I sensori di torbidità sono strumenti ottici che misurano la limpidezza dell’acqua rilevando la luce trasmessa o diffusa dalle particelle in sospensione. Questi sensori vengono solitamente installati su veicoli subacquei autonomi (AUV), veicoli subacquei non autopilotati (USV), boe, ormeggi, osservatori sul fondale marino e sistemi di monitoraggio fissi.
Questa pagina presenta i principali produttori di sensori ottici di torbidità, che supportano il monitoraggio dei pennacchi, gli studi sul trasporto dei sedimenti, le operazioni di dragaggio, l’acquacoltura e la valutazione della qualità dell’acqua.
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Sensori di alta precisione, CTD multiparametrici e sistemi integrati per la ricerca e il monitoraggio dell'ambiente marino
Boe e apparecchiature di telemetria per applicazioni marine e in alto mare
Soluzioni avanzate per il monitoraggio della qualità dell'acqua e il rilevamento ambientale
Strumentazione idrografica e oceanografica modulare per rilievi, ricerca e operazioni marine autonome
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I sensori di torbidità misurano le variazioni nella limpidezza dell’acqua rilevando il modo in cui le particelle in sospensione influenzano la luce trasmessa o diffusa. Tali particelle possono includere sedimenti, materiale organico, plancton e altre sostanze in sospensione. Il monitoraggio continuo della torbidità può indicare variazioni delle condizioni dell’acqua, dinamiche dei sedimenti e comportamento dei pennacchi.
Un sensore di torbidità può funzionare come sonda di torbidità indipendente, far parte di uno strumento multiparametrico o integrarsi in un sistema di monitoraggio più ampio. La scelta di un sensore di torbidità dell’acqua richiede di prendere in considerazione la geometria di misura, il campo di misura, la calibrazione, la profondità nominale, il rischio di incrostazioni e le caratteristiche delle particelle. La torbidità è una misura ottica piuttosto che una misura diretta della concentrazione di sedimenti in sospensione, pertanto i risultati variano in base alle dimensioni, alla forma, al colore e alla composizione delle particelle.
Sensore di torbidità dell’acqua, Ares, della linea Xeos di Satlink.
I sensori nefelometrici determinano la torbidità sulla base della luce diffusa a circa 90 gradi rispetto al raggio incidente. Questa geometria è ampiamente utilizzata per l’analisi della torbidità dell’acqua, in particolare in presenza di bassi livelli di torbidità. La norma ISO 7027-1 specifica la misurazione nefelometrica nel vicino infrarosso, mentre altri metodi utilizzano sorgenti luminose diverse e possono riportare unità di misura differenti.
Un sensore ottico di torbidità che utilizza la retrodiffusione misura la luce che ritorna verso un rilevatore dopo l’interazione con le particelle in sospensione. Il rilevatore è posizionato oltre il tradizionale angolo nefelometrico di 90 gradi. I modelli a retrodiffusione sono adatti a strumenti in situ compatti e ad applicazioni di monitoraggio dei sedimenti, ma la risposta varia a seconda delle proprietà delle particelle. Le misurazioni riportate devono specificare il metodo ottico e l’unità di misura.
I sensori di torbidità sommergibili integrano i componenti ottici, l’elettronica e un alloggiamento resistente alla pressione per l’impiego diretto sott’acqua. Un sensore di torbidità oceanica può essere installato su un telaio, un ormeggio, un profiler o una piattaforma mobile, con profondità nominale, connettori e materiali adeguati all’ambiente.
Una sonda di torbidità in situ misura l’acqua direttamente nel punto di monitoraggio, anziché basarsi su un campione prelevato. Il termine descrive il metodo di installazione piuttosto che uno specifico principio di misurazione ottica. Le sonde in situ possono utilizzare configurazioni ottiche nefelometriche, a retrodiffusione o di altro tipo e sono comunemente abbinate a registratori di dati, sistemi di telemetria o altri sensori ambientali. Il montaggio deve ridurre al minimo le interferenze causate da bolle, strutture, riflessi dal fondale marino e flussi turbolenti.
Le sonde multiparametriche combinano la misurazione della torbidità con quella della temperatura, della conduttività, dell’ossigeno disciolto, della fluorescenza della clorofilla o di altri parametri relativi alla qualità dell’acqua. Le misurazioni sincronizzate possono evidenziare se le variazioni di torbidità coincidono con la variabilità idrografica, biologica o delle masse d’acqua.
Un turbidimetro da laboratorio viene utilizzato per campioni discreti in condizioni controllate, mentre i monitor di turbidità in linea esaminano l’acqua che passa attraverso una cella di flusso o una linea di processo. Questi strumenti possono integrare i sensori da campo per la verifica, i controlli di calibrazione, il controllo di qualità o il monitoraggio dei sistemi di pompaggio dell’acqua di mare.
