بناء درع ضغط الإشعاع المنخفضة التكلفة لأجهزة استشعار درجة حرارة الهواء في الدراسات الميدانية البيئية

ملخص

مع ظهور أجهزة الاستشعار البيئية الصغيرة والمنخفضة التكلفة، من الممكن الآن لنشر شبكات عالية الكثافة من أجهزة استشعار لقياس التباين فرط الحرارة المترجمة. هنا، نحن نقدم منهجية مفصلة لبناء نسخة مدمجة من درع الإشعاع هو موضح سابقا ملفقة مخصص للاستخدام مع ثيرموتشرونس غير مكلفة.

الملخص

يتزايد استخدام أجهزة استشعار درجات الحرارة المنخفضة التكلفة من علماء البيئة لتقييم التغير المناخي وتغيير في الجداول ذات الصلة إيكولوجيا. على الرغم من أن فعالية من حيث التكلفة، إذا لم تنشر مع الإشعاع الشمسي السليم التدريع، ستكون الملاحظات المسجلة من هذه المجسات متحيزة وغير دقيقة. الدروع الإشعاعية المصنعة فعالة في التقليل من هذا التحيز، ولكن تكلفة مقارنة بتكلفة أجهزة الاستشعار هذه. هنا، نحن نقدم منهجية مفصلة لبناء نسخة مدمجة من درع الإشعاع ملفقة مخصصة تم وصفه مسبقاً، وأكثر دقة من الطرق الأخرى التدريع المنشورة التي تسعى إلى تقليل تكاليف الحجم أو بناء درع. الأسلوب يتطلب مواد قليلة جداً: المموج الألواح البلاستيكية والألومنيوم إحباط شريط لاصق والعلاقات الكابل. وتستخدم أحد 15 سم والمربعات اثنين 10 سم من البلاستيك المموج لكل درع. بعد قطع والتهديف، وتسجيل وتدبيس الأوراق، شكل مربعات 10 سم أسفل الدرع طبقتين من الإشعاع الشمسي، بينما تشكل الطبقة العليا من مربع 15 سم. الأوراق الثلاث التي تجري جنبا إلى جنب مع العلاقات الكابل. هذا الدرع ضغط الإشعاع الشمسي يمكن تعليق، أو وضعها على أي سطح مستو. يجب الحرص على التأكد من أن الدرع تماما موازية على الأرض لمنع الإشعاع الشمسي المباشر من الوصول إلى أجهزة الاستشعار، وربما تسبب زيادة التحيز الحارة في المواقع المعرضة للشمس في الصباح وبعد الظهر بالنسبة للاصلي، وأكبر التصميم. ومع ذلك، كانت الفروق في درجات الحرارة المسجلة بين تصميم درع أصغر، والتعاقد والتصميم الأصلي صغيرة (يعني التحيز أثناء النهار = 0.06 درجة مئوية). تكاليف البناء هي أقل من نصف من تصميم درع الأصلي، ونتائج التصميم الجديد في صك أقل بروزا التي قد يكون من المفيد في كثير من البيئات الإيكولوجية الميدانية.

المقدمة

ضوء الصنعية الاحترار العالمي، كان هناك اهتمام متزايد في تسجيل درجة حرارة الهواء في مجموعة متنوعة من الإعدادات لفهم والتنبؤ بالاستجابات البيئية للمناخ تغيير^1،،من²³. مع ظهور مسجلات البيانات البيئية الصغيرة والمنخفضة التكلفة (المشار إليها أيضا كالبيانات قطع الأشجار، أو ثيرموتشرونس، أو هيجروتشرونس)، من الممكن الآن لنشر شبكات عالية الكثافة من أجهزة استشعار لقياس التباين فرط الحرارة المترجمة، زيادة علماء البيئة القدرة على ملاحظة أكثر مباشرة على الظروف البيئية المحيطة بالكائنات الحية والنظم الإيكولوجية قيد الدراسة من ذوي الخبرة. مقارنة بالقائمة، محسوبة جيدا واختبار دقة — ولكن قليلة الموزعة – الطقس الدائمة محطات، مثل هذه الشبكات فرصاً لتقييم التباين المناخي في الجداول ذات الصلة إيكولوجيا ولكن قد يقلل من دقة أو القابلية للمقارنة من بين الدراسات إذا نشر متضارب أو غير لائق.

