PL242697B1 - Sposób oceny jakości wód powierzchniowych - Google Patents
Sposób oceny jakości wód powierzchniowych Download PDFInfo
- Publication number
- PL242697B1 PL242697B1 PL440662A PL44066222A PL242697B1 PL 242697 B1 PL242697 B1 PL 242697B1 PL 440662 A PL440662 A PL 440662A PL 44066222 A PL44066222 A PL 44066222A PL 242697 B1 PL242697 B1 PL 242697B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- workstation
- collimators
- spectrometer
- signals
- optical signal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 239000002352 surface water Substances 0.000 title claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 41
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 claims abstract description 24
- 229930002868 chlorophyll a Natural products 0.000 claims abstract description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 claims abstract 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 15
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 12
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims description 12
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 8
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- -1 poly(tetrafluoroethylene) Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 3
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000003287 bathing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 2
- 238000012851 eutrophication Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- OYINILBBZAQBEV-UWJYYQICSA-N (17s,18s)-18-(2-carboxyethyl)-20-(carboxymethyl)-12-ethenyl-7-ethyl-3,8,13,17-tetramethyl-17,18,22,23-tetrahydroporphyrin-2-carboxylic acid Chemical compound N1C2=C(C)C(C=C)=C1C=C(N1)C(C)=C(CC)C1=CC(C(C)=C1C(O)=O)=NC1=C(CC(O)=O)C([C@@H](CCC(O)=O)[C@@H]1C)=NC1=C2 OYINILBBZAQBEV-UWJYYQICSA-N 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000035 biogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 1
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000012502 risk assessment Methods 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 239000003053 toxin Substances 0.000 description 1
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 description 1
- 108700012359 toxins Proteins 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/55—Specular reflectivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/02—Details
- G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
- G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
- G01N33/188—Determining the state of nitrification
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/42—Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
- G01J2003/425—Reflectance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
- G01N2021/0118—Apparatus with remote processing
- G01N2021/0125—Apparatus with remote processing with stored program or instructions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N2021/1748—Comparative step being essential in the method
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Pathology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób oceny jakości wód powierzchniowych, w oparciu o zmiany właściwości spektralnych światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody, który charakteryzuje się tym, że stosuje się dwa kolimatory (2, 5), przy czym jeden z kolimatorów (5) kieruje się na taflę wody badanego zbiornika; drugi z kolimatorów (2) kieruje się na wzorzec odbiciowy (3), po czym naprzemiennie w ustalonych interwałach czasowych, zbiera się sygnały optyczne światła słonecznego, docierającego do powierzchni zwierciadła wody i światła odbitego od zwierciadła wody, zebrane w ten sposób sygnały, przez przełącznik (8) sygnału optycznego, przesyła się do spektrometru (9), za jego pomocą analizuje się natężenie poszczególnych długości fal promieniowania słonecznego i przekazuje dane pomiarowe do stacji roboczej (11), w której stosując odpowiednie oprogramowanie, zwłaszcza do analizy danych spektralnych, wyznacza się współczynniki odbicia i pochłaniania promieniowania słonecznego w zakresach charakterystycznych dla aktywności optycznej chlorofilu-a, i na ich podstawie wyznacza się koncentrację tego barwnika w wodzie powierzchniowej, a przy tym pracą spektrometru (9) oraz przełącznika (8) sygnału optycznego, steruje się elektronicznie, za pomocą stacji roboczej (11), którą stanowi przenośny komputer z własnym zasilaniem i oprogramowaniem.
Description
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku, jest sposób oceny jakości wód powierzchniowych, w oparciu o zmiany właściwości spektralnych światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody.
