مجسات جودة الهواء: ما مدى جودة جيدة بما فيه الكفاية؟ - 💡 Fix My Ideas

مجسات جودة الهواء: ما مدى جودة جيدة بما فيه الكفاية؟

مجسات جودة الهواء: ما مدى جودة جيدة بما فيه الكفاية؟


مؤلف: Ethan Holmes, 2019

يجري تطوير أجهزة استشعار جودة الهواء وبيعها ونشرها من قبل المزيد والمزيد من الأشخاص ، وليس فقط بواسطة علماء متخصصين في جودة الهواء مثلي. إنه وقت مثير حقًا حيث يمكن للمواطنين المساعدة في إعلام العلوم بأجهزة استشعار منخفضة التكلفة ، طالما أن جودة القياسات جيدة بما فيه الكفاية.

يسألني الناس باستمرار: ما هي جودة هذا المستشعر؟ كيف جيدة هو؟ هل حقا العمل؟ يسألونني لأنني أعمل في Sonoma Technology، Inc. (STI) ، التي تقدم استشارات عالية الجودة لوكالات جودة الهواء مثل وكالة حماية البيئة الأمريكية. في STI ، نستخدم أدوات مكلفة للغاية ودقيقة لتقييم ظروف جودة الهواء للدراسات العلمية التي تؤثر على القرارات السياسية والتنظيمية. لكن في المنزل ، خلال الليالي وعطلات نهاية الأسبوع ، أقوم بالتسلل إلى أجهزة مراقبة جودة الهواء منخفضة التكلفة باستخدام مجتمعات DIY ، والتي لا تهدف للربح ، والمجتمعات المصنعة.

الكل يريد إجابة مختصرة قصيرة على سؤال الجودة. شيء من هذا القبيل ، "دقة 98 ٪" أو "جهاز استشعار هو جيد مثل جودة الهواء 20،000 دولار." لسوء الحظ ، لا توجد إجابات بسيطة من هذا القبيل. هذا يحبط الناس ، وقد أحبطني ذلك عندما بدأت العمل مع أجهزة استشعار الهواء لأول مرة في عام 2010. أفضل إجابة لسؤال الدقة هي: "يعتمد ذلك على التطبيق وكيفية تخطيطك لاستخدام البيانات. هل المشروع مشروع تعليمي ، أو نشاط فحص ، أو دراسة علمية ، أو دعوى قضائية ، أو أي شيء آخر؟ "كل هذه المشاريع تتطلب قياسات بدرجات متفاوتة من الدقة والجودة: بالنسبة لبعض القرارات ، تكون المخاطر عالية والبيانات لها يكون أفضل الصلبة.

بدلاً من الشعور بالإحباط الشديد ، قررت إجراء تقييمات جودة بيانات DIY الخاصة بي في مرآب السيارات والفناء الخلفي. لقد فعلت ذلك لعدة أسباب: 1) سيساعدني ذلك على فهم ما هو ممكن ، 2) لا يوجد لدى الشركات المصنعة لأجهزة الاستشعار عادة بيانات تقييم واقعية أو تنشرها ، و 3) لم تقم منظمات أخرى بتقييم أجهزة استشعار الهواء منخفضة التكلفة الناشئة هذه.1 لذلك قررت أن أركز جهودي على واحد من أكثر الملوثات جودة الهواء غدرا: الجسيمات التي يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر. كما دعا PM2.5، هذه الجزيئات تسبب مشاكل في الرئة والقلب في الولايات المتحدة وحول العالم (epa.gov/pm/pdfs/pm-color.pdf، cdc.gov/air/particulate_matter.html).

1 بدأت وكالة حماية البيئة في الولايات المتحدة مؤخرًا في تقييم جودة أجهزة استشعار الهواء منخفضة التكلفة باستخدام مختبراتها المتطورة التي يتم التحكم فيها في Research Triangle Park، N.C [Long، R.، Beaver، M.، Williams، R. Kronmiller، K.، Garvey، S. استشعار اعتبارات التقييم (الإجراءات والمفاهيم) لجهود التقييم المستمرة لوكالة حماية البيئة. مدير البيئة (أغسطس 2014) ، في الصحافة.]

