أولا - الدور الحاسم للاحتجاز في مجال موثوقية نظام رصد الأرض

وقد أصبحت أجهزة الاستشعار المركبة العضوية المتطورة لا غنى عنها عبر مجموعة واسعة من التطبيقات - بدءاً من النظافة الصناعية وسلامة أماكن العمل إلى رصد نوعية الهواء داخل المباني والامتثال للضوابط البيئية، وهذه الأجهزة تكشف وتقيس تركيز مئات من المركبات العضوية المختلفة التي يمكن أن تشكل مخاطر صحية، وتسهم في تكوين مقاييس دقيقة، أو تشير إلى وجود أوجه قصور في كفاءة في العمليات، غير أن الحساسية التي تجعل من أجهزة الاستشعار عن طريق التحلل الضوئي قيمة أيضاً تجعلها عرضة للتلوث بالأداء.

والاختبار هو العملية المنتظمة لمقارنة ناتج جهاز الاستشعار مع إشارة معروفة وتعديل جهاز الاستشعار للقضاء على أي انحراف أو التعويض عنه، وهذا يعني عادة، بالنسبة لمستشعرات VOC، تعريض عنصر الاستشعار لمعايير الغاز المصدق عليها بتركيزات محددة، ثم تعديل الاستجابة الالكترونية لمطابقة تلك المعايير، ولا يتم تحقيق الموثوقية الطويلة الأجل من خلال حدث واحد للتصنيع المقارن؛ وهو يتطلب وجود برنامج ثابت للتحقق من الجودة على نحو دوري.

Understanding VOC Sensor Calibration: Principles and Challenges

وبغية تقدير تقنيات المعايرة، يجب أولاً أن يفهم المرء كيف يعمل جهاز الاستشعار بالأشعة فوق البنفسجية ولماذا ينجرف، ومعظم أجهزة الاستشعار التجارية للسفن ذات القيمة التحللية تنقسم إلى ثلاث فئات: أجهزة الاستشعار شبه الموصلية الفلزية، وأجهزة الكشف عن التألق الضوئي، وأجهزة الاستشعار الكهروكيميائية، وتستجيب كل تكنولوجيا لوجود أجهزة تكييف الهواء عن طريق تغيير قياسات الكهرباء، أو التركيز الحالي، أو الفولط.

ويمكن أن تنشأ الانجرافات المستشعرة من مصادر عديدة، أما بالنسبة لمجسات حركة الاكس، فإن طبقة أكسيد المعادن المسخنة يمكن أن تغير هيكلها الصغير ببطء أو أن تلوثها الجسيمات غير المحتوية على الرصاص، وتفقد مصابيح البيوت الدولية شدة الزائد بسبب غسيل النوافذ أو تسرب الغازات، كما أن أجهزة الاستشعار الكهرمائية قد تعاني من الجفاف الكهربائي أو التسمم بالكهرباء.

ومن الأمور الرئيسية التي يمكن الاعتماد عليها في هذا الصدد مفهوم traceability.() وينبغي أن يكون لكل جهاز مرجعي للغاز يستخدم شهادة تبين تركيبته وعدم يقينه، ويرتبط بالمعايير الأولية، ولا يمكن مقارنة نتائج المعايرة عبر الزمن أو الموقع، وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن يعكس نطاق التركيز المتوازن نطاق القياس المتوقع في الاستخدام الفعلي.

أنواع تقنيات المعايرة لأجهزة الاستشعار التابعة للشركة

1 - معايرة العوامل

ويحدّد معايرة المصانع منحنى الاستجابة الأولية لكل جهاز استشعار قبل الشحن، وأثناء التصنيع، تتعرض أجهزة الاستشعار لغازات مرجعية دقيقة غالبا ما تكون من أجهزة الإسطوانات المصدق عليها - في عدة نقاط تركيز، ويسجل ناتج جهاز الاستشعار في كل نقطة، وتخزن المعاملات في الذاكرة أو في الأجهزة الالكترونية المصاحبة لها، ويوفر معايرة المصنع نقطة انطلاق موحدة، ويمكّن الموصلات المعقولة من نفس الفترة.

