"Συστήματα αισθητήρων στην υπηρεσία της παρακολούθησης του Θαλάσσιου περιβάλλοντος"

"Συστήματα αισθητήρων στην υπηρεσία της παρακολούθησης του Θαλάσσιου περιβάλλοντος" Πανταζόγλου Φώτης Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας-ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε Πρώην Αμ.Βάση Γουρνών fotis@hcmr.gr Εισαγωγή Η εργασία που ακολουθεί εκπονήθηκε στο πλαίσιο του μαθήματος «Σχεδίαση και Επεξεργασία συστημάτων μάχης Ι» και αναλύει την χρήση αισθητήρων κατά την παρακολούθηση παραμέτρων που καθορίζουν και επηρεάζουν το θαλάσσιο περιβάλλον. Η εργασία χωρίζεται στις επιμέρους ενότητες,που αναφέρονται παρακάτω, με σκοπό να γίνει όσο τον δυνατόν πιο κατανοητή η σημασία χρήσης αισθητήρων στις εργασίες αυτής της φύσης. I. Η χρήση αισθητήρων στις πλατφόρμες και τους σταθμούς παρακολούθησης του θαλάσσιου περιβάλλοντος. II. Tο θαλάσσιο παρατηρητήριο E1-Μ3Α. III. Η χρήση αισθητήρων στο θαλάσσιο παρατηρητήριο E1-Μ3Α. IV. Αναλυτική παρουσίαση αισθητήρων. V. Συμπεράσματα-Προοπτικές. Ι.Η χρήση αισθητήρων στις πλατφόρμες και τους σταθμούς παρακολούθησης του θαλάσσιου περιβάλλοντος.(θαλάσσια παρατηρητήρια) Η πολυπλοκότητα του θαλάσσιου περιβάλλοντος, μας αναγκάζει να διαθέτουμε μια σειρά «εργαλείων» (Εικ. 1) τα οποία μας βοηθάνε στην καλύτερη μελέτη και κατανόησή του. Τα εργαλεία αυτά συμπληρώνουν το ένα το άλλο και έρχονται να απαντήσουν στις ερωτήσεις που η επιστημονική κοινότητα θέτει κάθε φορά. Η καλύτερη κατανόηση του των μηχανισμών που διέπουν των λειτουργιών που λαμβάνουν χώρα μέσα στο ευμετάβλητο θαλάσσιο περιβάλλον οδηγεί με την σειρά του σε καλύτερους μηχανισμούς αντιμετώπισης εκτάκτων περιστατικών (έκτακτα καιρικά φαινόμενα, ατυχήματα κα) αλλά και σε καλύτερες πολιτικές ορθής χρήσης του.(policy making). Εικόνα 1. Εργαλεία μελέτης θαλ. Περιβάλλοντος Στην παρούσα εργασία θα αναφερθούμε στην χρήση αισθητήρων στα ολοκληρωμένα συστήματα θαλάσσιων παρατηρητήριων (OOS Ocean Observing System), δίνοντας έτσι έμφαση σε ένα τομέα στον οποία η χώρα μας πρωταγωνιστεί επιστημονικά. Τα ολοκληρωμένα συστήματα θαλάσσιων παρατηρητήριων όπως το δίκτυο Ποσειδών [1] του ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο πολύτιμα εργαλεία της επιχειρησιακής Ωκεανογραφίας. Τα δεδομένα που συλλέγονται,από τα συγκεκριμένα δίκτυα, εκτός από την επιστημονική τους αξία, έχουν βελτιώσει σημαντικά τις δυνατότητες πρόγνωσης του θαλάσσιου περιβάλλοντος συμβάλλοντας στην ανάπτυξη οικονομικών δραστηριοτήτων, την πρόληψη καταστροφικών περιστατικών, και τη διασφάλιση της ανθρώπινης ζωής. Η ραγδαία πρόοδος που σημειώνεται στην τεχνολογία, και μάλιστα στην εφαρμοσμένη τεχνολογία που χρησιμοποιείται στις θαλάσσιες επιστήμες έχει βοηθήσει στην όλο και μεγαλύτερη ανάπτυξη δικτύων ολοκληρωμένων παρατηρητηρίων. Πλέον υπάρχουν εκτεταμένα δίκτυα ωκεανογραφικών παρατηρητήριων πραγματικού χρόνου που καλύπτουν τις θαλάσσιες περιοχές του πλανήτη με έμφαση στη παράκτια ζώνη ενώ σε Ευρωπαϊκό επίπεδο (Εικ. 2) εκτός από τις παράκτιες περιοχές σημαντική προσπάθεια γίνεται και στις ανοιχτές θάλασσες. 1

