I sensori di ossigeno disciolto misurano l’ossigeno molecolare presente nell’acqua, consentendo ad AUV, ROV, USV, glider e sistemi di profilatura di raccogliere dati sull’ossigeno in funzione della profondità, della distanza e del tempo.
Questa pagina presenta i produttori di sensori di ossigeno disciolto, che supportano la ricerca oceanografica, il monitoraggio della qualità dell’acqua, il rilevamento dell’ipossia, l’acquacoltura e la valutazione degli ecosistemi.
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Apparecchiature idrografiche e oceanografiche per imbarcazioni di superficie senza equipaggio e autonome e veicoli subacquei
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I sensori di ossigeno disciolto (DO) misurano la quantità di ossigeno molecolare presente nell’acqua, fornendo dati importanti per l’oceanografia, il monitoraggio ambientale, la valutazione della qualità dell’acqua e la ricerca sugli ecosistemi acquatici. Sulle piattaforme senza equipaggio, un sensore di ossigeno disciolto può trasformare un veicolo autonomo o telecomandato in un sistema mobile per la mappatura delle condizioni dell’ossigeno in funzione della profondità, della distanza e del tempo.
Sensore di ossigeno disciolto di AML Oceanographic
La misurazione dell’ossigeno disciolto può avvalersi di tecnologie ottiche o elettrochimiche, ciascuna con requisiti diversi in termini di alimentazione, calibrazione, movimento dell’acqua, tempo di risposta e manutenzione. Le misurazioni possono inoltre richiedere una compensazione di temperatura, salinità e pressione. La scelta del sensore dipende dalla durata della missione, dalle dimensioni della piattaforma, dall’ambiente operativo, dal tempo di risposta e dalla risoluzione spaziale richiesta.
Per determinare l’ossigeno disciolto nell’acqua vengono utilizzati diversi principi di rilevamento. La scelta del principio più appropriato dipende dall’ambiente di impiego, dal tempo di risposta richiesto, dalla stabilità della calibrazione e dalle esigenze di manutenzione.
Un sensore ottico di ossigeno disciolto utilizza un luminoforo sensibile all’ossigeno in uno strato o in un cappuccio di rilevamento. Quando viene eccitato dalla luce, la sua luminescenza varia in risposta all’ossigeno, consentendo al sensore di calcolare la concentrazione di ossigeno. Poiché questa tecnica non consuma ossigeno, i sensori ottici di ossigeno disciolto sono particolarmente adatti al monitoraggio a bassa portata e di lunga durata. Inoltre, evitano la manutenzione dell’elettrolita associata ai modelli elettrochimici, sebbene l’elemento sensibile possa invecchiare o sporcarsi e possa richiedere una calibrazione o una sostituzione.
I sensori galvanici di ossigeno disciolto utilizzano elettrodi immersi in un elettrolita e separati dall’acqua da una membrana permeabile all’ossigeno. L’ossigeno che si diffonde attraverso la membrana genera una corrente proporzionale alla concentrazione di ossigeno. Una sonda galvanica per l’ossigeno disciolto non richiede normalmente una polarizzazione esterna prima dell’uso. Tuttavia, consuma ossigeno e materiale degli elettrodi, rendendo il movimento dell’acqua, le condizioni della membrana, lo stato dell’elettrolita e la manutenzione fattori importanti per garantire misurazioni coerenti.
Anche i sensori polarografici misurano l’ossigeno in modo elettrochimico, ma richiedono una tensione esterna tra gli elettrodi. Una volta polarizzati, la corrente risultante viene utilizzata per determinare l’ossigeno disciolto. Questi sensori necessitano in genere di un periodo di stabilizzazione prima della misurazione e, come le sonde galvaniche, possono essere influenzati da un flusso d’acqua insufficiente, dalla contaminazione della membrana, dal degrado dell’elettrolita e dalle variazioni di temperatura.
I sensori di ossigeno disciolto a microelettrodo utilizzano aree di rilevamento molto ridotte, consentendo una risposta rapida e un’elevata risoluzione spaziale in prossimità di sedimenti, organismi, biofilm o altre caratteristiche localizzate. I modelli di sensori miniaturizzati di O₂ disciolto sono utili anche nei casi in cui lo spazio disponibile per il carico utile sia limitato. Le loro dimensioni ridotte rendono importante la protezione meccanica durante il lancio, il recupero o il funzionamento in prossimità del fondale marino.