Jednym z głównych zagrożeń dla ekosystemów wód powierzchniowych jest proces eutrofizacji, spowodowany nadmierną podażą związków biogen nych w ekosystemie wodnym. Proces ten prowadzi do przegrupowań w składzie gatunkowym organizmów wodnych, które najczęściej objawiają się zwiększonym wzrostem organizmów fitoplanktonowych. Wody powierzchniowe z wysoką koncentracja fitoplanktonu w toni wodnej charakteryzują się niską bioróżnorodnością i ograniczonym potencjałem wykorzystania do celów komunalnych i przemysłowych. Podczas zakwitów fitoplanktonowych w zbiornikach wodnych może dochodzić do namnażania się mikroorganizmów uwalniających niebezpieczne dla organizmów wodnych oraz zdrowia ludzi toksyny. Podstawowym wskaźnikiem oceny biomasy fitoplanktonu w ekosystemach wód powierzchniowych jest pomiar koncentracji chlorofilu-a.
Znane są sposoby pośredniego szac owania koncentracji biomasy fitoplanktonu w wodzie powierzchniowej za pomocą pomiaru ilości chlorofilu-a w określonej objętości badanej próby. W tym celu stosuje się laboratoryjne metody filtracji, ekstrakcji barwników, a następnie spektrofotometrycznie określenie koncentracji chlorofilu-a na podstawie absorbcji (np. norma PN-ISO 10260:2002). Metody są czasochłonne i kosztowne. Wymagają poboru i transportu próbek wody w terenie, dostępu do kosztownych urządzeń pomiarowych oraz nakładu pracy specjalistyczneg o personelu. Do pomiaru koncentracji chlorofilu-a stosowane są także metody oparte na detekcji fotoindukowanej luminescencji aparatu fotosyntetycznego. Tego typu rozwiązania stosowane są w dostępnych na rynku sondach terenowych (Hamdhani, H., Eppehimer, D. E., Walker, D., & Bogan, M. T. (2021). Performance of a Handheld Chlorophyll-a Fluorometer: Potential Use for Rapid Algae Monitoring. Water, 13(10), 1409.) oraz urządzeniach umożliwiających ciągły pomiar koncentracji chlorofilu-a w warunkach in situ (Patent 132607, Patent US10962480, RU2590800C2). Wadą tego typu rozwiązań jest konieczność bezpośredniego kontaktu urządzenia pomiarowego z wodą. W przypadku zastosowania tego typu urządzeń do ciągłego monitoringu jakości wód, w wodach o podwyższonej trofii będzie zachodzić proces rozwoju biofilmu na elementach pomiarowych, co może powodować zakłócenia pomiaru.
Do pomiaru koncentracji chlorofilu-a w wodach powierzchniowych wykorzystywane są także metody wykorzystujące optyczne właściwości chlorofilu-a w zakresie pochłaniania i odbijania światła w zakresie promieniowania widzialnego. W opisach patentowych i w danych literaturowych przedstawiane są sposoby zdalnego monitorowania jakości wód powierzchniowych na podstawie spektralnych zdjęć satelitarnych (CN201510643 902.1A; Gitelson, A., Garbuzov, G., Szilagyi, F., Mittenzwey, K. H., Karnieli, A., & Kaiser, A. (1993). Quantitative remote sensing methods for realtime monitoring of inland waters quality. International Journal of Remote Sensing, 14(7), 1269 1295.; Dominguez Gómez, J. A., Chuvieco Salinero, E., & Sastre Merlin, A. (2009). Monitoring transparency in inland water bodies using multispectral images. International Journal of Remote Sensing, 30(6), 1567-1586; Osińska-Skotak K. 2010. Metodyka wykorzystania super-i hiperspektralnych danych satelitarnych w analizie jakości wód śródlądowych. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Geodezja, (47), 3-153; Sun, D., Hu, C., Qiu, Z., Cannizzaro, J.P., and Barnes, B.B. (2014). Influence of a red band-based water classification approach on chlorophyll algorithms for optically complex estuaries. Remote Sens. Environ. 155, 289-302; Pierzchała, Ł. (2020). Ocena możliwości zastosowania teledetekcyjnych metod pomiaru eutrofizacji śródlądowych zbiorników wodnych. Inżynieria Ekologiczna, 21(4)).
