أجهزة الرصد البيئي

وأجهزة الاستشعار للرصد البيئي هي أجهزة تستخدم لقياس ورصد البارامترات البيئية من أجل جمع البيانات ذات الصلة بالبيئة، وتستخدم هذه الأجهزة تقنيات ومبادئ مختلفة للكشف عن مختلف العناصر البيئية وقياسها، ويرد أدناه وصف تفصيلي لعدد قليل من أجهزة الاستشعار المشتركة لرصد البيئة ومبادئها:

1- استشعارات درجة الحرارة: تستخدم أجهزة استشعار درجة الحرارة لقياس درجة حرارة البيئة.وتشتمل أجهزة الاستشعار التي تعمل بالحرارة المشتركة على ثنائيات حرارية، وأجهزة قياس الحرارة (مثلاً، NTC وPTC)، وأجهزة استشعار تعمل بالأشعة تحت الحمراء.وتستخدم ثنائيات الحرارة التأثير الحراري الكهروائي لمعادنين مختلفين لتوليد الجهد وقياس درجة الحرارة استناداً إلى التغير في الفولطية.وتقوم العوامل الحرارية بقياس درجة الحرارة استناداً إلى التغير في مقاومتها مع درجة الحرارة.ومن ناحية أخرى، تقوم أجهزة الاستشعار دون الحمراء بحساب درجة الحرارة بقياس الأشعة تحت الحمراء التي تشع من جسم ما.

2- أجهزة استشعار الرطوبة: تستخدم أجهزة استشعار الرطوبة لقياس كمية محتوى الرطوبة في البيئة.أجهزة استشعار الرطوبة المشتركة هي أجهزة استشعار الرطوبة التسارعية، وأجهزة استشعار الرطوبة المقاومة، وأجهزة استشعار الرطوبة السطحية.وتستند أجهزة استشعار الرطوبة السعة إلى مبدأ تغير السعة وحساب الرطوبة بقياس التغير في السعة بعد امتصاص الرطوبة.ومن جهة أخرى، تقيس أجهزة استشعار الرطوبة الانحسارية الرطوبة استناداً إلى التأثير الذي تحدثه الرطوبة على المقاومة.

3- أجهزة الاستشعار البارومترية: تستخدم أجهزة الاستشعار البارومترية لقياس ضغط الغلاف الجوي.والأنواع الشائعة من أجهزة استشعار الضغط البارومتري هي أجهزة استشعار فطرية وأجهزة استشعار ذات سعة استشعار.وتقيس أجهزة الاستشعار التحاليلية المنزوعة ضغط البارومتر استناداً إلى التغير في مقاومة العنصر التناظري البيطري مع التغيرات في الضغط البارومتري.تقوم أجهزة الاستشعار الفضفاضة بقياس التغير في التسارع لحساب ضغط الهواء. 4.

4- الاستشعارات الخفيفة: تُستخدم أجهزة استشعار الضوء لقياس كثافة الضوء في البيئة، وتشمل أجهزة استشعار الضوء الشائعة المقاومات الضوئية، والديود الضوئية، والترانسستورات الضوئية، وتقيس المقاومات الضوئية كثافة الضوء استناداً إلى تغير المقاومة عند التعرض للضوء، وتقيس الديود الضوئية والترانسستورات الضوئية طاقة الضوء بتحويلها إلى إشارة كهربائية وفقاً لمبدأ التأثير الكهربي الضوئي.

5 - أجهزة استشعار الغاز:وتستخدم أجهزة الاستشعار الغازية لكشف تركز الغازات في البيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والميثان والمركبات العضوية المتطايرة وما إلى ذلك.وتشمل أجهزة الاستشعار التي تعمل بالغاز العام أجهزة استشعار كهروكيميائية، وأجهزة استشعار تعمل بالأشعة دون الحمراء، وأجهزة استشعار تعمل بأشباه الموصلات.وتقوم أجهزة الاستشعار الكهروكيميائي بقياس تركيز الغاز باستخدام التفاعل الكيميائي الذي يحدث بين الغاز والكهربائي.وتقوم أجهزة الاستشعار التي تعمل بالأشعة دون الحمراء بقياس تركيز الغاز من خلال الكشف عن مقدار ما يمتصه الغاز من ضوء الأشعة تحت الحمراء لطول موجة معين.وتقوم أجهزة الاستشعار شبه الموصلة بقياس تركيز الغاز استناداً إلى التغير في المقاومة الكهربائية الناجم عن ملامسة الغاز للمادة شبه الموصلة.

6 - أجهزة استشعار رطوبة التربة: تستخدم أجهزة استشعار رطوبة التربة لقياس محتوى التربة من الرطوبة، وتشمل أجهزة استشعار رطوبة التربة الشائعة أجهزة استشعار ذات سعة استشعارية وأجهزة استشعار مقاومة.وتقوم أجهزة الاستشعار الفضائية بحساب محتوى الرطوبة بقياس التغير في التسارع بين التربة والكهربائي.ومن ناحية أخرى، تقيس أجهزة الاستشعار الارتدادية محتوى الرطوبة باستخدام التغير في موصلية التربة كدالة للمحتوى الرطوبي.

