System pomiarowy OPSIS
dr inż. Mieczysław Zeglin
Telemetryczny system pomiarowy OPSIS, produkowany przez szwedzką firmę OPSIS AB w Furulund, wykorzystany jest do pomiaru stężeń gazów w powietrzu atmosferycznym i monitoringu zanieczyszczeń powietrza. System OPSIS działa w oparciu o technikę DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy), tj. Różnicową Optyczną Spektroskopię Absorpcyjną.
Zasada działania telemetrycznego systemu pomiarowego OPSIS polega na wykorzystaniu prawa Lamberta - Beer'a. Prawo to określa wzajemny stosunek ilości pochłoniętego promieniowania świetlnego i liczby cząsteczek związków chemicznych znajdujących się w obrębie wiązki świetlnej. Każdy rodzaj cząsteczek gazów posiada charakterystyczne dla siebie widmo absorpcyjne, przy pomocy którego możliwa jest identyfikacja i określenie stężenia różnych zanieczyszczeń znajdujących się w prześwietlanej wiązką warstwie powietrza.
Źródło światła systemu OPSIS posiada widmo od podczerwieni poprzez zakres widzialny do nadfioletu, dzięki czemu można wykonywać pomiary stężenia kilku zanieczyszczeń w każdej wiązce świetlnej przekazywanej do spektrofotometru, będącego częścią składową analizatora systemu OPSIS. Widmo odebranej wiązki świetlnej zapisywane jest w pamięci komputera w analizatorze oraz porównywane z zarejestrowanym wcześniej widmem wzorcowym źródła światła. Ostatecznie dla każdego pomiaru wyznaczana jest wartość odchylenia standardowego.
W systemie OPSIS standardowym źródłem światła jest wysokociśnieniowa lampa ksenonowa. W zależności od wymaganego do analizy zakresu widma, tzn. widm referencyjnych mierzonych zanieczyszczeń (długość fali : 200 - 1800 nm), stosowane są dwa typy lamp ksenonowych. Służą one do pomiarów szeregu związków chemicznych, w tym SO2, NO2, NO, NH3, O3, CS2, formaldehydu, fenolu, benzenu, toluenu, styrenu, p-, m-, o-ksylenu. W standardowym systemie długość ścieżki pomiarowej, obejmującej dystans między nadajnikiem i odbiornikiem, waha się w zakresie od 200 m do 2 km. Wiązka światła wysyłana z nadajnika trafia do odbiornika, skąd światłowodem przesyłana jest do optoanalizatora.
W skład optoanalizatora wchodzą : spektrofotometr, komputer i dodatkowe urządzenia, np. modem. Analizator przystosowany jest do podłączenia: dataloggera z czujnikami meteorologicznymi, drukarki, linii telefonicznej, zewnętrznego komputera, przełącznika ścieżek pomiarowych i sygnałowych linii analogowych lub cyfrowych. Do standardowego wyposażenia systemu OPSIS należą czujniki następujących parametrów meteorologicznych : kierunek i prędkość wiatru, temperatura powietrza. Podczas pomiaru, w czasie rzeczywistym, wyniki stężeń mierzonych zanieczyszczeń i parametry meteorologiczne rejestrowane są w pamięci komputera w analizatorze, odpowiednio dla czasów integracji zadeklarowanych podczas uruchomienia systemu OPSIS.
W zależności od konfiguracji, telemetryczny system pomiarowy OPSIS występuje w wersji stacjonarnej lub mobilnej. System OPSIS może być stosowany do :
a) w obszarze niezurbanizowanym - określonego jako charakterystyczny, najniższy poziom stężenia zanieczyszczeń w badanym obszarze, z pominięciem bezpośredniego wpływu źródeł emisji;
b) w obszarze miejskim - określonego jako charakterystyczny, najniższy poziom stężenia zanieczyszczeń w obszarze miejskim, z pominięciem bezpośredniego wpływu emisji z kanionów ulic, tras komunikacyjnych i lokalnych źródeł emisji;
c) w obszarze przemysłowym - określonego jako charakterystyczny, najniższy poziom stężenia zanieczyszczeń w obszarze przemysłowym, z pominięciem bezpośredniego wpływu emisji zorganizowanej, np. z emitorów, instalacji wentylacyjnych i niezorganizowanej, tzn. odprowadzanej w sposób niekontrolowany, np. z wydziałów produkcyjnych zakładów, składowisk itp.;
Telemetryczny system pomiarowy OPSIS do monitoringu zanieczyszczeń powietrza został zainstalowany w kilkunastu ośrodkach na terenie całej Polski, sukcesywnie w latach 1992 - 1996. (patrz: www.poznan.pios.gov.pl./opsis). Eksploatowane w Polsce stacje pomiarowe OPSIS wykorzystywano do prowadzenia następujących typów pomiarów stężeń zanieczyszczeń powietrza :