حسگرهای کلیدی برای هشدار زودهنگام هواشناسی جاده‌ای: انتخاب و کاربرد آشکارسازهای خازنی باران و برف

خب، بیایید نگاهی دقیق به ویژگی‌های حسگرهای باران و برف خازنی بیندازیم.

این حسگر عمدتاً برای تشخیص وقوع بارندگی و تشخیص انواع بارندگی (باران، برف، مخلوط) استفاده می‌شود. اصل اساسی آن استفاده از یک خازن در معرض دید برای اندازه‌گیری تغییر ثابت دی‌الکتریک موادی است که روی سطح آن می‌ریزند.

شرح مختصری از اصل اساسی
سطح حسگر حسگر از یک یا چند صفحه خازنی تشکیل شده است. هنگامی که بارش (قطرات باران یا دانه‌های برف) روی سطح حسگر می‌بارد، خواص دی‌الکتریک بین صفحات را تغییر می‌دهد و در نتیجه باعث تغییر در مقدار ظرفیت خازنی می‌شود. با توجه به ثابت‌های دی‌الکتریک متفاوت آب، یخ و هوا، با تجزیه و تحلیل الگوها، نرخ‌ها و دامنه‌های تغییرات ظرفیت خازنی، می‌توان تعیین کرد که آیا بارش وجود دارد و اینکه آیا باران است یا برف.

ویژگی‌ها و مزایای اصلی
۱. بدون قطعات متحرک، قابلیت اطمینان بالا
برخلاف باران‌سنج‌های سطلی سنتی (با سطل‌های مکانیکی)، حسگرهای خازنی هیچ قطعه متحرکی ندارند. این امر به طور قابل توجهی نقص‌های ناشی از سایش مکانیکی، گرفتگی (مانند مسدود شدن توسط شن، گرد و غبار یا برگ) یا یخ‌زدگی را کاهش می‌دهد، نیاز به نگهداری بسیار کمی دارد و عمر مفید آن طولانی است.

۲. می‌تواند انواع بارش (باران/برف/مختلط) را تشخیص دهد.
این یکی از برجسته‌ترین مزایای آن است. با تجزیه و تحلیل ویژگی‌های سیگنال‌های خازنی از طریق الگوریتم‌ها، می‌توان وضعیت فاز بارش را تعیین کرد. این امر برای سناریوهای کاربردی که نیاز به درک دقیقی از انواع بارش‌های زمستانی دارند (که برای حمل و نقل، گرمایش و هشدارهای کشاورزی مهم است) بسیار مهم است.

۳. شدت و تجمع بارش قابل تشخیص (تخمین زده شده)
با اندازه‌گیری فراوانی و شدت تغییرات ظرفیت خازنی، می‌توان شدت و مقدار تجمعی بارش را تخمین زد. اگرچه دقت مطلق آن معمولاً به خوبی دقت باران‌سنج‌های سطلی یا وزنی کالیبره شده دقیق نیست، اما برای پایش روند و تجزیه و تحلیل کیفی/نیمه کمی کافی است.

۴. پاسخ سریع
این دستگاه می‌تواند شروع و پایان بارش‌های بسیار سبک (مانند نم‌نم باران و برف سبک) را تقریباً بدون هیچ تأخیری تشخیص دهد.

۵. مصرف برق کم و ادغام آسان
این دستگاه برای ادغام با ایستگاه‌های هواشناسی خودکار خورشیدی بسیار مناسب است و می‌تواند از طریق فناوری اینترنت اشیا، داده‌ها را از راه دور منتقل کند.

۶. می‌تواند اطلاعات غنی تولید کند
این دستگاه نه تنها می‌تواند سیگنال‌های سوئیچ ساده «با/بدون بارش» را خروجی دهد، بلکه اطلاعات ابعادی بیشتری مانند کدهای نوع بارش و میزان شدت بارش را نیز ارائه می‌دهد.
محدودیت‌ها و چالش‌ها
دقت اندازه‌گیری نسبتاً محدود است (به‌خصوص برای بارندگی)
برای سناریوهایی که نیاز به اندازه‌گیری با دقت بالا دارند (مانند تحقیقات هیدرولوژیکی و مشاهده بارش در عملیات هواشناسی)، معمولاً انتخاب اول نیست. مقدار بارش اندازه‌گیری شده توسط آن به راحتی تحت تأثیر عواملی مانند نوع بارش، دما و باد قرار می‌گیرد و نیاز به کالیبراسیون محلی دارد.

