Infrapuna-anturien soveltuvuusselvitys maanpinnan lämpötilaminimien mittaamiseen
Savisaari, Liisa (2013)
Savisaari, Liisa
Metropolia Ammattikorkeakoulu
2013
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013120219528
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2013120219528
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää Ilmatieteen laitokselle, mikä neljästä vertailuun otetusta infrapuna-anturista soveltuu parhaiten maanpinnan yön minimilämpötilan mittaamiseen. Selvitystyön perimmäinen kysymys oli, onko nykyistä PT100-vastusanturia mahdollista korvata tulevaisuudessa infrapuna-anturilla. Vertailussa mukana olleet anturit oli hankittu jo valmiiksi ennen työn aloittamista, joten niiden ominaisuuksien valintaan ei pystytty vaikuttamaan.
Infrapuna-anturin käyttäminen kiinnostaa erityisesti, koska sen ei tarvitse koskettaa mitattavaa kohdetta. Nykyisin ongelmana on, että PT100-vastusanturi hautautuu helposti kesällä heinikkoon tai talvella lumeen, eikä siten mittaa ympäri vuoden luotettavasti. Infrapuna-anturi ei hautaudu tällaisiin eristeinä toimiviin luonnonesteisiin. Infrapuna-anturin suuria epävarmuustekijöitä meteorologisissa mittausolosuhteissa ovat kuitenkin mitattavan pinnan muuttuva emissiokerroin ja muuttuvat ominaisuudet sekä lämpösäteilyn voimakkuuden muuttuminen ajan ja lämpötilan funktioina. Opinnäytetyössä perehdytään laaja-alaisesti sääasemien toimintaan sekä erityisesti lämpötilanmittauksiin ja infrapunasäteilyyn.
Tutkimuksessa keskityttiin kesäaikaan. Ensiksi antureille määritettiin sopivat käyttöönottoasetukset, jonka jälkeen ne kaapeloitiin ja kytkettiin tiedonkeruujärjestelmään. Testien, kalibrointien ja viritysten jälkeen ne asennettiin Kumpulan testiasemalle kahden metrin korkeuteen mittaamaan maanpintaa. Mittausdataa kerättiin tutkimukseen 30 vuorokautta. Mittausalustoina käytettiin luonnonnurmea ja keinonurmea. Testiantureina oli yhteensä viisi infrapuna-anturia, joista yhtä infrapuna-anturityyppiä oli siis kaksi kappaletta ja jotka mittasivat lämpötilaa eri mittausalustoilta. Lisäksi vertailuantureina käytettiin neljää PT100-anturia, jotka oli sijoitettu mittaamaan eri korkeuksilta ja eri mittausalustoilta.
Mittaustuloksien analysointi tehtiin vertailemalla eri antureiden mittaustuloksia toisiinsa kuvaajia apuna käyttäen. Kaikki vertailussa mukana olleet anturit mittasivat selkeästi samaa asiaa, mutta minkään anturin mittaustarkkuus ja -varmuus ei tämän tutkimuksen perusteella ollut meteorologisille mittauksille vaadittavaa tasoa.
Infrapuna-anturin käyttäminen kiinnostaa erityisesti, koska sen ei tarvitse koskettaa mitattavaa kohdetta. Nykyisin ongelmana on, että PT100-vastusanturi hautautuu helposti kesällä heinikkoon tai talvella lumeen, eikä siten mittaa ympäri vuoden luotettavasti. Infrapuna-anturi ei hautaudu tällaisiin eristeinä toimiviin luonnonesteisiin. Infrapuna-anturin suuria epävarmuustekijöitä meteorologisissa mittausolosuhteissa ovat kuitenkin mitattavan pinnan muuttuva emissiokerroin ja muuttuvat ominaisuudet sekä lämpösäteilyn voimakkuuden muuttuminen ajan ja lämpötilan funktioina. Opinnäytetyössä perehdytään laaja-alaisesti sääasemien toimintaan sekä erityisesti lämpötilanmittauksiin ja infrapunasäteilyyn.
Tutkimuksessa keskityttiin kesäaikaan. Ensiksi antureille määritettiin sopivat käyttöönottoasetukset, jonka jälkeen ne kaapeloitiin ja kytkettiin tiedonkeruujärjestelmään. Testien, kalibrointien ja viritysten jälkeen ne asennettiin Kumpulan testiasemalle kahden metrin korkeuteen mittaamaan maanpintaa. Mittausdataa kerättiin tutkimukseen 30 vuorokautta. Mittausalustoina käytettiin luonnonnurmea ja keinonurmea. Testiantureina oli yhteensä viisi infrapuna-anturia, joista yhtä infrapuna-anturityyppiä oli siis kaksi kappaletta ja jotka mittasivat lämpötilaa eri mittausalustoilta. Lisäksi vertailuantureina käytettiin neljää PT100-anturia, jotka oli sijoitettu mittaamaan eri korkeuksilta ja eri mittausalustoilta.
Mittaustuloksien analysointi tehtiin vertailemalla eri antureiden mittaustuloksia toisiinsa kuvaajia apuna käyttäen. Kaikki vertailussa mukana olleet anturit mittasivat selkeästi samaa asiaa, mutta minkään anturin mittaustarkkuus ja -varmuus ei tämän tutkimuksen perusteella ollut meteorologisille mittauksille vaadittavaa tasoa.