Το παρατηρητήριο βρίσκεται στο Κρητικό πέλαγος (Εικ.3) και σε μια απόσταση 46 km από την στεριά, ενώ το βάθος της θάλασσας στο συγκεκριμένο σημείο είναι 1400 m. Εικόνα 2. Δίκτυο ολοκληρωμένων θαλάσσιων παρατηρητηρίων Αξίζει δε να σημειωθεί ότι από τα αποτελέσματα σχετικών Ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων [2],[3],[4] προκύπτει η ανάγκη εγκατάστασης και νέων παρατηρητηρίων τόσο για ερευνητικούς σκοπούς όσο και για την υποστήριξη πολιτικών όπως η οδηγία για τα νερά (Water Framework Directive) η οδηγία για την θαλάσσια στρατηγική (Marine Strategy Framework Directive) κλπ. Το κόστος ανάπτυξης και διαχείρισης των ολοκληρωμένων αυτών συστημάτων, ανέρχεται σε δισεκατομμύρια δολάρια παγκοσμίως παρουσιάζοντας αυξητικές τάσεις αφού εκτός από τον εκσυγχρονισμό των ήδη εγκατεστημένων, νέα δίκτυα παρατηρητήριων αναπτύσσονται συνεχώς. Από το 2006 μέχρι το 2011 το ποσό που επενδύθηκε εκτιμάτε ότι κυμάνθηκε από 1.8 δις δολάρια σε 2.2 δις παγκοσμίως διατηρώντας μία σταθερή αυξητική τάση (Εικ. 2).Σημαντικό μερίδιο στο κόστος καταλαμβάνει η αγορά και συντήρηση αισθητήρων που χρησιμοποιούνται.όπως θα αναδειχθεί και παρακάτω πρόκειται για αισθητήρες που ενσωματώνουν την τελευταία λέξη της τεχνολογίας. ΙΙ. Tο θαλάσσιο παρατηρητήριο E1-Μ3Α. Ένα από τα πιο σημαντικά θαλάσσια παρατηρητήρια του Ευρωπαϊκού συστήματος παρατηρητριών είναι το θαλάσσιο παρατηρητήριο E1-Μ3Α. Εικόνα 3. Θέση Ε1-Μ3Α στο Κρητικό πέλαγος Η σημαντικότητα του Κρητικού πελάγους και ο ρόλος που αυτό παίζει στην διαμόρφωση των συνθηκών που διέπουν το θαλάσσιο περιβάλλον της Αν. Μεσογείου οδήγησε στην σχεδίαση και πόντιση το 2000 του ολοκληρωμένου παρατηρητηρίου Ε1-Μ3Α.[6]. Μια σειρά από αισθητήρες έχουν χρησιμοποιηθεί τα τελευταία δεκαπέντε χρόνια ώστε να παρέχουν χρόνο-σειρές δεδομένων,που έχουν βοηθήσει στην καλύτερη δυνατή κατανόηση των διεργασιών. Στην πάροδο των ετών ορισμένοι αισθητήρες έχουν αντικατασταθεί από πιο σύγχρονους καθώς η συνεχής εξέλιξη τους, και η βελτιστοποίηση των μεθόδων μέτρησης των έχουν κάνει αναγκαία την ενέργεια αυτή. Στην παρούσα εργασία θα γίνει παρουσίαση του συστήματος όπως είναι σήμερα και όπως λειτουργεί σήμερα. ΙΙΙ. Η χρήση αισθητήρων στο θαλάσσιο παρατηρητήριο E1-Μ3Α. Για να μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα την χρήση των διάφορων αισθητήρων θα πρέπει πρώτα να δούμε τον σχεδιασμό του όλου παρατηρητηρίου όπως αυτός φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.(εικ.4) 2

Οι αισθητήρες που είναι προσαρμοσμένοι πάνω στην «γραμμή» αγκύρωσης μετράνε οι μεν επιφανειακοί (έως τα 100 m) παραμέτρους των επιφανειακών νερών, οι δε βαθύτεροι παραμέτρους των βαθιών νερών. Αυτό γίνεται καθώς μας ενδιαφέρουν τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των διαφόρων μαζών νερών που «κυκλοφορούν» στο θαλάσσιο σύστημα του Κρητικού πελάγους. Κάθε αισθητήρας έχει το δικό του sampling rate και όλα τα δεδομένα σε πρώτη φάση αποθηκεύονται στην κεντρική μονάδα της σημαδούρας. Στην συνέχεια σε προκαθορισμένες ώρες γίνεται μετάδοση των δεδομένων στην βάση με την χρήση διαφόρων συστημάτων μετάδοσης δεδομένων. ( INMARSAT-C,GPRS Iridium). Αναλυτικά οι αισθητήρες που το θαλάσσιο παρατηρητήριο Ε1-Μ3Α έχει αυτή την περίοδο προσαρμοσμένο φαίνονται στην παρακάτω εικόνα.(εικ.5) αλλά και στο παράρτημα της εργασίας. Εικόνα 4.