عادة ما تتطلب أجهزة استشعار درجة حرارة الهواء قرب سطح نوع من الإشعاع الشمسي التدريع لمنع التسخين المباشر لعنصر الاستشعار، مما سيؤدي في القياسات خطأ الحارة. تتضمن الطرق الشائعة للحد من التحيز الاستشعار: 1) باستخدام الميزات الموجودة في البيئة مثل الأشجار لتظليل⁴, 2) التحيز تصحيح و معايرة أجهزة الاستشعار⁵ التي تستمد التصويبات استناداً إلى خصائص أجهزة الاستشعار الحراري، واستخدام 3) المصنعة أو مخصص ملفقة شيلدز^6،7. اختر العديد من الباحثين لاستخدام دروع ملفقة مخصصة بسبب نشر منخفضة التكلفة وسهلة، والضرورة في حالات حيث لا توفر الظروف البيئية الطبيعية التظليل. بيد أن استعراض الأدبيات الإيكولوجية أشارت إلى أن تصميم دروع ملفقة مخصصة اختلافاً كبيرا بين الدراسات، ونادراً ما يتم اختبار التصاميم الفردية للتأكد من دقتها. لم تختبر دروع يمكن أن تكون عرضه لسوء اختيار المواد والتصميم الذي يسبب تدفئة إضافية من جزيئات الهواء المحيطة مباشرة استشعار أو الاستيعاب المباشر للإشعاع الشمسي بأجهزة الاستشعار نفسها على حد سواء-مما يؤدي إلى تحيز متوسط يصل إلى 3 ° ج⁷. من ناحية أخرى، تصاميم بسيطة وفعالة من حيث التكلفة^6،7 فعالة جداً في التدريع أجهزة الاستشعار (التحيز 1 درجة مئوية أو أقل) وقابلة للمقارنة إلى دروع الإشعاع المصنوعة تجارياً.

هنا، نحن نقدم منهجية مفصلة لبناء درع إشعاع ملفقة مخصصة سابقا تقييم⁷ للاستخدام مع أجهزة استشعار درجات الحرارة ثيرموتشرون غير مكلفة. تصميم درع تعديل أحد الموصوفة سابقا واختبارها في غابة صنوبر بونديروزا مفتوحة إعداد⁶. في التجارب التي أجريت مؤخرا لعدة تصميمات الدروع ملفقة مخصص، هذا الدرع الغيمية اختبار أدى إلى التحيز أدنى عندما يقترن ثيرموتشرونس الصغيرة⁷، ولكن وجدنا أنها مرهقة وواضح جداً لنشر في الميدان. تصميم البروتوكول المقترح هنا يقلل من أبعاد درع الإشعاع بنسبة 50%. هذا تخفيض في حجم له فوائد عديدة: 1) أقل بروزا، وذلك أقل عرضه للتلاعب، 2) أكثر عمليا استخدامها في مجموعة متنوعة من الإعدادات الإيكولوجية حيث يقتصر مساحة (مثلاً، في أشجار الشوارع الحضرية الأصغر)، 3) تكنولوجيا المعلومات هو أكثر دقة من الآخر نشر أساليب التدريع التي تحاول التقليل من حجم الدرع أو تكاليف تشييد⁷و 4) أقل تكلفة من التصميم الأصلي، وأكبر بسبب انخفاض كمية مواد البناء اللازمة. بعد أن وصف أساليب البناء، ونحن استكشاف أثر تخفيض الحجم على استشعار الدقة بالنسبة لتصميم درع الأصلي باستخدام النتائج من محاكمة ميدانية أجريت في ظروف عالية الإشعاع الشمسي إلى الأسفل.