2 - المعايرة الميدانية

ويجرى معايرة ميدانية في الموقع الذي سيعمل فيه جهاز الاستشعار، وتستخدم هذه التقنية مجموعات قياسية قابلة للتنقل توفر تركيزاً معروفاً من أيزوبوتيلين ثنائياً ثنائياً متعدد الأطراف معاً (أي - جيم - 10) من أجهزة الاستشعار ذات الترددات العالية أو من ثاني أكسيد الكربون، وذلك باستخدام أجهزة القياس المتعددة النقاط المرجعية، وهي ميزة أن يكون جهاز الاستشعار مُعيناً في ظروف التشغيل الفعلية.

3 - عمليات التحقق من صفر ومتوسط

وهذه هي أبسط إجراءات التحقق من معايرة وأكثرها شيوعاً، إذ إن zero check] تعرض أجهزة الاستشعار إلى أجهزة الاستشعار ذات القيمة المطلقة من مولدات الترددات العالية أو من جهاز قياس معتمد يحتوي على ثاني أكسيد النيتروجين أو الهواء التطهيري، ويعادل أي شكل من أشكال التركيز قبل الترددات إلى الصفر.

4 - معايرة الآلية والمتعادلة

وفي شبكات الاستشعار الحديثة، يمكن أن تكون المعايرة آلية باستخدام مصادر الغاز الداخلي، والصمامات الوحيدة النسيج، والتحكمات الدقيقة، وتستحدث نظم المعايرة الآلية بصورة دورية صفراً وغازاً ممتداً على فترات مبرمجة - مثلاً، مرة كل 24 ساعة - دون أن تتطلب تدخلاً من جانب المشغلين، وهذه التقنية قيمة خاصة بالنسبة للمنشآت التي لا يمكن الوصول إليها مثل رصد خطوط السياج، أو محطات نوعية الهواء الاصطناعية.

5- تنازل الصكوك المرجعية

وعندما تكون معايير الغاز المصدق عليها غير متاحة أو غير عملية، يمكن أن تُعادل أجهزة الاستشعار من خلال أداة مرجعية من درجة المعمل، فعلى سبيل المثال، يمكن مقارنة رصد المبيدات المميتة الميدانية من جانب واحد إلى جانب مطياف الكتلة الكتروغرافية الغازية التي تحلل نفس الهواء المأخوذ من العينات، وإذا ما تم الحفاظ على الأداة المرجعية وتحديدها على النحو الصحيح، فإن أي اختلافات منهجية في عملية المراجعة يمكن تصحيحها.

أفضل الممارسات لضمان موثوقية أجهزة الاستشعار عن بعد

وضع جدول للمعايرة الروتينية

وينبغي أن يستند تواتر المعايرة إلى عدة عوامل: توصيات الصانعين، وتكنولوجيا الاستشعار، وشدة البيئة، وعواقب خطأ القياس، وبالنسبة للعديد من أجهزة الاستشعار التابعة لمراكز VOC، فإن معايرة الفصلية تُقيم بين الموثوقية والأعباء التشغيلية، غير أن أجهزة الاستشعار في البيئات القاسية - الرطوبة العالية، والغازات الارتفاعية، ودرجات الحرارة القصوى - قد تتطلب إجراء عمليات تفتيش شهرية أو حتى أسبوعية.

المعايير المرجعية المصدق عليها والمتعاقبة

استخدام غازات الاحتباس الحراري المصدق عليها في حدود الدقة المعلن عنها (مثلاً، 2 في المائة من التركيز الاسمي) وقابلية التعقب في معهد وطني لعلم الميثان، ينبغي أن يكون لدى الأسطوانات شهادة تحليل صحيحة وأن تستخدم قبل تاريخ انتهاء صلاحية استخدامها، وبالنسبة للمختبرات، تعتبر المعايير الأولية القابلة للتعقب أو المعايير الثانوية التي يتم التحقق منها بواسطة أداة مرجعية مؤهلة.

Manage Sensor Environment and Storage

ويتأثر جهاز الاستشعار عن بعد بدرجة كبيرة بالمحيطات المادية، وينبغي وضع أجهزة الاستشعار في أماكن مغلقة تحميها من ضوء الشمس المباشر، والأمطار، والغبار، والألواح الكبيرة في درجة الحرارة، وإذا كان جهاز الاستشعار يحتوي على مرشح الجسيمات، يستعاض عنه بانتظام لمنع التخثر والتلوث، وعند عدم استخدام أجهزة الاستشعار في مكان نظيف وجاف عند درجة حرارة الغرفة.