Σχέδιο πόντισης Ε1-Μ3Α Η φιλοσοφία σχεδιασμού είναι η παρακάτω: Σε μια συγκεκριμένη μετρητική πλατφόρμα, η σημαδούρα Fugro OCEANOR Wavesense στην περίπτωση μας, έχουν προσαρμοστεί τόσο αισθητήρες πάνω της όσο και από κάτω της εφαρμόζοντας την φιλοσοφία σχεδιασμού του «τσαμπιού». Οι αισθητήρες που βρίσκονται πάνω στην σημαδούρα Fugro OCEANOR Wavesense, χρησιμοποιούνται είτε για την μέτρηση ατμοσφαιρικών παραμέτρων είτε για την μέτρηση παραμέτρων επιφανείας. Figure 5 Είδη αισθητήρων Ε1-Μ3Α Στον ΑΑ 14 βρίσκεται μια συσκευή που παρότι δεν μετράει κάποια περιβαλλοντική παράμετρο, μας είναι άκρως απαραίτητη για την ορθή λειτουργία του παρατηρητηρίου και έχει κάποια χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να την κατατάξουν στην κατηγορία των αισθητήρων. Για τον λόγο αυτό την συμπεριέλαβα σε αυτή την 3

εργασία παρουσίασης. Στην συνέχεια θα αναφερθώ αναλυτικά στους επιμέρους αισθητήρες, αναφέροντας τα κύρια χαρακτηριστικά τους αλλά την αρχή λειτουργίας τους. IV.Αναλυτική παρουσίαση αισθητήρων 1.Fugro OCEANOR Wavesense μετρητική πλατφόρμα [7] Ουσιαστικά η σημαδούρα Fugro OCEANOR Wavesense (Εικ.6) ενσωματώνει μια σειρά αισθητήρων και συστημάτων που μας επιτρέπουν : Να μετράμε ορισμένες παραμέτρους που μας ενδιαφέρουν. Να συλλέγουμε τα δεδομένα από τους υπόλοιπους αισθητήρες. Να μεταδίδουμε τα δεδομένα μας στους σταθμούς βάσης. Υλικό κατασκευής : πολυαιθυλένιο Συστήματα εντοπισμού θέσης : GPS (Inmarsat-C, Iridium) Bάρος :924 kg Ύψος :5.6 m Διάμετρος :2.8 m Θετική άνωση :2700 kg Επικοινωνίες :Short Range GSM/GPRS UHF/VHF radio Long Range Inmarsat-C and Iridium (two-way) ARGOS Ενέργεια: Solar panels 80W Lead acid battery bank 240Amph και Lithium backup 385, 770, 1155 or 1540Amph Αρχή λειτουργίας-σχεδιασμού: Όπως προαναφέρθηκε η σημαδούρα Fugro OCEANOR Wavesense [7] έχει σχεδιαστεί με κύρια αποστολή την μέτρηση χαρακτηριστικών κυματισμού. Η μέτρηση επιτυγχάνεται καθώς ο σχεδιασμός βασίστηκε στην αρχή της μέτρησης ανύψωσης κλίσης της σημαδούρας, και στην συνέχεια σύγκριση με μια κατάσταση μηδενικής ισορροπίας. Ειδικά σχεδιασμένοι αλγόριθμοι υπολογίζουν τα κύρια χαρακτηριστικά κυματισμού που μας ενδιαφέρουν και μας δίνουν τα αποτελέσματα σε user friendly μορφή. Η δε ακρίβεια μέτρησης που πετυχαίνουμε δίνεται παρακάτω: Σημαντικό ύψος κύματος < 5cm Κύρια περίοδος κύματος < 0.05sec Κατεύθυνση < 2 Μέγιστο ύψος κύματος < 15 cm Εικόνα 6.Fugro OCEANOR Wavesense Στην εργασία αυτήν ουσιαστικά την αντιμετωπίζουμε σαν έναν γιγάντιο αισθητήρα που κύρια δουλειά του (πέρα από τα προαναφερόμενα) είναι η μέτρηση των χαρακτηριστικών κυματισμού. Τα κύρια χαρακτηριστικά της σημαδούρας είναι : 2. Young 04106 [8] O συγκεκριμένος αισθητήρας (εικ.7) χρησιμοποιείται για να μετρήσουμε την ένταση και κατεύθυνση του αέρα. Αποτελεί έναν από τους πιο σημαντικούς αισθητήρες του παρατηρητηρίου Ε1-Μ3Α. 4

Ο αισθητήρας Young 04106 έχει αποδειχτεί πολύ αξιόπιστος στην χρήση του και με μεγάλη ακρίβεια στις μετρήσεις του. 3. Vaisala PTB 220A [9] O αισθητήρας Vaisala PTB 220A (Eικ.8) είναι ένα ψηφιακό βαρόμετρο που μας επιτρέπει να έχουμε την καταγραφή των ατμοσφαιρικών συνθηκών της περιοχής στην οποία είναι το παρατηρητήριο Ε1-Μ3Α. Εικόνα 7.Young 04106 Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι : Εμβέλεια: Ταχ. Ανέμου: 0-100 m/s Αζιμούθιο: 360 Ακρίβεια: Ταχ.