Ograniczeniami tego typu sposobów pomiaru chlorofilu-a w wodach powierzchniowych jest czasowe opóźnienie dostępu do danych źródłowych, które nie pozwala na bieżące oszacowanie biomasy fitoplanktonu w ekosystemie wodnym. Pomiar chlorofilu-a w czasie rzeczywistym ma kluczowe znaczenie przy ocenie ryzyka w przypadku kąpielisk i ujęć wód powierzchniowych do celów komunalnych. Dane satelitarne o wysokiej rozdzielczości spektralnej mają także ograniczoną rozdzielczość przestrzenną, która w wielu przypadkach nie pozwala na ich zastosowanie w przypadku niewielkich zbiorników wodnych.
Z opisu patentowego CN107991249B znane jest także sposób ekstrakcji informacji o stężeniu chlorofilu-a w wodach powierzchniowych na podstawie pomiarów charakterystyki spektralnej światła słonecznego odbitego od powierzchni wody mierzonej za pomocą spektrometru.
Schalles et al. 1998 (Schalles J.F., Gitelson A.A., Yacobi Y. Z., Kroenke A. E. (1998) Estimation of chlorophyll a from time series measurements of high spectral resolution reflectance in an eutrophic lake. J. Phycol. No. 34, p.p. 383-390, https://doi.org/10.1046/j.1529-8817.1998.340383.x.) opisuje sposób szacowania koncentracji chlorofilu-a w wodach powierzchniowych na podstawie pomiaru charakterystyki spektralnej światła słonecznego odbitego od powierzchni wody oraz charakterystyki spektralnej światła słonecznego ze wzorca o dbiciowego. Uzyskane z zastosowaniem odpowiednich algorytmów obliczeniowych koncentracje chlorofilu-a wykazały wysokie korelacje z pomiarami chlorofilu-a uzyskanymi na podstawie oznaczeń laboratoryjnych. Wadą przedmiotowego sposobu pomiaru chlorofilu-a z wykorzystaniem spektrometru światłowodowego jest konieczność ręcznego prowadzenia pomiaru.
Zaistniała potrzeba opracowania rozwiązania, które pozwoliłoby prowadzić ocenę jakości wód powierzchniowych w oparciu o zmiany właściwości spektralnych światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody, pozwalającego m.in. na pomiar koncentracji chlorofilu-a, w sposób automatyczny, eliminujący konieczność ręcznego prowadzenia pomiaru, eliminującego również inne niedogodności rozwiązań należących do stan techniki, jak przykładowo konieczność bezpośredniego kontaktu urządzenia pomiarowego z wodą.
Powyższy cel techniczny, realizuje wynalazek w postaci sposobu do oceny jakości wód powierzchniowych w oparciu o zmianę właściwości światła odbitego od powierzchni zwierciadła wodny, którego istotą jest to, że stosuje się dwa kolimatory, przy czym jeden z kolimatorów kieruje się na taflę wody badanego zbiornika, drugi z kolimatorów kieruje się na wzorzec odbiciowy, po czym naprzemiennie, w ustalonych interwałach czasowych, zbiera się sygnały optyczne światła słonecznego, docierającego do powierzchni zwierciadła wody i światła odbitego od zwierciadła wody, zebrane w ten sposób sygnały, przez przełącznik sygnału optycznego, przesyła się do spektrometru, za jego pomocą analizuje się natężenie poszczególnych długości fal promieniowania słonecznego i przekazuje dane pomiarowe do stacji roboczej, w której stosując odpowiednie oprogramowanie, zwłaszcza do analizy danych spektralnych, wyznacza się współczynniki odbicia i pochłaniania promieniowania słonecznego w zakresach charakterystycznych dla aktywności optycznej chlorofilu-a, i na ich podstawie wyznacza się koncentrację tego barwnika w wodzie powierzchniowej, a przy tym pracą spektrometru oraz przełącznika sygnału optycznego, steruje się elektronicznie, za pomocą stacji roboczej, którą stanowi przenośny komputer z własnym zasilaniem i oprogramowaniem.
