار داده‌برداری می‌شود. بنابراین کارت‌های داده‌برداری ای که همزمان بتوانند از تعداد زیادی کانال فرآیند داده‌برداری را با سرعتی مناسب انجام دهند اهمیت بسیار بالایی دارد.

نتیجه‌گیری

هر کجا با سنسور‌ها سروکار داریم، فرآیند دریافت داده متناسب با سنسوری که از آن استفاده می‌کنیم اهمیت بسیاری دارد. در فرآیند تحقیقات آیرودینامیکی که معمولا در تونل‌باد انجام می‌شوند، چون با سنسورهای بسیاری مانند سرعت‌سنج، فشارسنج، دماسنج و غیره سروکار داریم انتخاب کارت یا کارت‌های داده‌برداری مناسب اهمیت بسیاری دارد. کارت‌های داده‌برداری شرکت نشنال اینسترومنتز یا به اختصار NI یک انتخاب مناسب و قابل اطمینان برای این منظور هستند.

منبع: سایت ni-daq.ir