I valori di torbidità dipendono dalla lunghezza d’onda, dalla configurazione del rilevatore, dalla geometria ottica e dallo standard di calibrazione. Le unità di misura devono pertanto essere riportate insieme a informazioni sufficienti sul metodo utilizzato, al fine di consentire un confronto significativo. I valori espressi in unità diverse non devono essere automaticamente considerati intercambiabili.
| Unità | Significato e contesto di misurazione |
| NTU | Le unità di torbidità nefelometrica (NTU) sono associate alle misurazioni nefelometriche che utilizzano un rilevatore posizionato a circa 90 gradi. Il metodo EPA 180.1 utilizza la luce visibile e riporta la torbidità in NTU. |
| FNU | Le unità nefelometriche di formazina (FNU) sono utilizzate per le misurazioni nefelometriche nel vicino infrarosso con rilevamento a circa 90 gradi, come specificato dalla norma ISO 7027-1. |
| FTU | Le unità di torbidità della formazina (Formazin Turbidity Units) sono una denominazione generica o obsoleta legata alla calibrazione rispetto alla formazina. Poiché il termine non definisce una singola geometria ottica, è necessario specificare anche il metodo di misurazione. |
| FBU | Le unità di retrodiffusione della formazina (FBU) identificano misurazioni che utilizzano luce nel vicino infrarosso e una configurazione del rilevatore a retrodiffusione anziché la nefelometria convenzionale a 90 gradi. |
È importante garantire la coerenza dei dati riportati quando si confrontano i dati di monitoraggio della torbidità provenienti da strumenti diversi. I programmi sul campo dovrebbero inoltre registrare i controlli di calibrazione, le operazioni di pulizia, l’intervallo di misurazione dei sensori e i valori al di fuori dell’intervallo operativo affidabile.
Sensori di torbidità di AML Oceanographic.
Il monitoraggio della torbidità costiera ed estuariale contribuisce a caratterizzare le condizioni determinate da maree, afflusso di acqua dolce, onde e deflusso superficiale. Le misurazioni continue possono rivelare eventi di breve durata quali pennacchi, tempeste o risospensioni che un campionamento occasionale potrebbe non rilevare.
I sensori di torbidità sono comunemente utilizzati come indicatori ottici della variabilità dei sedimenti sospesi. La conversione della torbidità in concentrazione di sedimenti sospesi richiede un campionamento dell’acqua specifico per il sito e una calibrazione, poiché la risposta del sensore può variare in base alle dimensioni, alla composizione, alla forma e alle proprietà ottiche delle particelle. Le misurazioni ottiche vanno quindi considerate come surrogati calibrati dei sedimenti piuttosto che come misurazioni dirette e universali della concentrazione.
Un monitor di torbidità può fornire osservazioni continue in prossimità di attività di dragaggio, posa di cavi, bonifica e altre opere di ingegneria marittima. Strumenti posizionati strategicamente possono aiutare a distinguere le condizioni di fondo dagli aumenti localizzati di materiale sospeso e a documentare gli andamenti durante le operazioni.
La torbidità può rientrare nel monitoraggio ambientale in prossimità di impianti di acquacoltura, incubatoi e siti di ricerca ittica. In combinazione con le misurazioni dell’ossigeno disciolto, della temperatura, della salinità e dei parametri biologici, la torbidità fornisce un contesto aggiuntivo per comprendere l’evoluzione delle condizioni della colonna d’acqua.
Un registratore di torbidità o un sensore integrato può essere installato su boe, ormeggi, lander bentonici e osservatori fissi per misurazioni di lunga durata. Il consumo energetico, la capacità di archiviazione, le incrostazioni ottiche, la geometria di montaggio, la stabilità della calibrazione e gli intervalli di manutenzione sono fattori importanti per le installazioni autonome.
Un sensore di torbidità per applicazioni subacquee può essere integrato nei veicoli subacquei autonomi (AUV), mentre strumenti analoghi possono supportare i veicoli di superficie senza equipaggio (USV). Le piattaforme mobili consentono la mappatura spaziale, a condizione che si tenga conto del tempo di risposta del sensore, delle bolle generate dal veicolo, delle perturbazioni del flusso, della frequenza di campionamento e della sincronizzazione temporale.
Le installazioni oceaniche a lungo termine richiedono misure volte a impedire che la crescita o la contaminazione sulle superfici ottiche generino tendenze errate. L’incrostazione può alterare i valori misurati e può risultare difficile da distinguere da un autentico cambiamento ambientale senza ispezioni e controlli di qualità.
La manutenzione dovrebbe essere pianificata in base alla durata dell’installazione, poiché anche un sensore di torbidità adeguato può fornire dati di scarsa qualità a lungo termine se le sue superfici ottiche non rimangono pulite.
La strumentazione per la misurazione della torbidità continua ad evolversi di pari passo con i sistemi autonomi di osservazione oceanica e le reti integrate per il monitoraggio della qualità dell’acqua.
Questi sviluppi stanno trasformando i sensori di torbidità da semplici strumenti autonomi per la qualità dell’acqua a componenti integrati di sistemi di osservazione oceanografica permanenti.
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