Ανέμου: ± 0.3 m/s or 1% of reading Κατεύθυνση ανέμου: ± 3 degrees Ύψος: 37 cm Μήκος: 55 cm Προπέλα: 18 cm diameter Βάρος: 1.0 kg Αρχή λειτουργίας-σχεδιασμού: Οι αρχές λειτουργίας για να πετύχουμε την μέτρηση της έντασης και της κατεύθυνσης του ανέμου αντίστοιχα είναι: Ένταση:H περιστροφή της προπέλας παράγει ένα AC ρεύμα η ένταση του οποίου έχει αντιστοιχιστεί εργαστηριακά με ανάλογες εντάσεις αέρα. Έτσι γνωρίζουμε από τις μετρήσεις του ρεύματος ποιες είναι οι αντίστοιχες μετρήσεις εντάσεων του αέρα. Για την μέτρηση της κατεύθυνσης τώρα χρησιμοποιούμε ένα ποτενσιόμετρο ακριβείας.καθώς έχουμε αντιστοιχίσει συγκεκριμένες τάσεις στα άκρα του με συγκεκριμένο αζιμούθιο, γνωρίζουμε (από την τάση) ανά πάσα στιγμή την κατεύθυνση του αέρα. Εικόνα 8. Vaisala PTB 220A Ο αισθητήρας έχει την δυνατότητα να καταγράφει μεταβολές της πίεσης σε ένα εύρος τιμών 500-1100 mbar και θερμοκρασίας ατμόσφαιρας σε ένα εύρος τιμών -40 έως +60 ο C. H αρχή λειτουργίας του βαρόμετρου φαίνεται στο παρακάτω σχέδιο (Εικ.9) της εταιρείας Vaisala. 5

5.Nortek Aquadopp 400 khz [11] Για την καταγραφή των επιφανειακών ρευμάτων γίνεται χρήση του αισθητήρα της Nortek Aquadopp 400 khz.(εικ.11). Εικόνα 9.Αρχή λειτουργίας βαρομέτρου Vaisala. Με απλά λόγια έχουμε μια μεμβράνη σιλικόνης της οποίας η μηχανική μετακίνηση λόγω μεταβολών στην ατμοσφαιρική πίεση μετριέται και ανάγεται στην συνέχεια σε ενδείξεις πίεσης. Η βαθμονόμηση του αισθητήρα γίνεται αποκλειστικά στην εταιρεία κατασκευής του. 4. SAtlantic ocr-507 [10] Για την μέτρηση ακτινοβολιών χρησιμοποιούμε τον αισθητήρα SAtlantic ocr-507 (Εικ.10). Εικόνα 10. SAtlantic ocr-507 Ο αισθητήρας είναι οπτικός, μετράει δηλαδή φως και μάλιστα συγκεκριμένα διακριτά μήκη κύματος που εμείς του έχουμε ζητήσει από τον κατασκευαστή. Με τον τρόπο αυτό καταγράφουμε τα διάφορα είδη ακτινοβολίας (UV etc) που μας ενδιαφέρουν. Πρόκειται για έναν μικρό σε μέγεθος αισθητήρα ο οποίος χρειάζεται minimum ενέργεια για να λειτουργήσει σωστά και γενικά έχει αποδειχτεί αρκετά αξιόπιστος. Figure 11 Nortek Aquadrop Ουσιαστικά πρόκειται για ρευματογράφους οι οποίοι εκπέμπουν σε συγκεκριμένο μήκος κύματος (400 khz) και με την βοήθεια του φαινομένου Doppler μας επιτρέπουν να μετράμε την ταχύτητα των θαλασσίων ρευμάτων. Σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για τα επιφανειακά νερά, δηλαδή για βάθη το πολύ έως και 100 m.οι αλγόριθμοι που συνοδεύουν τους συγκεκριμένους αισθητήρες μας επιτρέπουν να έχουμε μεγάλη διακριτική ικανότητα στο προφίλ της στήλης νερού που μετράμε. Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του αισθητήρα που μας ενδιαφέρουν αναφέρονται παρακάτω: Συχνότητα εκπομπής σήματος: 0.4MHz Εμβέλεια μeτρήσεων: 60 90m Νεκρό σημείο: 1m Ακρίβεια: 1% of measured value ±0.5cm/s Θα πρέπει να τονιστεί ότι η συγκεκριμένη αρχή λειτουργίας (δημιουργία προφίλ στήλης νερού με χρήση του φαινόμενου Doppler) πλέον είναι η κυρίαρχη στον σχεδιασμό αισθητήρων που 6

μετράνε θαλάσσια ρεύματα και κυκλοφορία νερού. ενώ ο κύκλος μέτρησης επαναλαμβάνεται κάθε 1 με 1.5 sec. 6.Seabird 37 CT &SIP [12] Η μέτρηση της θερμοκρασίας και της αλατοτήτας αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές μετρήσεις που παίρνουμε στο θαλάσσιο παρατηρητήριο E1- M3A.Για τον λόγο αυτό σε διαφορετικά βάθη έχουν τοποθετηθεί αισθητήρες Seabird 37 CT &SIP (Εικ.12-Εικ.13) της εταιρείας Seabird [12]. H συγκεκριμένη εταιρεία είναι κυρίαρχη στον χώρο τα δε προϊόντα της αποτελούν standard αναφοράς. Οι δυο αισθητήρες έχουν μικρές διαφορές μεταξύ τους που κυρίως εντοπίζονται στην ανάλυση (resolution) των μετρήσεων.o Seabird 37 SIP έχει επιλέγει για τις μετρήσεις επιφανείας ενώ για τις μετρήσεις στα βαθιά έχει προτιμηθεί ο Seabird 37 CT. Εικόνα 14.