Zgodnie z powyższym sposobem, sygnały pomiędzy kolimatorami i przełącznikiem sygnału optycznego, przesyła się stosując łącza światłowodowe, najlepiej przesyła się stosując dwa światłowody.
Zgodnie z powyższym sposobem, sygnały pomiędzy przełącznikiem sygnału optycznego i spektrometrem, przesyła się stosując łącze światłowodowe, najlepiej przesyła się stosując jeden światłowód.
Zgodnie z powyższym sposobem, sygnały pomiędzy stacją roboczą i spektrometrem przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej przesyła się stosując kabel.
Zgodnie z powyższym sposobem, sygnały pomiędzy stacją roboczą i przełącznikiem sygnału optycznego, przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej stosując kabel.
Zgodnie z powyższym sposobem, sygnały pomiędzy stacją roboczą i wyświetlaczem, przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej przesyła się stosując kabel.
Zgodnie z powyższym sposobem, stosuje się wzorzec odbiciowy, który lokalizuje się w zakresie zbierania promieniowania jednego z kolimatorów.
Zgodnie z powyższym sposobem, stosuje się wzorzec odbiciowy, w postaci płytki, którą pokrywa się materiałem zapewniającym > 98% wskaźnik odbicia światła w zakresie widmowym promieniowania widzialnego, najlepiej pokrywa się PTFE (poli(tetrafluoroetylenem).
Zgodnie z powyższym sposobem, stosuje się spektrometr, który stanowi spektrometr światłowodowy, o rozdzielczości spektralnej w zakresie światła widzialnego co najmniej 2 nm.
Zgodnie z powyższym sposobem, stosuje się stację roboczą zawierającą komputer z zasilaniem i oprogramowaniem, zwłaszcza do analizy danych spektralnych.
Zgodnie z powyższym sposobem, stosuje się stację roboczą, zawierającą urządzenie elektroniczne przeznaczone do transmisji danych, wyposażone w nadajnik i odbiornik fal radiowych, umożliwiające bezprzewodową transmisję danych.
Zgodnie z powyższym sposobem, stosuje się statyw, najlepiej ze stabilizatorem wstrząsów.
Zgodnie z powyższym sposobem, na statywie umieszcza się kolimatory, najlepiej umieszcza się je powyżej stabilizatora wstrząsów.
Zgodnie z powyższym sposobem, na statywie umieszcza się wzorzec odbiciowy, najlepiej umieszcza się go powyżej stabilizatora wstrząsów.
Zaletą wynalazku jest to, że umożliwia prowadzenie w pełni automatycznego pomiaru koncentracji chlorofilu-a w wodach powierzchniowych, na podstawie zmiany charakterystyki światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody.
Zaletą wynalazku jest to, że eliminuje konieczność ręcznego prowadzenia pomiaru, oraz inne niedogodności rozwiązań należących do stanu techniki, jak przykładowo konieczność bezpośredniego kontaktu urządzenia pomiarowego z wodą.
Sposób według wynalazku, pozwala ulepszyć zarządzenie ryzykiem wynikającym z pogorszenia jakości wód w obrębie kąpielisk i ujęć wód powierzchniowych do celów komunalnych.
Przedmiot wynalazku, został opisany w poniższym przykładzie realizacji oraz ukazany na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat realizacyjny urządzenia wykorzystywanego przy sposobie, według przykładu realizacji I.
