آلتیمتر

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

آلتیمتر وسیله‌ای است که برای اندازه گیری ارتفاع یک شی نسبت به یک سطح معین به کار می‌رود. اندازه گیری ارتفاع «آلتیمتری» نامیده می‌شود که در تضاد با واژه «باتیمتری»، که به معنای اندازه گیری عمق زیر آب است، مطرح می‌شود.

تجهیزات هوایی [ویرایش]

آلتیمتر فشار[ویرایش]

سنسور فشار بارومتریک دیجیتال برای اندازه گیری ارتفاع در کاربردهای الکترونیکی مصرف کنندگان

آلتیمتر فشار(که آلتیمتر بارومتریک نیز نامیده می‌شود)، نوعی از فشارسنج است که در بیشتر هواپیماها به کار برده می‌شود . در ساختمان این نوع از آلتیمتر، از یک بارومتر آنروئید که فشار اتمسفریک از یک نقطهٔ ثابت خارج از هواپیما را اندازه می‌گیرد، استفاده شده‌است و نحوهٔ کار بر این اصل استوار است که فشار هوا با افزایش ارتفاع – تقریبا ۱۰۰ هکتوپاسکال در هر ۸۰۰ متر که معادل ۱ اینچ جیوه به ازای هر ۱۰۰۰ فوت نزدیک سطح دریاست – کاهش می‌یابد.

دستگاه ارتفاع سنج به گونه‌ای کالیبره می‌شود که فشار را مستقیما به صورت ارتفاع بالای سطح متوسط دریا نشان می‌دهد که در تطابق با یک مدل ریاضی است که توسط ISA (اتمسفر استاندارد بین‌المللی) تعریف شده‌است.

اساس کار[ویرایش]

اساس کار آلتیمتر فشار بر این اصل استوار است که فشار یک ستون هوا با تغییرات ارتفاع به طور مشخصی عوض می‌شود. رابطهٔ ریاضی که آنها را به هم مرتبط می‌کند عبارت است از:

 z = (RT/gM).loge(po/p)

که در آن:

Z اختلاف ارتفاع بین ارتفاع اولیه و ارتفاع اندازه گیری شده،

R ثابت گازها،

T دمای هوا بر حسب درجه کلوین،

g شتاب گرانش،

M جرم مولکولی،

Po فشار اتمسفریک در ارتفاع اولیه،

P فشار اتمسفریک در ارتفاع اندازه گیری شده

هستند. در آلتیمترهای الکترونیکی این رابطه بر روی یک چیپ پیاده سازی شده‌است.

این دستگاه تنها به تغییرات فشار پاسخ می‌دهد و برای تبدیل فشار به ارتفاع لازم است که بقیهٔ متغیرها در این رابطه ثابت فرض شوند. اما در واقعیت چنین نیست و این مسئله ممکن است باعث ایجاد خطا شود.

آلتیمترهای حساس[ویرایش]

در هواپیماهای قدیمی تر از یک بارومتر آنروئید ساده استفاده می‌شد که در آن عقربه در کمتر از یک دور چرخش، مقدار صفر تا تمام مقیاس را در بر می‌گرفت اما امروزه در هواپیماهای مدرن نوعی از ارتفاع سنج به نام «آلتیمتر حساس» به کار گرفته می‌شود که عقربهٔ اصلی آن می‌تواند چرخش‌های متعددی انجام دهد. یک یا چند عقربهٔ فرعی موجود نیز، مشابه یک صفحهٔ ساعت عقربه‌ای، تعداد چرخش‌ها را مشخص می‌کنند. به عبارت دیگر هر عقربه‌ای یکی از ارقام ارتفاع اندازه گیری شده را نشان می‌دهد.

Kollsman-type آلتیمتر بارومتریک استفاده شده در آمریکای شمالی ارتفاع 80 فوت را نمایش می‌دهد.

در آلتیمترهای حساس، فشار سطح دریای مرجع توسط یک دکمه قابل تنظیم است. این فشار مرجع که در آمریکا و کانادا بر حسب «اینچ جیوه» و در سایر کشورها بر حسب «هکتوپاسکال (میلی بار)» است، بر روی پنجرهٔ کلزمن قابل مشاهده‌است. (پنجرهٔ تنظیمات در آلتیمترهای حساس هواپیماها به افتخار پل کلزمن، مخترع آمریکایی بارومتر و ابزارهای پرواز در هواپیماها، پنجرهٔ کلزمن نامیده شده‌است.) در دیاگرام اجزای داخلی آلتیمتر حساس، پنجره کلزمن قابل مشاهده‌است.

اهمیت وجود دکمهٔ تنظیم فشار مرجع به این خاطر است که این فشار، با تغییر دما و حرکت سیستم فشار زمین، تغییر می‌کند. در اصطلاحات فنی پرواز، فشار محلی یا منطقه‌ای در سطح دریا QNH و فشاری که آلتیمتر را کالیبره می‌کند تا ارتفاع بالای زمین را در یک منطقهٔ هوایی نشان داده شده مشخص کند ، QFE منطقه نامیده می‌شود. با این وجود، یک آلتیمتر نمی‌تواند به ازای تغییرات دمایی تنظیم شود. بنابراین تغییرات دمایی در مدل ISA باعث ایجاد خطا در تعیین ارتفاع خواهد شد.