Αρχή λειτουργίας Seabird 37 Τα κύρια χαρακτηριστικά του αισθητήρα είναι: Θερμοκρασία ( C) Εύρος μέτρησης: -5 to +45 Αγωγιμότητα: (S/m) 0 to 7 (0 to 70 ms/cm) Ακρίβεια μέτρησης Θερμ.: ± 0.002 (-5 to 35 C),± 0.01 (35 to 45 C) Ακρίβεια μέτρησης Αγωγ.: ± 0.0003 (0.003 ms/cm) Αναλυτική ικαν. 0.0001 0.00001 (0.0001 ms/cm) Εικόνα 12.Seabird 37-SIP Εικόνα. 13.Seabird 37 CT Και τα δύο είδη αισθητήρων έχουν ενσωματωμένη αντλία η οποία ρουφάει το θαλασσινό νερό από την είσοδο της,μετράει την θερμοκρασία του αλλά και την αγωγιμότητα του και στην συνέχεια αποβάλλει το νερό από την έξοδο της, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα της εταιρείας Seabird.(Εικ.14.) Οι τιμές της αγωγιμότητας ανάγονται σε τιμές αλατότητας, Οι συγκεκριμένοι αισθητήρες, όπως προαναφέρθηκε αποτελούν κύριο συστατικό της σύνθεσης αισθητήρων του παρατηρητηρίου. Στο Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών έχουμε «επενδύσει» τόσο σε υλικό όσο και σε ανθρώπινο δυναμικό ώστε να είμαστε σε θέση να μπορούμε να βαθμονομούμε τους συγκεκριμένους αισθητήρες. Μέσα από τυποποιημένες πλέον διαδικασίες εξασφαλίζουμε την αρτιότερη λειτουργία των αισθητήρων της οικογένειας Seabird εξοικονομώντας κάθε χρόνο πολύτιμο χρόνο αλλά και σημαντικά χρηματικά ποσά. 7. Young 50203 [13] 7

Για την μέτρηση της στάθμης βροχόπτωσης η χιονόπτωσης χρησιμοποιούμαι το βροχόμετρο της εταιρείας Young.(Εικ.15) καταξιωμένους αισθητήρες της αγοράς Ωκεανογραφικών οργάνων τον Vaisala HMP. (Εικ.16-Εικ.17) Εικόνα 16. Vaisala HMP 45A Εικόνα 15.Βροχόμετρο Young Τα κύρια χαρακτηριστικά του αισθητήρα είναι: Ύψος: 65 cm Διάμετρος: 14 cm Διάμετρος συλλογής: 133 mm Ακρίβεια μέτρησης: ± 1 mm Η αρχή λειτουργίας του αισθητήρα είναι σχετικά απλή.συλλέγει με μια χοάνη το νερό της βροχής (η το χιόνι) το οποίο στην συνέχεια το οδηγεί (μηχανικά) στον θάλαμο μέτρησης. Εκεί μετριέται η στάθμη του νερού και αλγοριθμικά αυτή αντιστοιχίζεται με ύψος πίπτουσας βροχής. Το νερό της μέτρησης στην συνέχεια απομακρύνεται από τον θάλαμο μέτρησης με μηχανικό τρόπο, συγκεκριμένα μιας εξόδου. Αν κάτι φράξει την έξοδο, οδηγούμαστε αυτόματα σε μη σωστή μέτρηση, κάτι που έχουμε διαπιστώσει κατά την χρήση του συγκεκριμένου αισθητήρα στο παρελθόν. 8.Vaisala HMP 45A [9] Για την μέτρηση της σχετικής υγρασίας της ατμόσφαιρας χρησιμοποιούμε έναν από τους πιο Εικόνα 17. Ο αισθητήρας με την θήκη προστασίας του Η αρχή λειτουργίας κατασκευής του αισθητήρα βασίζεται πάνω στην πατέντα HUMICAP που ανέπτυξε η εταιρεία Vaisala.Όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα που προέρχεται από την επίσημη ιστοσελίδα της εταιρείας το HUMICAP (Eικ.18) είναι ένα πολύ λεπτό φιλμ- πολυμερούς το οποίο βρίσκεται ανάμεσα σε δυο ηλεκτρόδια. Το πολυμερές είτε απορροφά υγρασία είτε αποβάλει υγρασία αλλάζοντας έτσι τις διηλεκτρικές ιδιότητες του φιλμ με αποτέλεσμα να αλλάζει και η μετρούμενη χωρητικότητα. 8