Przykład realizacji I
Sposób oceny jakości wód powierzchniowych, w oparciu o zmiany właściwości spektralnych światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody polega na tym, że stosuje się dwa kolimatory 2, 5, przy czym jeden z kolimatorów 5 kieruje się na taflę wody badanego zbiornika, drugi z kolimatorów 2 kieruje się na wzorzec odbiciowy 3, po czym naprzemiennie w ustalonych interwałach czasowych, zbiera się sygnały optyczne światła słonecznego, docierającego do powierzchni zwierciadła wody i światła odbitego od zwierciadła wody, zebrane w ten sposób sygnały, przez przełącznik 8 sygnału optycznego, przesyła się do spektrometru 9, za jego pomocą analizuje się natężenie poszczególnych długości fal promieniowania słonecznego i przekazuje dane pomiarowe do stacji roboczej 11, w której stosując odpowiednie oprogramowanie, zwłaszcza do analizy danych spektralnych, wyznacza się współczynniki odbicia i pochłaniania promieniowania słonecznego w zakresach charakterystycznych dla aktywności optycznej chlorofilu-a, i na ich podstawie wyznacza się koncentrację tego barwnika w wodzie powierzchniowej, a przy tym pracą spektrometru 9 oraz przełącznika 8 sygnału optycznego, steruje się elektronicznie, za pomocą stacji roboczej 11, którą stanowi przenośny komputer z własnym zasilaniem i oprogramowaniem.
W sposobie, sygnały pomiędzy kolimatorami 2, 5 i przełącznikiem 8 sygnału optycznego, przesyła się stosując łącza światłowodowe, najlepiej przesyła się stosując dwa światłowody 1,4.
W sposobie, sygnały pomiędzy przełącznikiem 8 sygnału optycznego i spektrometrem 9, przesyła się stosując łącze światłowodowe, najlepiej przesyła się stosując jeden światłowód 10.
W sposobie, sygnały pomiędzy stacją roboczą 11 i spektrometrem 9 przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej przesyła się stosując kabel 12.
W sposobie, sygnały pomiędzy stacją roboczą 11 i przełącznikiem 8 sygnału optycznego, przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej stosując kabel 13.
W sposobie, sygnały pomiędzy stacją roboczą 11 i wyświetlaczem 16, przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej przesyła się stosując kabel 15.
Zgodnie ze sposobem, stosowany wzorzec odbiciowy 3, lokalizuje się w zakresie zbierania promieniowania jednego z kolimatorów 2.
Zgodnie ze sposobem, stosuje się wzorzec odbiciowy 3, w postaci płytki, którą pokrywa się materiałem zapewniającym > 98% wskaźnik odbicia światła w zakresie widmowym promieniowania widzialnego, najlepiej pokrywa się PTFE (poli(tetrafluoroetylenem).
Zgodnie ze sposobem, stosuje się spektrometr 9, który stanowi spektrometr światłowodowy, o rozdzielczości spektralnej w zakresie światła widzialnego co najmniej 2 nm.
Zgodnie ze sposobem, stosuje się stację roboczą 11 zawierającą komputer z zasilaniem i oprogramowaniem, zwłaszcza do analizy danych spektralnych.
Zgodnie ze sposobem, stosuje się stację roboczą 11, zawierającą urządzenie elektroniczne przeznaczone do transmisji danych, wyposażone w nadajnik i odbiornik fal radiowych, umożliwiające bezprzewodową transmisję danych.
Zgodnie ze sposobem, stosuje się statyw 6, najlepiej ze stabilizatorem 7 wstrząsów.
Zgodnie ze sposobem, na statywie 6 umieszcza się kolimatory 2, 5, najlepiej umieszcza się je powyżej stabilizatora 7 wstrząsów.
Zgodnie ze sposobem, na statywie 6 umieszcza się wzorzec odbiciowy 3, najlepiej umieszcza się go powyżej stabilizatora 7 wstrząsów.
Opisany powyżej sposób oceny jakości wód powierzchniowych, w oparciu o zmiany właściwości spektralnych światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody, można realizować na urządzeniu opisanym poniżej.
Urządzenie do oceny jakości wód powierzchniowych, zawiera dwa światłowody 1 i 4, zakończone kolimatorami 2 i 5, oraz podłączone do przełącznika 8 umożliwiającego przełączanie sygnału optycznego.
Pierwszy kolimator 2, jest skierowany na wzorzec odbiciowy 3.
Drugi kolimator 5, jest skierowany na taflę wody badanego zbiornika.