۲. مستعد اختلالات غیر بارشی است
شبنم، برفک و یخ زدگی: این آب میعانات غیربارشی که به سطح حسگر می‌چسبند، توسط حسگر به عنوان بارش بسیار ضعیف تشخیص داده می‌شوند.
گرد و غبار، ذرات نمک، حشرات، فضولات پرندگان: هر ماده‌ای که به سطح حسگر بچسبد، ممکن است مقدار ظرفیت خازنی را تغییر دهد و منجر به آلارم کاذب شود. اگرچه برخی از مدل‌ها دارای پوشش‌های خود تمیز شونده یا عملکردهای گرمایشی برای کاهش مشکل هستند، اما نمی‌توان آن را به طور کامل ریشه کن کرد.
گرد و غبار یا پاشیدن آب در بادهای شدید: همچنین ممکن است باعث یک ماشه کاذب کوتاه مدت شود.

۳. تمیز کردن و کالیبراسیون منظم مورد نیاز است
برای اطمینان از صحت داده‌ها، سطح حسگر باید تمیز نگه داشته شود و نیاز به بازرسی و نگهداری منظم دارد. پس از استفاده طولانی مدت، ممکن است کالیبراسیون مجدد لازم باشد.

۴. هزینه نسبتاً بالاست
در مقایسه با باران‌سنج سطلی ساده، قطعات الکترونیکی و الگوریتم‌های آن پیچیده‌تر هستند، بنابراین هزینه تهیه آنها معمولاً بیشتر است.
در مقایسه با هسته باران سنج سطلی واژگون

سناریوهای پیشنهادی قابل اجرا

سناریوهای بسیار مناسب
نظارت بر هواشناسی ترافیک: این دستگاه که در کنار بزرگراه‌ها، فرودگاه‌ها و پل‌ها نصب می‌شود، می‌تواند به سرعت خطرات جاده‌های لغزنده و یخ‌زدگی (تبدیل باران به برف) را هشدار دهد.
ایستگاه‌های هواشناسی خودکار عمومی: این ایستگاه‌ها باید در تمام طول روز و با کمترین هزینه نگهداری، اطلاعاتی در مورد «وجود یا عدم وجود بارندگی» و «انواع بارندگی» به دست آورند.
شهرهای هوشمند و اینترنت اشیا: به عنوان بخشی از شبکه ادراک آب و هوای شهری، وقوع بارندگی را رصد می‌کند.
لازم است بین مناسبت‌های بارانی و برفی، مانند پیست‌های اسکی و پشتیبانی از رویدادهای ورزشی زمستانی، تمایز قائل شد.

سناریوهای غیر توصیه‌شده: در شرایطی که دقت بسیار بالایی برای اندازه‌گیری بارندگی مورد نیاز است (مانند مشاهدات هواشناسی قانونی و ایستگاه‌های محاسبات هیدرولوژیکی اصلی)، باید به باران‌سنج‌های سطلی یا وزنی به عنوان تجهیزات اصلی اندازه‌گیری اولویت داده شود. حسگرهای خازنی می‌توانند به عنوان مکمل برای شناسایی انواع بارش استفاده شوند.

خلاصه
حسگر خازنی باران و برف یک «نگهبان هوشمند» است. ارزش اصلی آن در ارائه داده‌های دقیق بارندگی در سطح آزمایشگاهی نیست، بلکه در شناسایی قابل اعتماد و با کمترین نیاز به نگهداری از وقوع و انواع رویدادهای بارش و ارائه اطلاعات کیفی حیاتی برای سیستم‌های تصمیم‌گیری خودکار (مانند فعال‌سازی خودکار سیستم‌های ذوب برف جاده‌ای) است. هنگام انتخاب، باید به وضوح مشخص کرد که آیا نیازهای شخصی «اندازه‌گیری دقیق» است یا «شناسایی سریع».

برای اطلاعات بیشتر در مورد حسگر آب و هوا، لطفا با Honde Technology Co., LTD تماس بگیرید.

واتس‌اپ: +86-15210548582

Email: info@hondetech.com

وب‌سایت شرکت:www.hondetechco.com