在低压和低温度下对气体合超声波传感器的建模和特征以及对火星上的声波动力计的含义
Robert D White1, Rishabh Chaudhary1, Zijia Zhao1
1Mechanical Engineering, Tufts University, 200 College Avenue, Medford, Massachusetts 02155, USA.
The Journal of the Acoustical Society of America
|August 13, 2024
概括
这项研究评估了火星声波动力计的传感器,在模拟的火星条件下,在风速测量中发现了最小的误差 (0.14%). 这项技术还有可能用于地球上的平流层气流量计.
科学领域:
- 行星科学 行星科学
- 航空航天工程 航空航天工程
- 声学 声学 在声学方面
背景情况:
- 为火星等外星环境开发精确的风速测量工具对于大气研究至关重要.
- 变频器的性能受到极端温度和压力变化的显著影响,这给火星表面作业带来了挑战.
研究的目的:
- 为了评估各种超声波传感器适用于用于火星薄薄的二氧化碳大气的声波风力计的适用性.
- 量化压力和温度灵敏度导致的测量误差在候选传感器中.
主要方法:
- 在模拟火星大气条件下 (4-10 mbar CO2,143-293 K) 测试了四种超声波传感器 (压电,电容,微机电容).
- 使用传输模式超声波测试和阻抗测量来评估传感器特性.
- 采用了一个系统模型来解释数据和分析错误.
主要成果:
- 性能最好的传感器在非共振状态下运行,其误差最小:风速为±0.14%,声音速度为±0.07%.
- 最糟糕的情况显示,风速的误差高达±2.3%,音速的误差高达±1.1%.
- 在干燥空气中进行的测试证明了对平流层气流量计应用的相关性.
结论:
- 精选的传感器显示了在火星上精确测量风速的巨大潜力.
- 该技术也适用于地球上的高空气球任务,作为平流层气温计.