7 - أجهزة استشعار نوعية المياه: تستخدم أجهزة استشعار نوعية المياه لرصد مختلف البارامترات في الكتل المائية مثل pH، والأكسجين المذاب، والموصلية، والتمرن، وما إلى ذلك.أجهزة استشعار نوعية المياه المشتركة هي أجهزة استشعار كهروكيميائية، وأجهزة استشعار بصرية، وأجهزة استشعار للتوصيل.وتقوم أجهزة الاستشعار الكهروكيميائي بقياس بارامترات نوعية المياه بقياس التغيرات في إمكانات المواد الكيميائية في الماء.وتقوم أجهزة الاستشعار الضوئية بقياس بارامترات نوعية المياه باستخدام خواص الامتصاص أو النثر أو الإرسال للضوء.تقيّم أجهزة الاستشعار بسلوكية ظروف نوعية المياه استناداً إلى إمكانية التوصيل في كتلة المياه.

ويمكن ربط أجهزة استشعار الرصد البيئي هذه بأجهزة تسجيل البيانات أو منصات السحب لنقل وتخزين البيانات المجمعة في الوقت الحقيقي، فضلاً عن تحليل البيانات والتصوير وتطبيقاتها، مما يساعد على تحسين فهم البيئة وإدارتها، وبالتالي تحسين نوعية البيئة والتنمية المستدامة.

وتؤدي أجهزة استشعار الرصد البيئي دوراً هاماً في مختلف سيناريوهات التطبيقات، ويرد أدناه وصف للسيناريوهات والقيم الرئيسية لتطبيقاتها:

1- التنبؤ بالطقس والبحوث المناخية: تستخدم أجهزة استشعار ضغط الحرارة والرطوبة والضغط البارومتري، ضمن أجهزة أخرى، في محطات الطقس وسواتل الأرصاد الجوية لجمع البيانات عن البارامترات الجوية للتنبؤ بتغيرات الطقس وتوفير معلومات دقيقة عن الأرصاد الجوية، وهذا أمر حيوي للتنبؤ بالطقس، والإنذار بالكوارث، والإنتاج الزراعي، وبحوث المناخ.

2 - رصد نوعية الهواء: تستخدم أجهزة الاستشعار الغازية للكشف عن تركيز الغازات الضارة في البيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والميثان وما إلى ذلك، وهو أمر مهم لرصد نوعية الهواء في المناطق الحضرية، ومكافحة التلوث الصناعي، وتحسين نوعية الهواء الداخلي لمساعدة الناس على فهم نوعية الهواء وتحسينها وحماية الصحة.

3 - رصد نوعية المياه: تستخدم أجهزة استشعار نوعية المياه لرصد مختلف البارامترات في المسطحات المائية مثل pH، والأكسجين المذاب، والموصلية، والتمرن، وهذا أمر بالغ الأهمية لحماية مصادر المياه، وسلامة مياه الشرب، والحماية الإيكولوجية للمياه، والرصد البيئي، ويمكن أن يساعد الناس على الكشف في الوقت المناسب عن مشاكل نوعية المياه واتخاذ التدابير المناسبة.

4- الزراعة وإدارة البستنة: تستخدم أجهزة استشعار رطوبة التربة لقياس محتوى الرطوبة في التربة، ومساعدة المزارعين والبساتين على تحسين جداول الري والأسمدة إلى أقصى حد، وتحسين غلة المحاصيل ونوعيتها، والحد من نفايات المياه والتلوث البيئي.

5 - إدارة كفاءة استخدام الطاقة: تستخدم أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة والضوء لرصد استهلاك الطاقة وإدارة وفورات الطاقة في المباني، ومن خلال الرصد الآني للبارامترات البيئية داخل المباني، يمكنك تحسين مراقبة تكييف الهواء ونظم الإضاءة وتحسين كفاءة الطاقة وتخفيض تكاليف الطاقة.

6 - رصد عملية الإنتاج الصناعي: تستخدم أجهزة استشعار درجات الحرارة والرطوبة وضغط الهواء لرصد ومراقبة عمليات الإنتاج الصناعي، ومن خلال رصد البارامترات البيئية في الوقت الحقيقي، يمكنها أن تكفل بيئة إنتاج مستقرة، ومراقبة جودة المنتجات، والحد من حوادث الإنتاج وخسائره.

7 - التطبيقات الذكية للمنازل وتطبيقات IoT: تستخدم أجهزة استشعار الحرارة والرطوبة والضوء في النظم المنزلية الذكية وتطبيقات IoT ، ويمكن، عن طريق رصد البارامترات البيئية الداخلية، إجراء تعديل تلقائي لدرجات الحرارة الداخلية والرطوبة والإضاءة لتحسين نوعية الحياة وتوفير الطاقة.

وبصفة عامة، تؤدي أجهزة استشعار رصد البيئة دورا بالغ الأهمية في مختلف الميادين لمساعدة الناس على فهم البيئة وإدارتها على نحو أفضل، وحماية الصحة، وتحسين الإنتاجية، وحفظ الموارد، وتعزيز التنمية المستدامة.