Une équipe de recherche de l'Institut de recherche sur l'information aérospatiale de l'Académie chinoise des sciences a atteint des mesures de température atmosphérique en temps réel à des altitudes allant jusqu'à 5200 mètres en utilisant un nouveau thermomètre acoustique monté sur un aérostat attaché. Leurs résultats ont été publiés en tant qu'article de couverture dans Le Journal of the Acoustical Society of America.
La surveillance de la température atmosphérique à haute altitude est essentielle pour les prévisions météorologiques et la recherche sur le changement climatique. Les thermomètres électroniques traditionnels peuvent être peu fiables en raison des effets du rayonnement solaire et présentent des temps de réponse lents dans l'air mince. Les thermomètres infrarouges, en revanche, ne conviennent pas pour mesurer directement la température du gaz.
La thermométrie acoustique présente une alternative à haute précision en détectant directement la température atmosphérique avec une large plage dynamique et des performances robustes. Cependant, les méthodes existantes dépendent d'un contrôle de distance précis entre un microphone et un haut-parleur pour mesurer la vitesse sonore liée à la température de l'air, ce qui limite leur polyvalence et leur pertinence pour une utilisation sur les plates-formes d'aérostat.
Pour relever ces défis, l'équipe de recherche a développé une méthode de mesure de la température acoustique passive basée sur le résonateur acoustique Fabry-Perot (AFPR). L'AFPR se compose d'un guide d'onde acoustique tubulaire et d'un microphone à condenseur électret (ECM) avec sa tête insérée dans le guide d'onde. Une cavité FP acoustique se forme entre le diaphragme ECM et le port ouvert du guide d'onde, et ses modes de résonance peuvent être excités par un bruit blanc ambiant.
Cette conception permet une mesure rapide de la température de l'air en déterminant les fréquences de résonance de divers modes sans avoir besoin d'une source sonore séparée.
L'AFPR est un thermomètre acoustique passif à faible puissance, sans contact et rapidement réactif. Son applicabilité a été démontrée dans une pièce anéchoïque avec un bruit blanc très faible (–9,2 dB par rapport à 20 μPa). L'erreur de mesure de l'AFPR dans cet environnement contrôlé est inférieure à 0,1 ° C par rapport aux lectures d'un thermomètre électronique commercial.
En outre, les chercheurs ont effectué plusieurs mesures de température acoustique passive à haute altitude à divers endroits en Chine, notamment Kashgar et Hengdian, en montant l'AFPR sur un aérostat attaché.
Pendant l'ascension, la pause et la descente de l'aérostat, les courbes de réponse en fréquence de l'AFPR ont été mesurées à des intervalles de 1,25 seconde. À partir de chaque courbe, une relation linéaire entre les fréquences de résonance et l'ordre de mode résonnant a été établie, permettant aux chercheurs de déduire la température de l'air à des altitudes correspondantes.
Les résultats des tests ont confirmé que l'AFPR peut mesurer avec précision les variations de la température de l'air avec l'altitude, montrant une différence de moins de 0,5 ° C par rapport au thermomètre électronique utilisé. Des mesures expérimentales à différentes altitudes et dans diverses conditions climatiques ont validé la stabilité élevée et l'adaptabilité environnementale de l'AFPR.
En raison de sa structure simple, de sa sensibilité élevée et de sa faible consommation d'énergie (y compris une transmission de données sans fil de moins de 2,5 W), l'AFPR est bien adapté à un déploiement sur des véhicules aériens sans pilote pour les applications de télédétection. Ses applications potentielles couvrent la recherche en sciences atmosphériques, la surveillance environnementale, la haute altitude et la détection de près de l'espace, entre autres.
De plus, la thermométrie acoustique passive basée sur l'AFPR peut s'intégrer à la localisation des sources sonores, à la mesure du vent acoustique et à d'autres technologies pour établir un réseau de surveillance acoustique à haute altitude à haute altitude.