تنفيذ نظام التحقق من البيانات ومراقبة الجودة

فبعد أحداث المعايرة الرسمية، يمكن أن يكشف الرصد المستمر لقراءات أجهزة الاستشعار عن الانجراف قبل أن يصبح حرجاً، إذ إن وضع فترات للقراءة اليومية أو ساعة ومقارنة هذه الفحوصات بالمستشعرات أو الرصدات المرجعية في أماكن مشتركة يساعد على تحديد المخارج وبطء الانجرافات، إذ أن العديد من نظم اقتناء البيانات تسمح بتحديد حدود التنبيه؛ وإذا كان ناتج جهاز الاستشعار يتجاوز باستمرار نطاق معين في الهواء النظيف، فإن التصحيح قد فات.

الوثائق وسجلات معايرة مراجعة الحسابات

وتكمن الوثائق ذات الحجية في أي برنامج لضمان الجودة، وينبغي أن يتضمن كل سجل من سجلات المعايرة: التاريخ والزمان، والاسم التقني، والرقم المسلسل والموقع، وهوية الغاز المرجعي وتركيزه، والقراءة قبل التعديل وبعده، وأي ظروف بيئية (الدرجة، الرطوبة)، والملاحظات بشأن حالة الاستشعار، وهذه السجلات تتيح تحليل الاتجاهات على مدى عمر جهاز الاستشعار، مثلاً إذا كان جهاز الاستشعار يتطلب إجراء تعديلات أكبر تدريجياً في مكان العمل.

التقنيات المتقدمة في مجال المعايرة والتوجيهات المستقبلية

نظم معايرة الغازات الديناميكية

وبالنسبة للمختبرات أو المرافق ذات الإنتاج العالي، تنتج نظم الغسيل الدينامية مزيجا دقيقا من الغازات عن طريق مزيج الغاز النقي مع أنبوب مثبت للوضع أو معيار الغاز المضغط، ويمكن لهذه النظم أن تولد سلسلة واسعة من التركيزات تلقائيا، مما يتيح معايرة متعددة النقاط دون وجود أسطوانات متعددة، وهي مفيدة بصفة خاصة بالنسبة للمجسات التي تحتاج إلى معايرة ضد مركبات متعددة ذات عوامل استجابة مختلفة.

إصلاحية دريفت الماكين - التعلم

ويعزز البحث المتطور مقاييس التعلم الآلاتي إلى الانجراف النموذجي والصحيح دون إعادة التأهيل البدني، ومن خلال نماذج التدريب على البيانات التاريخية وأنماط التدخل المعروفة، يمكن للمستشعرين أن يصحوا بأنفسهم نواتجهم على أساس المتغيرات البيئية أو القراءات المرجعية ذات الموقع المشترك، وهذا النهج يبشر بالشبكات الواسعة النطاق والمنخفضة التكلفة التي لا تكون فيها البيانات ذات الطابع العملي.

المعايرة التي تستخدم مولدات الغاز

ويمكن لمولدات الغازات ذات المعايرة المحمولة التي تعمل بالترددات العالية جدا، مثل المولدات التي تُستخدم في تصميمات المعايرة في هونويل أو المتطورة، أن تنتج صفرا من الهواء وغازا ممتدا في الموقع عن طريق نقل هواء مليئ بالكمائن أو عن طريق التحلل الكهربائي، وهذه الأجهزة تزيل لوجستيات المناولة، وهي مثالية للعمل الميداني عن بعد، وفي حين أن دقتها أقل عادة من مستوى المصابيح المرخص بها، فإنها تكفي لإجراء عمليات الفحص الطبيع، كما ينبغي أن تكون صالحة.

خاتمة

ولا تشكل موثوقية أجهزة الاستشعار التابعة لمراكز VOC على المدى الطويل إنجازاً غير متكرر، بل تأديب مستمر يستند إلى معايرة، ويوفر معايرة المصانع خط الأساس الأولي، ولكن نظاماً للمقاييس الميدانية - أي نوع آخر، أو آلية، أو مقارنات مرجعية، ويوسع نطاق القدرة على التكيف مع الظروف السائدة في العالم الحقيقي، ويستخدم نظاماً قياسياً ودقيقاً لقياس مدى الحياة في المستقبل كتقييم سريع، بينما تكفل معايير متعددة النقاط كاملة الدقة في مجال القدرة على التكيف.

Additional Resources:] For guidance on VOC monitoring and calibration standards, consult the ]U.S. Environmental Protection Agency’s IAQ page , the NIOSH Manual of Analytical Methods, and technical