لقد أجريت ثلاث دراسات لمقارنة جودة الأدوات منخفضة التكلفة بالأدوات المرجعية المقبولة من قبل مجتمع جودة الهواء على أنها توفر جودة PM2.5 قياسات. لكل دراسة ، قمت بتقييم مساء أو أكثر2.5 أجهزة الاستشعار عن طريق قياس تركيز الجسيمات (في العالم الحقيقي) أو عن طريق توليد جزيئات من حرق أنواع مختلفة من الوقود (الخشب والبخور والكيروسين والورق). ساعدت عدة أنواع من التحليلات على تحديد جودة المستشعرات الجديدة: مخطط موضعي يوضح العلاقة بين المستشعر الجديد والمرجع ؛ تحليل الارتباط الذي يبين مستوى الاتفاق بين أجهزة الاستشعار. ومؤامرة بسيطة من البيانات للتأكد من أنها منطقية من الناحية المفاهيمية.

تجربة 1: الشتاء Woodsmoke

المرجع: الحرارية PDR-1500

الاستشعار: ديلوس (DC1100-PRO-PC)

الطريقة: خلال شتاء عام 2012 ، قمت بتشغيل جهاز استشعار Dylos في الفناء الخلفي الخاص بي في سانتا روزا ، كاليفورنيا ، لقياس تقلبات دقيقة بدقيقة في الجزيئات بسبب حرق الأخشاب السكنية في المواقد (حرق معظمها بسبب الأجواء ، وليس للمنزل التدفئة). قارنت النتائج مع PM2.5 قياسات من أداة مرجعية الحرارية.

النتائج: يُظهر scatterplot علاقة خطية جيدة جدًا بين الأداة المرجعية الحرارية ومستشعر Dylos المنخفض التكلفة. أشارت علاقة 0.92 إلى أن 92٪ من الاختلافات في المرجع PM2.5 تنعكس البيانات أيضًا في عدد Dylos من الجزيئات. تسمح هذه الاتفاقية لأي شخص بتشغيل Dylos وربط قياسات عدد الجسيمات بـ PM2.5 التركيزات. بالإضافة إلى ذلك ، كما هو موضح في الشكل الثاني ، فإن Dylos منطقية من الناحية النظرية ، لأن التغييرات اليومية في PM2.5 ترتبط بالوقت من اليوم والتغيرات في الظروف الجوية. في الليل ، يبدأ الناس في حرق الخشب ، ويتم حصر الجسيمات الناتجة بالقرب من سطح الأرض البارد ؛ وبالتالي ، PM2.5 زيادة التركيزات. خلال النهار ، مساء2.5 تنخفض المستويات حيث يتم خلط الهواء والجزيئات عموديًا في الجو بسبب درجات الحرارة الأكثر دفئًا والرياح القوية. من المشجع أن نرى Dylos يحاكي الأنماط الموضحة في الأداة المرجعية.

الخلاصة: هذا الاتفاق رائع ومشجع للغاية. كيف جيدة هو ديلوس؟ جيد بما يكفي لاكتشاف التغيرات في مستويات الجسيمات بسبب دخان الخشب في الفناء الخلفي لـ Tim.

مزيد من المعلومات على https://sites.google.com/site/airsensors2013/final-materials؛ انظر الملصقات ، صفحة 27.

الشكل للتجربة 1:

التجربة 2: هل يؤثر لون الجسيمات على استجابة المستشعر؟

المرجع: الحرارية PDR-1500

الاستشعار: ديلوس (DC1100-PRO-PC)

الطريقة: يكتشف مستشعر Dylos الجزيئات عندما يقوم الجسيم الذي يتدفق عبر الجهاز بتفريق الضوء من مؤشر LED إلى جهاز الكشف عن الصور. يتأثر لون وحجم وشكل الجزيئات بنوع الوقود الذي يتم حرقه. كنت مهتمًا بكيفية استجابة مستشعر Dylos لأنواع مختلفة من الجزيئات. كان جراجي بمثابة غرفة دخان صغيرة لحرق أنواع مختلفة من الوقود ، وإنشاء دخان ، ثم جمع البيانات من الأداة المرجعية وأجهزة الاستشعار.