θερμοκρασία, την πίεση αλλά και την κλίση στο σημείο στο οποίο είναι προσαρμοσμένος. Είναι έτσι ένας τρόπος να ελέγχουμε πάντα την καθετότητα της συστοιχίας οργάνων που έχουμε ποντίσει. Από τεχνικής απόψεως τα χαρακτηριστικά που μας ενδιαφέρουν αναφέρονται παρακάτω : Συχνότητα λειτουργίας : 75 khz Ακρ.μέτρησης ταχύτητας ± 1% ± 5mm/s Ανάλυση μέτρησης: 1mm/s Εικόνα 18 Vaisala HUMICAP Η μέτρηση αυτή ανάγεται αλγοριθμικά σε ποσοστό υγρασίας. 9. RDI Longranger ADCP Ποντισμένο στα 400 m από την επιφάνεια της θάλασσας,έχουμε τοποθετήσει το ADCP της Teledyne RDI.(Εικ.19) Πρόκειται για ένα πολύ αξιόπιστο αισθητήρα που είναι σημείο αναφοράς στα ADCP,και δικαίως στον χώρο έχει το προσωνύμιο Workhorse. 10.Seabird 43 [15] Μια από τις πιο κρίσιμες παραμέτρους μετράμε στο θαλάσσιο περιβάλλον είναι το διαλυμένο Οξυγόνο καθώς όπως έχει ήδη δειχτεί από τους Boop et al.2002 [17] και τον Bange et al.2005 [16] αυτό παίζει σημαντικό ρόλο σημαντικό ρόλο στους κύκλους του C και του N.Για την μέτρηση του Οξυγόνου χρησιμοποιούμε τον αισθητήρα Seabird 43 (Εικ.20). Εικόνα 20. Seabird 43 Εικόνα 19. RDI ADCP Το ADCP είναι ένα Acoustic Doppler Current Profiler,δηλαδή ακόμα ένας ρευματογράφος υψηλής ευκρίνειας που δουλεύει στηριζόμενος στο φαινόμενο Doppler.O συγκεκριμένος αισθητήρας μετράει από τα 400 m και έως την επιφάνεια δίνοντας μας πληροφορίες και μετρήσεις στα συγκεκριμένα βάθη. Πέρα από τα ρεύματα ταυτόχρονα μετράει και την Η αρχή λειτουργίας- κατασκευής του αισθητήρα βασίζεται πάνω στην μέτρηση διαλυμένου οξυγόνου, όπως αυτή προτάθηκε από τον Wingler [18].Στους Seabird 43 η μέτρηση γίνεται με οπτικό τρόπο. Οι αισθητήρες αυτοί συνδέονται σε συνέχεια των αισθητήρων που μετράνε θερμοκρασία- αλατότητα (Εικ.21) σύμφωνα με το σχέδιο που δίνει η κατασκευάστρια εταιρεία ώστε να πετύχουμε την βέλτιστη μέτρηση. 9

Εικόνα 21.Συνδεσμολογία αισθητήρα Seabird 43 Η ακρίβεια μέτρησης φτάνει στο ± 2% της μέτρησης. Γενικά υπάρχει μεγάλη προσπάθεια στην επιστημονική κοινότητα να καθιερώσει «ορθές πολιτικές» μέτρησης στη παράμετρο αυτή. Η πιο πρόσφατη εργασία πάνω στο θέμα είναι των L.Coppola et al.[19] αποτέλεσμα του ερευνητικού προγράμματος Jerico. 11. Wetlabs FLNTU [20] Για τις μετρήσεις συγκεντρώσεων της χλωροφύλλης-α,μέχρι του βάθους των 100 m,έχει επιλέγει ο αισθητήρας της Wetlabs FLNTU. (Εικ.22) Η μέτρηση επιτυγχάνεται με την χρήση υπεριώδους ακτινοβολίας η οποία σε τακτά χρονικά διαστήματα εκπέμπεται από την συσκευή και στην συνέχεια μετριέται η ανάκλαση που λαμβάνουμε από την στήλη του νερού. Η διαφορά μας, είναι το ποσοστό της απορρόφησης που έχουμε,ποσοστό που ανάγεται σε συγκεντρώσεις χλωροφύλλης. Να σημειωθεί ότι οι αισθητήρες αυτοί βαθμονομούνται σε τακτά χρονικά διαστήματα καθώς παρουσιάζουν μεγάλη ευαισθησία. Τα τεχνικά χαρακτηριστικά που μας ενδιαφέρουν είναι : Διάμετρος:6.3 cm Mήκος : 12.7 cm Ευαισθησία μέτρησης: 0.02 µg/l Πεδίο μέτρησης: 0-125 µg/i 12.Seabird 16 plus [21] Για την μέτρηση θερμοκρασίας αλλατότητας στα βάθη μέχρι τα 100 m έχει επιλεγεί ο αισθητήρας Seabird 16plus.(Εικ.23) Εικόνα 23. Seabird 16plus Εικόνα 22. Wetlabs FLNTU H σωστή μέτρηση των συγκεντρώσεων της χλωροφύλλης-α μας βοηθά στο να κατανοήσουμε καλύτερα της βιολογική δράση στα πρώτα 100 m της στήλης του νερού. Ο συγκεκριμένος αισθητήρας έχει την ίδια αρχή λειτουργίας με τους Seabird 37 SIP& CT αλλά ταυτόχρονα μας επιτρέπει να προσαρμόσουμε πάνω του μέχρι και επτά (7) επιπλέον αισθητήρες.οι μετρήσεις που λαμβάνει αποθηκεύονται στον ίδιο και μεταδίδονται μέσω του εσωτερικού model (Eικ.24) που διαθέτει στην κεντρική μονάδα του συστήματος μας. (σημαδούρα Fugro OCEANOR Wavesense). Να θυμίσουμε ότι μιλάμε για είσοδο νερού (μέσω αντλίας) στον αισθητήρα, μέτρηση θερμοκρασίας (με την χρήση θερμίστορ) και αγωγιμότητας και 10