Pierwszy światłowód 1 z pierwszym kolimatorem 2, zbiera sygnał optyczny z wzorca odbiciowego 3, mającego postać płytki pokrytej materiałem zapewniającym > 98% wskaźnik odbicia światła w zakresie widmowym promieniowania widzialnego, najlepiej pokrytej PTFE (poli(tetrafluoroetylenem), ewentualnie spectolon'em lub fotolonem (nazwy handlowe).
Drugi światłowód 4 z drugim kolimatorem 5, zbiera sygnał optyczny z tafli wody.
W wariancie korzystnym, kolimatory 2, 5 ze światłowodami 1,4 i wzorcem odbiciowym 3, zamocowane są na statywie 6.
W wariancie korzystnym, statyw 6 znajduje się na stabilizatorze wstrząsów 7 ograniczającym zakłócenia odbioru sygnału optycznego powodowane przez wstrząsy.
Zastosowanie stabilizatora wstrząsów 7 pozwala na stabilną pracę urządzenia zamocowanego na pomoście, platformie lub innym elemencie unoszącym się na powierzchni wody.
Przełącznik 8 sygnału optycznego przekazuje sygnał optyczny do spektrometru 9 za pomocą trzeciego światłowodu 10. Korzystnie, by rozdzielczość spektralna spektrometru 9 światłowodowego w zakresie światła widzialnego wynosiła co najmniej 2 nm, a czas pomiaru nie przekraczał 1 s.
Praca spektrometru 9 oraz przełącznika 8 sygnału optycznego, sterowana jest elektronicznie, za pomocą stacji roboczej 11, którą stanowi przenośny komputer z własnym zasilaniem i oprogramowaniem, poprzez połączenie przewodowe kablami 12 i 13.
Pomiar charakterystyk spektralnych światła słonecznego, docierającego do powierzchni zwierciadła wody i światła odbitego zwierciadła wody, odbywa się naprzemiennie w ustalonych interwałach czasowych. Pomiar dla obu charakterystyk spektralnych w całym zakresie widma widzialnego jest uśredniany i zapisywany.
Stacja robocza 11 posiada oprogramowanie do analizy danych spektralnych. Informacja o koncentracji chlorofilu-a na podstawie zmiany charakterystyki światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody, obliczana jest z zastosowaniem znanych formuł obliczeniowych (analiza zmian w zakresach spektralnych charakterystycznych dla chlorofilu-a).
Przełącznik sygnału optycznego 8, spektrometr 9 i stacja robocza 11, znajdują się w obudowie zewnętrznej 14, zabezpieczającej elementy elektroniczne a także elementy je łączące, jak kable 12, 13 i światłowód 10, przed niekorzystnym wpływem warunków atmosferycznych.
Na obudowie zewnętrznej 14 znajduje się podłączony przewodem 15 do stacji roboczej 11, wyświetlacz 16, na którym na bieżąco wyświetlane są wyniki analizy.
W wariancie korzystnym, stacja robocza 11 zawiera także urządzenie elektroniczne przeznaczone do transmisji danych, wyposażone w nadajnik i odbiornik fal radiowych, umożliwiające bezprzewodową transmisję danych.
Poszczególne elementy urządzenia, umocowane są na platformie 17 z uchwytem 18 umożliwiającym przenoszenie całego urządzenia.
Wyszczególnione powyżej elementy składowe urządzenia, połączone są ze sobą w sposób następujący:
- każdy z kolimatorów 2, 5 jest połączony z przełącznikiem 8 sygnału optycznego,
- przełącznik 8 sygnału optycznego jest połączony z każdym z kolimatorów 2, 5, ze spektrometrem 9 i ze stacją roboczą 11,
- spektrometr 9 jest połączony ze stacją roboczą 11 i z przełącznikiem 8 sygnału optycznego,
- stacja robocza 11 jest połączona ze spektrometrem 9, z przełącznikiem 8 sygnału optycz- nego i z wyświetlaczem 16.