فرمول کالیبراسیون آلتیمترها تا ارتفاع ۳۶٫۰۹۰ فوت (۱۱۰۰۰ متر) به صورت زیر بیان می‌شود:

شکست در تجزیه (خطای lexing): h = \frac{(1-(P/P_{ref})^{0.۱9026}) \times 28۸٫۱5}{۰٫۰۰۱۹۸۱۲۲}

که در آن h ارتفاع برحسب فوت ، P فشار استاتیکی و Pref فشار مرجع است که هر دوی این فشارها باید بر حسب واحد یکسان بیان شوند. این رابطه از فرمول بارومتریک، با استفاده از مقیاس ارتفاع تروپوسفر استخراج شده‌است. فرمول بارومتریک که اتمسفر نمایی یا اتمسفر همدما نیز نامیده می‌شود، رابطه‌ای است که برای مدل کردن فشار تغییرات هوایی با ارتفاع به کار می‌رود.

آلتیمتر رادار[ویرایش]

این نوع از آلتیمتر، ارتفاع را با روش مستقیم تری اندازه گیری می‌کند. برای این منظور زمانی که لازم است تا یک سیگنال رادیویی از سطح بازتاب شود و به هواپیما بازگردد، اندازه گیری می‌شود.

آلتیمترهای راداری عموما برای اندازه گیری ارتفاع بالای سطح زمین در هنگام فرود در هواپیماهای مسافربری و نظامی استفاده می‌شوند. این نوع از ارتفاع سنج‌ها همچنین بخشی از سیستم هشدار عدم برخورد با زمین را تشکیل می‌دهند که در مواقع لزوم به خلبان اخطار می‌دهد که هواپیما در ارتفاع خیلی پایین در حال حرکت است و یا در مسیر حرکت آن تپه‌ای وجود دارد. تکنولوژی رادار همچنین این امکان را فراهم می‌آورد که هواپیماهای جنگنده بتوانند سطح زمین را دنبال کرده و در ارتفاع خیلی پایین پرواز کنند.

سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) [ویرایش]

گیرنده‌های GPS با کمک ۴ ماهواره یا بیشتر می‌توانند ارتفاع را از روش Trilateration (سه ضلعی) تخمین بزنند. با این وجود ارتفاع برآورد شده توسط یک GPS مستقل به اندازهٔ کافی دقیق نیست که بتواند جایگزین آلتیمتر فشار در هوانوردی گردد، مگر با استفاده از برخی از روشها برای ارتقا عملکرد آن.

کاربرد در روش‌های دیگر نقل و انتقال [ویرایش]

آلتیمتر می‌تواند به عنوان یک ابزار اختیاری در خودروهایی که اغلب در خارج جاده‌ها تردد می‌کنند، به منظور کمک در جهت یابی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین برخی از خودروهای دارای کارایی بالا که عموما تجملاتی هستند نیز این فناوری برخوردار هستند.

کوهنوردان و چتربازها در ارتفاعات زیاد از آلتیمترهای بارومتریک مچی استفاده می‌کنند.

در زیردریایی‌های دیزلی آلتیمتر نصب می‌شود تا خلا ناشی از بسته شدن هواکش‌ها در هنگام کار دیزل‌ها که باعث مکش هوای زیردریایی می‌شود را نشان دهد.

اندازه گیری فشار هوا[ویرایش]

فشار اتمسفریک محلی یا فشار پیرامون بر روی پنجرهٔ کلزمن در آلتیمترهای حساس، زمانی که بر روی ارتفاع صفر تنظیم شده باشد، قابل مشاهده‌است.

ماهواره ها[ویرایش]

تعدادی از ماهواره‌ها از آلتیمترهای رادار دوبانده برای اندازه گیری ارتفاع از یک فضاپیما استفاده می‌کنند. این اندازه گیری به همراه عناصر مداری (معمولا تقویت شده به وسیله GPS) تعیین مکان زمین را میسر می‌سازد.

دو طول موج متفاوت موج‌های رادیویی ارسال شده به آلتیمتر این امکان را می‌دهد که به صورت خودکار، تاخیرهای متفاوت در یونوسفر را اصلاح کند.

آلیتیمترهای رادار مورد استفاده در فضا ابزارهای فوق العاده‌ای برای نقشه برداری از توپوگرافی سطح اقیانوس‌ها، تپه‌ها و کف دریاها هستند. این ابزار یک پالس مایکروویو را به سطح اقیانوس می‌فرستد و مدت زمان رفت و برگشت پالس را اندازه گیری می‌کند. یک رادیومتر مایکروویو هرگونه تاخیر که ممکن است در اثر بخار آب در اتمسفر ایجاد شده باشد را تصحیح می‌کند. اصلاحات دیگری نیز برای رفع اثر الکترون‌ها در یونوسفر و تودهٔ هوای خشک در اتمسفر صورت می‌پذیرد.

تلفیق این اطلاعات به همراه مکان دقیق فضاپیما این امکان را فراهم می‌آورد که بتوان ارتفاع سطح دریا را با دقت چند سانتی متر(در حدود یک اینچ) مشخص نمود. همچنین قدرت و شکل سیگنال دریافت شده اطلاعاتی را در زمینهٔ سرعت باد و ارتفاع امواج اقیانوس در اختیار ما قرار می‌دهد.

این اطلاعات در مدل سازی اقیانوس‌ها به منظور محاسبهٔ سرعت و جهت «جریان‌های اقیانوسی» مورد استفاده قرار می‌گیرند و نیز مقدار و مکان ذخیره‌های گرمایی در اقیانوس‌ها که در نهایت به آشکارسازی تغییرات جهانی دما منجر می‌شود، از این طریق قابل محاسبه می‌باشند.

پیوندهای خارجی[ویرایش]

تاریخچهٔ آلتیمتر کلزمن

کاربرد آلتیمتر در ارتفاع سنجی

استفاده‌های اولیه از بارومترها

آلتیمتر و انواع ارتفاع

سیر تکاملی آلتیمتر

منابع[ویرایش]

http://en.wikipedia.org/wiki/Altimeter

http://www.biber.fsnet.co.uk/altim.html

http://www.stolaf.edu/people/hansonr/soaring/altimetr.htm