3D打印的气象站：用更少的钱获得更多的科学

时间：2022-05-22 14:25:04 来源：

3D打印的气象站在现场的初始安装。

研究人员发现，一种带有3D打印部件和低成本传感器的廉价监控系统可能不会持续到商用期限，但它可能是一样精确的。

在美国各地，由仪器和传感器组成的气象站监视产生我们当地天气预报的条件，例如气温，风速和降水。这些系统不仅是天气监控器，还是用于研究从农业到可再生能源发电的主题的有效工具。

商业气象站可能要花费数千美元，这既限制了可用性，也限制了可以收集的气候数据量。但是3D打印和低成本传感器的出现使人们有可能以几百美元的价格建造一个气象站。这些廉价的本地生产版本是否能像价格更高的版本一样出色？

“我没想到该电台的性能会和以前一样好。即使组件开始退化，结果也表明这类气象站对于较短的战役可能是可行的。”-Argonne大气和地球科学家Adam Theisen

答案是肯定的。据研究人员说，在某种程度上，他们将3D打印的气象站进行了俄克拉荷马州的测试。美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的大气和地球科学家Adam K. Theisen领导了该项目，该项目将印刷站与商业级站进行了八个月的比较，以查看其准确性和良好程度它可以抵制这些要素。

三维打印使用数字模型动态生成物理对象。它的低成本和在任何地方都可以通过打印机进行打印的功能可以帮助扩大这些工作站的数量，有助于将数据收集带到偏远地区并教育未来的研究人员。

俄克拉荷马大学的一个团队遵循了大学大气研究公司3D打印自动气象站（3D-PAWS）计划制定的指导和开源计划，以打印100多个气象站零件。他们没有使用在3D打印中更常用的聚乳酸，而是转向了丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯（一种被认为在户外更耐用的塑料长丝）。3D打印部件与低成本传感器相结合，为这些新系统提供了基础，而3D-PAWS计划将这些新系统确立为在较早的实验中很有前途。

Theisen说：“为了使这种方法得到更广泛的采用，它必须经过这样的验证和确认研究。”

尽管3D打印系统在实验开始约5个月后确实开始出现故障迹象-相对湿度传感器腐蚀并失效，并且某些零件最终退化或损坏-但其测量结果却与实验室中的商用级站的测量值相当。 Oklahoma Mesonet，一个由俄克拉荷马大学和俄克拉荷马州立大学的科学家设计和实施的网络。

泰森说：“我没想到该电台的性能会和以前一样好。”“即使组件开始退化，结果也表明，这类气象站对于较短的战役可能是可行的。”

开始研究时，位于俄克拉荷马大学的Theisen在加入Argonne后继续监督这项工作。

在实验中，低成本传感器可准确测量温度，压力，雨水，紫外线和相对湿度。除几台仪器外，从2018年8月中旬至次年4月中旬，塑料材料在俄克拉荷马州的天气中保持不下，这段时期出现了强暴雨，下雪且温度范围为°14至104F（-10至40C））。°测量风速的3D打印风速仪性能不佳，但可以通过改善打印质量进行部分改进。

该项目由俄克拉荷马大学的本科生领导，证实了3D打印气象站的准确性及其作为教育工具的价值。

泰森说：“学生们学到了他们在课堂上不会学到的技能。”“他们制定了提案，设计了框架，并完成了大部分印刷和接线工作。”

打印专用组件的能力可以使气象站在偏远地区更可行，因为可以在需要时立即制造替换零件。即使几个月后价格便宜的传感器出现故障，该数学公式仍能以较低的预算得出结果。

Theisen指出：“如果您要更换的是这种便宜的传感器中的两到三个，而不是每年维护和校准价格为1000美元的传感器，那么考虑这是一项强大的成本效益，” Theisen说道。

该研究由俄克拉荷马大学中尺度气象研究合作研究所资助，于2020年9月4日发表在《大气测量技术》杂志上。

参考：Adam Theisen，Max Ungar，Bryan Sheridan和Bradley G. Illston撰写的“用更少的钱得到更多的科学：对3D打印的气象站的评估”，2020年9月4日，大气测量技术。DOI：
10.5194 / amt-13-4699-2020

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