έξοδο του νερού ξανά. Το νερό στην συνέχεια διοχετεύεται σε άλλους ενδεχόμενα αισθητήρες. Στην δική μας περίπτωση στην συνέχεια μετράμε το διαλυμένο οξυγόνο με τον αισθητήρα Seabird 43.(Εικ.21) Έτσι στην διάταξη μας ενσωματώνουμε έναν η δυο ακουστικούς απελευθερωτές. Στην δική μας περίπτωση έχει χρησιμοποιηθεί ο Oceano 5000. Εικόνα 25. Oceano 5000 Εικόνα 24.Μονάδα εσ.modem SBE 16+ Τα κύρια χαρακτηριστικά του αισθητήρα είναι: Θερμοκρασία ( C) Εύρος μέτρησης: -5 to +35 Αγωγιμότητα: (S/m) 0 to 9 Ακρίβεια μέτρησης Θερμ.: ± 0.005 Ακρίβεια μέτρησης Αγωγ.: ± 0.0005 Αναλυτική ικαν. 0.0001 0.00001 (0.0001 ms/cm) Mε τον παραπάνω αισθητήρα ολοκληρώνεται η αναλυτική παρουσίαση των αισθητήρων που χρησιμοποιούμε στο θαλάσσιο παρατηρητήριο E1-M3. Θα επισυνάψω όμως και την παρουσίαση ενός ακόμα οργάνου-«αισθητήρα» που κατά την γνώμη μου πρέπει να παρουσιαστεί επειδή έχει τεχνικά χαρακτηριστικά που θα μπορούσαν να τον κατατάξουν στην κατηγορία των αισθητήρων. Πρόκειται για ακουστικό απελευθερωτή Oceano 5000. 13.Oceano 5000 [22] Για να μπορέσουμε να ανελκύσουμε το όλο σύστημα αισθητήρων του Ε1-Μ3Α χρειάζεται να απελευθερώσουμε το βάρος που κρατά την όλη διάταξη σταθερή στο σημείο πόντισης.(εικ.4). Ουσιαστικά πρόκειται για έναν μηχανισμό ο οποίος διαθέτει μια σκανδάλη απελευθέρωσης, (Εικ.25) όπου και προσαρτούμε το βάρος αγκύρωσης. Εικόνα 25. Σκανδάλη απελευθέρωσης Στέλνοντας ηχητικό σήμα από την ειδική συσκευή (TT301) στον απελευθερωτή ενεργοποιούμε το όλο σύστημα και μηχανικά έχουμε το άνοιγμα της σκανδάλης. Έτσι λόγω των σφαιρών άνωσης που έχουμε συνδέσει,στην διάταξη μας, μπορούμε να ανελκύσουμε όλο το σύστημα αισθητήρων που έχουμε ποντίσει. Ο Oceano 5000 διαθέτει σύστημα receivertranducer και έτσι πέρα από την λήψη εντολών μπορεί να μας στείλει ηχητικά σήματα με στόχο τον εντοπισμό της απόστασης του από την κεντρική μονάδα. Είναι άλλωστε αυτός και ο τρόπος γρήγορου εντοπισμού του μέσα στην θάλασσα. Τυχόν αστοχία λειτουργίας του 11

σημαίνει αυτόματα, απώλεια επιστημονικών οργάνων μεγάλης αξίας. Τα κύρια χαρακτηριστικά λειτουργίας του είναι : Συχνότητα λειτουργίας 8-16 khz Ευαισθησία λήψης < 83 db Βάθος πόντισης: μέχρι 6000 m V.Συμπεράσματα προοπτικές Με την παρούσα εργασία αναλύθηκε λεπτομερώς η χρήση διάφορών αισθητήρων που το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. χρησιμοποιεί σε ένα από τα θαλάσσια παρατηρητήρια του, τον σταθμό Ε1- Μ3Α.Όπως παρουσιάστηκε αναλυτικά στο πρώτο μέρος,η σημασία και οι προοπτικές για το μέλλον για τα θαλάσσια παρατηρητήρια είναι μεγάλες. Ήδη αυτή την στιγμή έχει ποντιστεί και νέο σύστημα αισθητήρων στην Πύλο για παρακολούθηση του θαλασσίου περιβάλλοντος στην περιοχή του Ιονίου. Αυτό πρακτικά σημαίνει,ότι το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. θα συνεχίσει να επενδύει τόσο σε εξοπλισμό όσο και σε ανθρώπους ώστε να μπορεί να διατηρεί το υψηλό επίπεδο γνώσης που ήδη διαθέτει στον τομέα αυτό. Καταδείχτηκε επίσης η πολυπλοκότητα των αισθητήρων που το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. χρησιμοποιεί. Οι όλο και αυξημένες απαιτήσεις για μετρήσεις ακριβείας, σε πραγματικό χρόνο πολλαπλών παραμέτρων θέτουν και τις προκλήσεις του αύριο. Στην συνολική προσπάθεια η αναγκαστική πλέον,έξυπνη εξειδίκευση,από μέρους μας στην περεταίρω χρήση, αλλά και γιατί όχι σχεδίαση και ανάπτυξη δικών μας αισθητήρων αποτελεί μια πρόκληση του μέλλοντος που οφείλει να απαντηθεί. Είναι άλλωστε ένας χώρος στον οποίο πρέπει άμεσα να επενδύσουμε καθώς οι επερχόμενες εξελίξεις στον τομέα της εκμετάλλευσης των πρωτογενών φυσικών πόρων της χώρας μας θα δημιουργήσει τις κατάλληλες ευκαιρίες και προοπτικές. 12

