超音波風速計 いそうをよそうしてみる

　気温と風速を変えて位相を予想したグラフです。青と赤は左軸でそれぞれ気温と風速、緑は右軸で位相です。
　位相はゼロクロスの位置なので、40kHzの1周期分の25マイクロ秒までです。0未満、あるいは25以上では次の位相に飛ぶため、不連続な変化を起こします。

　シミュレーション(というほどではないけど)は、まず風速0m/s、気温15℃で開始し、しばらくしたら気温を上昇させ、50℃に達したら降下に転じ、-50℃に達したら上昇に転じ、というサイクルです。
　しばらくすると風速が上昇し、30m/sに達したら降下に転じ、というサイクルです。

　まず気温に対する位相の変化ですが、気温が上がると音速が上がり、スピーカーからマイクに到達する時間が短くなるため、位相が減少する変化となります(実測でもそのような変化です)。
　風速に関しては、いまのところ風速の正負と位相の前後はどのように設定してもいいので、てきとーに計算しています。

　とりあえず、このグラフのようにジタバタした位相から正しい気温・風速を計算する方法を考える必要があります。


　ちなみに、位相ではなく、SPからMICへの到達時間をグラフにすると以下のようになります。最初のグラフよりは、気温と風速が位相に与える影響がわかりやすいと思います。

　最初のグラフは、到達時間を25で割ったあまりを書いたグラフです。さすがに使用温度範囲+50℃から-50℃、計測範囲-30m/sから+30m/sまで、という環境で使う予定はありませんが、この範囲だと位相は200us、8フェーズ分くらい動きそうです。
　さらに蛇足を重ねると、超音波素子の動作温度範囲は-30℃から+80℃まで、マイコンの動作範囲は-40℃から+85℃まで、という感じです。他には明らかに低温・高温がヤバい部品はありません。心配なのはLDOや水晶がありますが、とりあえずマイコンの動作範囲であればなんとかなるはずです。南極は無理ですが、北極圏であれば記録的な低温でもない限りは使えるかもしれませんね。