النتائج: يقارن scatterplot Dylos بالجهاز المرجعي لكل أنواع الوقود التي أحرقتها. تنتج المواد النباتية (الخشب والورق والتبغ) جزيئات بياضًا ، بينما ينتج الوقود المستخرج من البترول جزيئات أغمق. جزيئات بيضاء مبعثرة المزيد من الضوء. تمتص الجزيئات الداكنة مزيدًا من الضوء ويصعب اكتشافها باستخدام هذا المستشعر. تظهر منحنيات الاستجابة كخطوط صلبة. منحنيات الاستجابة المثالية هي تلك التي يتطابق فيها التغيير في الأداة المرجعية مع تغيير مماثل في قراءة المستشعر. لاحظ استجابة جيدة للغاية للخشب والورق (مبعثر الضوء العالي) ؛ ومع ذلك ، فإن الاستجابة للكيروسين ليست جيدة (تشتت أغمق وأقل ضوءًا).

الخلاصة: الاتفاقية جيدة بالنسبة للجزيئات البيضاء (من الوقود النباتي) ، ولكنها ليست جيدة بالنسبة للجزيئات الغامقة الأكثر سخونة من الوقود الذي يعتمد على النفط.

أرقام التجربة 2:

التجربة 3: أجهزة استشعار المادة الجزيئية لطلاب المدارس الثانوية

المرجع: الحرارية PDR-1500

الاستشعار: Shinyei PPD-62PV

الطريقة: تعمل STI مع HabitatMap لتطوير جهاز استشعار لطلاب المدارس الثانوية لقياس الجزيئات وتفسير البيانات التي يجمعونها (KidsMakingSense.org). اختبرت هذا أصغر PM2.5 جهاز استشعار مع نهجين: 1) تقييم تركيزات الجسيمات المحيطة في الليل ، عندما أحرق الجيران الحطب في المواقد الخاصة بهم والدخان انجرفت في الفناء الخلفي بلدي ، و 2) تقييم تركيزات الجسيمات عندما أحرق الخشب في شباك الفناء الخلفي لي لخلق تركيزات أعلى من دخان الخشب حبيبات.

النتائج: أظهر كلا الاختبارين أن هذا المستشعر الأقل تكلفة مقارنة جيدًا بالأداة المرجعية. الاتفاق بين جهاز استشعار Shinyei على scatterplot معقول (خطي مع ارتباط أكبر من 0.7). بالإضافة إلى ذلك ، تُظهر حبكة السلاسل الزمنية للبيانات أن التغيرات في عدد جسيمات المستشعر تتوافق مع التغيرات في القياسات المرجعية لـ PM2.5.

ملخص: جهاز استشعار Shinyei يكفي للكشف عن تركيزات الجسيمات المنخفضة والمتوسطة والعالية. كما أنها كافية للطلاب لاكتشاف الجزيئات في الفصل الدراسي ، ومنازلهم ، والأحياء المجاورة.

أرقام التجربة 3:

ملخص

بدأ أشخاص آخرون في إجراء تقييمات مماثلة للجزيئات والملوثات الغازية. وأظن أنه في غضون عام أو عامين ، سيكون لدينا مجموعة واسعة من التقييمات لتحديد أنواع المجسات ذات الجودة الكافية لتطبيق معين. ما مدى جودة هذه المجسات؟ حسن ، جيد بما يكفي لاكتشاف الجزيئات من دخان الخشب.



قد تكون مهتمة

شرارة الإلكترون: متحكم مع واي فاي

شرارة الإلكترون: متحكم مع واي فاي


بعد العلاج الكيميائي: تحريك الفن للشفاء

بعد العلاج الكيميائي: تحريك الفن للشفاء


غير مكلفة "انقر والمسح الضوئي" 3D الماسح الضوئي على Indiegogo

غير مكلفة "انقر والمسح الضوئي" 3D الماسح الضوئي على Indiegogo


مقتطفات مشروع كل النقاط المرقعة: عمل قوالب لتفكيك الورق باللغة الإنجليزية

مقتطفات مشروع كل النقاط المرقعة: عمل قوالب لتفكيك الورق باللغة الإنجليزية






المشاركات الأخيرة