البروتوكول

1-بناء درع الإشعاع

1. باستخدام أداة سكين، يقتطع المموجة البلاستيكية المربعات (الشكل 1A). سوف يلزم واحد 15 سم مربع ومربعان 10 سم لكل درع.
2. تخفيضات للطبقة العليا من درع الإشعاع الصغيرة (الشكل 1B؛ الصورة اليسرى):
   1. في مربع 15 سم، قياس 4 سم من حافة واحدة ورسم خط بقلم رصاص. استخدام المسطرة كدليل لنقاط على طول الخط. (هنا، "سجل" يعني باستخدام سكين لجعل خفض الإنتاج الذي يمر عبر طبقة واحدة فقط من صفائح البلاستيك المموج، بدلاً من الورقة بأكملها.) من الآن فصاعدا سوف يشار هذا حافة المربع اسم "أعلى" (الشكل 1B؛ الصورة اليسرى).
   2. قياس 3.8 سم من الحواف التي عمودي إلى السطر 4 سم. استخدام المسطرة كدليل لنقاط من أسفل حتى خط 4 سم (الشكل 1B؛ الصورة اليسرى).
   3. رسم خط من كل الزوايا فوق السطر 4 سم على تقاطع خطوط 4 سم و 3.8 سم. قص على طول هذا الخط (الشكل 1B؛ الصورة اليسرى).
3. تخفيضات للطبقات الوسطى والسفلي من درع الإشعاع الصغيرة (الشكل 1B؛ والأوسط والحق الصور):
   1. المسطرة، باستخدام رسم مربع 6 سم في منتصف كل مربع 10 سم (الشكل 1B؛ والأوسط والحق الصور).
   2. نقاط جميع أنحاء ساحة 6 سم، ومن كل زاوية من 6 سم مربعا إلى زوايا الخارجي 10 سنتيمترات مربعة (الشكل 1B؛ والأوسط والحق الصور).
4. استخدام الشريط رقائق الألومنيوم لتغطية تماما إلى جانب سجل مربع 15 سم واحد المربعات 10 سم، وإلى جانب الأمم المتحدة سجل 10 سم مربع أخرى.
5. استخدام حفر 1/4 "بت، حفر ثقوب كما هو مبين في الشكل 1، في كل من الطبقات الدرع.
6. إرفاق جهاز استشعار درجة حرارة على الجانب السفلي من 10 سنتيمترات مربعة، التي هي مسجلة في سجل الجانب، واثنين من الثقوب المحفورة في الوسط، عن طريق تشغيل الكابل التعادل عن طريق العيينة الإسكان الاستشعار (أو تركيب الجهاز الخاص به)، ومن خلال الثقوب في ميدان 10 سم يوارى (الشكل 1).
7. طي الأوراق.
   1. اطوِ الورقة 15 سم على غرار ما سجل. وقد يلزم الضغط في حالة الشريط يجعل الجانبين ضيقة ويصعب على أمثال.
   2. شد اللوحات الثلاثية الصغيرة داخل رفرف الخلفي أكبر. عندما يتم ذلك بشكل صحيح، مرئية فقط مسجلة الجانبين من أعلى. قطع حافة رفرف مرة أخرى ينبغي أن يكون تدفق مع الجانبين مطوية.
   3. استخدام طبقة أخرى من الألومنيوم الشريط لتأمين الجانبين مطوية رفرف مرة أخرى. كما يمكن أن اللوحات الخلفية تدبيس معا، مع دباسة ثقيلة، لقوة إضافية.
   4. تأخذ الأوراق 10 سم وقرصة الجانبين معا على طول سجل خط قطري. استخدام دباسة ثقيلة، التيلة انتزعت الجانبين معا (الشكل 1E). وسيكون الناتج النهائي سلطانية مربعة شكل.
8. ربط أوراق جنبا إلى جنب مع العلاقات الكابل 20 سم.
   1. بداية مع ورقة 10 سم مسجلة على الجانب unscored، مع ثلاثة ثقوب، وضع الجانب مسجلة لأسفل. مؤشر ترابط كابل تعادل من خلال ثقب الخلفي الأيسر من أوراق 10 سم على حد سواء. يغادر تباعد عمودي 2 سم بين ورقتين لضمان تدفق الهواء حول استشعار درجات الحرارة. كرر هذه الخطوة لثقب حق العودة (1E الشكل؛ والأوسط والحق الصور).
   2. تأخذ الورقة 15 سم ويمر كابل تعادل من خلال ثقبين جنبا بجنب، في الجزء الخلفي من اليسار (الشكل 1E؛ الصورة اليسرى). إرفاق هذا التعادل للأوراق 10 سم، كما ترك 2 سم مساحة بين الورقة 15 سم والجزء العلوي من الورقة الأعلى 10 سم. كرر هذه الخطوة الثقوب جنبا بجنب اثنين في الجزء الخلفي الأيمن (الشكل 1E؛ الصورة اليسرى).
   3. وأخيراً، يمر التعادل كابل واحد كل ثلاثة ثقوب الجزء الأمامي من الأوراق (كما هو موضح بالسهم؛ الشكل 1E). أحكم ربط الكابل، ضمان أن الفضاء حتى بين كافة الأوراق الثلاث (الشكل 1F).
9. حفر ثقوب إضافية في النهاية الخلفية للمنتج النهائي بتجميعها لتسهيل المتصاعدة، حيثما اقتضت الحاجة. كلما يتم تحميل الدرع، ضمان أن الأوراق الثلاث تقع موازية للأرض.