Przy tym:
- pomiędzy kolimatorami 2, 5 i przełącznikiem 8 sygnału optycznego, są łącza światłowodowe, najlepiej w postaci dwóch światłowodów 1,4,
- pomiędzy przełącznikiem 8 sygnału optycznego i spektrometrem 9, jest łącze światłowodowe, najlepiej w postaci jednego światłowodu 10,
- pomiędzy stacją roboczą 11 i spektrometrem 9 jest połączenie przewodowe, najlepiej w postaci kabla 12,
- pomiędzy stacją roboczą 11 i przełącznikiem 8 sygnału optycznego, jest połączenie przewodowe, najlepiej w postaci kabla 13,
- pomiędzy stacją roboczą 11 i wyświetlaczem 16, jest połączenie przewodowe, najlepiej w postaci kabla 15.
Claims (14)
1. Sposób oceny jakości wód powierzchniowych, w oparciu o zmiany właściwości spektralnych światła słonecznego odbitego od powierzchni zwierciadła wody znamienny tym, że stosuje się dwa kolimatory (2, 5), przy czym
- jeden z kolimatorów (5) kieruje się na taflę wody badanego zbiornika,
- drugi z kolimatorów (2) kieruje się na wzorzec odbiciowy (3), po czym naprzemiennie w ustalonych interwałach czasowych, zbiera się sygnały optyczne światła słonecznego, docierającego do powierzchni zwierciadła wody i światła odbitego od zwierciadła wody, zebrane w ten sposób sygnały, przez przełącznik (8) sygnału optycznego, przesyła się do spektrometru (9), za jego pomocą analizuje się natężenie poszczególnych długości fal promieniowania słonecznego i przekazuje dane pomiarowe do stacji roboczej (11), w której stosując odpowiednie oprogramowanie, zwłaszcza do analizy danych spektralnych, wyznacza się współczynniki odbicia i pochłaniania promieniowania słonecznego w zakresach charakterystycznych dla aktywności optycznej chlorofilu-a, i na ich podstawie wyznacza się koncentrację tego barwnika w wodzie powierzchniowej, a przy tym pracą spektrometru (9) oraz przełącznika (8) sygnału optycznego, steruje się elektronicznie, za pomocą stacji roboczej (11), którą stanowi przenośny komputer z własnym zasilaniem i oprogramowaniem.
2. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że sygnały pomiędzy kolimatorami (2, 5) i przełącznikiem (8) sygnału optycznego, przesyła się stosując łącza światłowodowe, najlepiej przesyła się stosując dwa światłowody (1, 4).
3. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że sygnały pomiędzy przełącznikiem (8) sygnału optycznego i spektrometrem (9), przesyła się stosując łącze światłowodowe, najlepiej przesyła się stosując jeden światłowód (10).
4. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że sygnały pomiędzy stacją roboczą (11) i spektrometrem (9) przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej przesyła się stosując kabel (12).
5. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że sygnały pomiędzy stacją roboczą (11) i przełącznikiem (8) sygnału optycznego, przesyła się stosując łącze przewodowe, najlepiej stosując kabel (13).
6. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że sygnały pomiędzy stacją roboczą (11) i wyświetlaczem (16), przesyła się za stosując łącze przewodowe, najlepiej przesyła się stosując kabel (15).
7. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że stosuje się wzorzec odbiciowy (3), który lokalizuje się w zakresie zbierania promieniowania jednego z kolimatorów (2).
8. Sposób według zastrz. 1 albo 7 znamienny tym, że stosuje się wzorzec odbiciowy (3), w postaci płytki, którą pokrywa się materiałem zapewniającym > 98% wskaźnik odbicia światła w zakresie widmowym promieniowania widzialnego, najlepiej pokrywa się PTFE (poli(tetrafluoroetylenem).
9. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że stosuje się spektrometr (9), który stanowi spektrometr światłowodowy, o rozdzielczości spektralnej w zakresie światła widzialnego co najmniej 2 nm.
10. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że stosuje się stację roboczą (11) zawierającą komputer z zasilaniem i oprogramowaniem, zwłaszcza do analizy danych spektralnych.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 10 znamienny tym, że stosuje się stację roboczą (11), zawierającą urządzenie elektroniczne przeznaczone do transmisji danych, wyposażone w nadajnik i odbiornik fal radiowych, umożliwiające bezprzewodową transmisję danych.
PL 242697 BI
12. Sposób według zastrz. 1 znamienny tym, że stosuje się statyw (6), najlepiej ze stabilizatorem (7) wstrząsów.
13. Sposób według zastrz. 12 znamienny tym, że na statywie (6) umieszcza się kolimatory (2, 5), najlepiej umieszcza sieje powyżej stabilizatora (7) wstrząsów.
14. Sposób według zastrz. 12 znamienny tym, że na statywie (6) umieszcza się wzorzec odbiciowy (3), najlepiej umieszcza się go powyżej stabilizatora (7) wstrząsów.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL440662A PL242697B1 (pl) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | Sposób oceny jakości wód powierzchniowych |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL440662A PL242697B1 (pl) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | Sposób oceny jakości wód powierzchniowych |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL440662A1 PL440662A1 (pl) | 2022-07-25 |
| PL242697B1 true PL242697B1 (pl) | 2023-04-11 |
Family
ID=83721689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL440662A PL242697B1 (pl) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | Sposób oceny jakości wód powierzchniowych |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL242697B1 (pl) |
-
2022
- 2022-03-17 PL PL440662A patent/PL242697B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL440662A1 (pl) | 2022-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Alikas et al. | Improved retrieval of Secchi depth for optically-complex waters using remote sensing data | |
| Gitelson et al. | Comparative reflectance properties of algal cultures with manipulated densities | |
| Moroni et al. | Hyperspectral image analysis in environmental monitoring: setup of a new tunable filter platform | |
| Zhu et al. | Assessment of a portable UV–Vis spectrophotometer's performance for stream water DOC and Fe content monitoring in remote areas | |
| Gomes et al. | Satellite estimates of euphotic zone and Secchi disk depths in a colored dissolved organic matter-dominated inland water | |
| Reinart et al. | Inherent and apparent optical properties of Lake Peipsi, Estonia | |
| Lay-Ekuakille et al. | Effluents, surface and subterranean waters monitoring: Review and advances | |
| Wagner et al. | Proximal VIS-NIR spectrometry to retrieve substance concentrations in surface waters using partial least squares modelling | |
| Kallio | Remote sensing as a tool for monitoring lake water quality | |
| Das et al. | Fluorescence-based accurate estimation of chlorophyll in tea leaves using smartphone | |
| Kutser et al. | Monitoring of coastal waters of the Baltic Sea by airborne imaging spectrometer AISA | |
| Kallio | Optical properties of Finnish lakes estimated with simple bio-optical models and water quality monitoring data | |
| PL242697B1 (pl) | Sposób oceny jakości wód powierzchniowych | |
| PL242698B1 (pl) | Urządzenie do oceny jakości wód powierzchniowych | |
| PL247604B1 (pl) | Sposób oceny jakości wód powierzchniowych | |
| PL242991B1 (pl) | Urządzenie do oceny jakości wód powierzchniowych | |
| JP2000356635A (ja) | クロロフィルa濃度測定方法及びその装置 | |
| CN215525515U (zh) | 水质监测装置 | |
| Li et al. | Development of high sensitivity shore-based laser induced fluorescence radar and its application in high-precision online monitoring of chlorophyll concentration | |
| Yang et al. | Retrieval of water quality parameters by hyperspectral remote sensing in lake TaiHu, China | |
| Das et al. | Spectrophotometric-based Estimation of Plant Chlorophyll Content using Smartphone | |
| EP4435408B1 (en) | An automated optical spectroscopy device for water analysis | |
| Sudduth et al. | Estimating water quality with airborne and ground-based hyperspectral sensing | |
| Le et al. | A handheld fluorometer evaluates freshwater cyanobacterial blooms across a broad productivity gradient | |
| Gómez | Hyperspectral optical analysis of Zumpango Lake, Mexico |