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΑΑ Αισθητήρας Παράμετρος που μετράει Βάθος χρήσης (m) Fugro OCEANOR 1 Wavesense Ύψος κύματος Επιφάνεια 2 Young 04106 Ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου Επιφάνεια 3 Vaisala PTB 220A Ατμοσφαιρική πίεση-ψηφιακό βαρόμετρο Επιφάνεια 4 SAtlantic ocr-507-ricsw Ακτινοβολία (υπεριώδης κτλ) Επιφάνεια Nortek Aquadopp 400 5 khz Επιφανειακά ρεύματα Επιφάνεια 6 SBE 37 Sip Aλατότητα-Θερμοκρασία Επιφάνεια 7 Young 50203 Βροχόμετρο Επιφάνεια 8 Vaisala HMP 45A Σχετική υγρασία Επιφάνεια 9 RDI Longranger ADCP Υποθαλάσσια ρεύματα 400 m 10 Seabird 37 C-T Aλατότητα-Θερμοκρασία 250,400,600,1000 m 11 Seabird 43 Διαλυμμένο Οξυγόνο 20,50,75,100 m 12 Wetlabs FLNTU Χλωροφύλη-Θολερότητα 20,50,75,100 m 13 Seabird 16plus-IM C-T Aλατότητα-Θερμοκρασία 20,50,75,100 m 14 Oceano 5000 Ακουστικός απελευθερωτής 1400 m Κατάλογος αισθητήρων Ε1-Μ3Α ΠΗΓΕΣ [1]. Σύστημα Ποσειδών http://poseidon.hcmr.gr [2]. Ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα FixO3 http://www.fixo3.eu [3]. Ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα JERICO http://jerico-fp7.eu [4]. Ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα MyOCEAN http://www.myocean.eu [5].Global Markets for Ocean Observation Systems, Douglas-Westwood, 2006 [6]. Krasakopoulou et al.carbonate system variables at the POSEIDON-E1-M3A site (S. Aegean Sea, Eastern Mediterranean).11ο Πανελλήνιο Ωκεανογραφικό Συμπόσιο [7]. Fugro OCEANOR http://www.oceanor.no/ [8].Young Wind Sensors http://www.youngusa.com/products/7/8.html [9].Vaisala http://www.vaisala.com/en/pages/default.aspx [10].SAtlantic http://satlantic.com/ [11].Nortek http://www.nortek-as.com/ [12].Seabird http://www.seabird.com/ Πανταζόγλου Φώτιος ΑΜ 2015018010 1

[13].Young http://www.youngusa.com/products/3/17.html [14].Teledyne RDI http://rdinstruments.com/product/adcp/workhorse-long-ranger-adcp [15].Seabird 43 http://www.seabird.com/sbe43-dissolved-oxygen-sensor [16]. Bange, H. W., Naqvi, S. W. A. and Codispoti, L. A. (2005) The nitrogen cycle in the Arabian Sea Progress in Oceanography, 65. pp. 145-158. [17]. Bopp L., C. Le Quéré, A.C. Manning, M. Heimann et P. Monfray,Climate-induced oceanic oxygen fluxes: Implications for the contemporary carbon budget, Global Biogeochemical Cycles, 16 (2), 2002. [18]. Winkler, L., Die Bestimmung des in Wasser gelösten Sauerstoffes., Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 21, Deutsche Chemische Gesellschaft, Berlin, 1888 [19]. L.Coppola White paper on dissolved oxygen measurements: scientific needs and sensors accuracy. Jerico FP7 project. [20].Wetlabs http://wetlabs.com/eco-fl [21].Seabird 16 plus http://www.seabird.com/sbe16plusimv2-seacat-ctd [22].IXSEA http://www.ixblue.com/ [23].ESONET-EMSO http://www.esonet-emso.org/ Πανταζόγλου Φώτιος ΑΜ 2015018010 2