رقم 1: إرشادات خطوة بخطوة لبناء درع إشعاع صغيرة- (أ) يتم قص المربعات 15 سم و 10 سم من الورقة كبيرة من البلاستيك المموج. (ب) ثم قص أوراق 15 سم وسجل، ويتم تسجيل الأوراق 10 سم للسماح بالانحناء للدرع بالشكل الصحيح. (ج) يتم حفر ثقوب على كل ورقة. (د) أجهزة الاستشعار مرتبط بأحد أوراق 10 سم. (ﻫ) الدرع يتم تجميعها باستخدام العديد من العلاقات الكابل. (و) الدرع النهائية جاهزة للتثبيت. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

النتائج

نتائج تمثيلية باستخدام ثيرموتشرونس تجهيزه الجديد، تصميم درع أصغر، تصميم درع أكبر الأصلي، وثيرموتشرونس مع درع الإشعاع لا تظهر في الشكل 2 و الشكل 3. وسجلت هذه البيانات في مكان مكشوف تماما الريفية قرب رالي، كارولاينا الشمالية (35.728 درجة شمالا، 78.680 ° ث)، وكانت ملحقة بمحطة الطقس جيدا معايرة دائمة تجهيزه فيسالا البلاتين مقاومة هواء استشعار درجة حرارة (HMP45C) شنت داخل درع الإشعاع مولتيبلاتي يستنشق الريح

المناقشة

دقة والتكرار لقياسات درجات الحرارة الجوية تعتمد على استخدام درع للطاقة الشمسية المناسبة التي تحمي أجهزة الاستشعار من الإشعاع الشمسي المباشر والمنعكس. هنا يصف لنا بناء مثل هذا الدرع الذي أكثر أحكاما في الحجم وأقل تكلفة، أو أسرع لبناء أجهزة مماثلة، وهو موضح سابقا⁶، دون التضحية بدقة. كانت 94% من درجات الحرارة المسجلة ثيرموتشرونس تجهيزه بدرع أصغر داخل 1.0 درجة مئوية لأفضل أداء ثيرموتشرون تجهيزه الأصلي الأكبر، درع الإشعاع، و 71 في المائة من الملاحظات التي كانت ضمن 0.25 درجة مئوية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
شريط رقائق الألومنيوم متعدد الأغراض	Nashua	1087671	48 مم عرض
8 "روابط الكابلات	DTOL	GEN86371	NA
صفائح بلاستيكية مموجة	إمدادات حركة المرور على الطرق السريعة	hts18X24COROW	ورقة بيضاء 18 بوصة طول × 24 بوصة عرض ، 5 عبوات
سكين فائدة قياسي	NA	NA
مقص قياسي	NA	NA
دباسة الثقيلة	Swingline	552277715	NA