I veicoli subacquei autonomi (AUV), i veicoli telecomandati (ROV), le imbarcazioni di superficie senza equipaggio (USV), i glider, i sistemi di profilatura e le boe strumentate possono tutti essere dotati di sensori di ossigeno disciolto. La combinazione delle misurazioni dell’ossigeno disciolto con posizione, profondità, temperatura e salinità consente di interpretare le condizioni dell’ossigeno in un contesto ambientale più ampio. Una mappatura accurata dipende inoltre dal posizionamento dei sensori, dalla loro calibrazione e dalla sincronizzazione con i dati del veicolo.
I sensori di ossigeno disciolto possono registrare come la concentrazione di ossigeno varia in funzione della posizione e della profondità. In combinazione con le misurazioni di conduttività, temperatura e profondità, una sonda per l’ossigeno disciolto può aiutare a caratterizzare le masse d’acqua e a identificare le relazioni tra l’ossigeno e le condizioni oceanografiche fisiche. Su piattaforme in rapido movimento, nell’interpretazione di gradienti marcati occorre tenere conto anche del ritardo di risposta del sensore.
Le acque costiere e gli estuari possono presentare forti variazioni dell’ossigeno disciolto dovute alle maree, all’afflusso di acqua dolce, all’attività biologica e alla stratificazione. I sensori mobili di ossigeno disciolto (DO) consentono alle piattaforme senza equipaggio di raccogliere misurazioni lungo transetti e attraverso diversi strati d’acqua, fornendo una copertura spaziale più ampia rispetto a un singolo misuratore fisso di ossigeno disciolto.
Gli analizzatori di ossigeno disciolto trasportati da piattaforme autonome sono in grado di individuare regioni a basso contenuto di ossigeno, determinare la profondità o l’estensione delle zone ipossiche e anossiche e monitorarne l’evoluzione nel tempo. La profilatura ad alta risoluzione risulta particolarmente utile laddove le concentrazioni di ossigeno variano su brevi distanze verticali.
Le piattaforme senza equipaggio dotate di sonde per l’ossigeno disciolto (DO) possono rilevare le condizioni di ossigeno all’interno di gabbie, bacini, siti costieri e acque circostanti, anziché basarsi su misurazioni effettuate da un’unica postazione. Quando un registratore di ossigeno disciolto viene sincronizzato con i dati di profondità e di navigazione, gli operatori possono identificare le variazioni spaziali nella disponibilità di ossigeno.
Nei laghi e nei bacini artificiali possono svilupparsi forti gradienti di ossigeno laddove la stratificazione indotta dalla temperatura limita la miscelazione. I sensori di ossigeno disciolto montati su piattaforme autonome o telecomandate possono acquisire in modo efficiente profili di profondità e rilevamenti spaziali. La combinazione delle misurazioni dell’ossigeno disciolto con i dati relativi alla temperatura e alla profondità può aiutare a identificare le aree stratificate e a basso contenuto di ossigeno.
Il monitoraggio dell’ossigeno disciolto può supportare la valutazione in prossimità di punti di scarico delle acque reflue, scarichi industriali e corpi idrici riceventi. Le piattaforme mobili dotate di sensori ottici di ossigeno disciolto possono effettuare misurazioni in più punti registrando al contempo la profondità e le coordinate, contribuendo a caratterizzare l’estensione spaziale delle variazioni della qualità dell’acqua.
La disponibilità di ossigeno influenza la distribuzione e l’attività degli organismi acquatici. I sistemi autonomi possono combinare sensori ottici di ossigeno o sensori elettrochimici di DO con misurazioni relative a clorofilla, torbidità, temperatura, salinità e altri parametri, fornendo così un quadro più ampio delle condizioni dell’habitat.
Lo sviluppo si concentra sempre più sulla riduzione delle dimensioni del carico utile, sull’estensione della durata di impiego e sul miglioramento dell’affidabilità delle misurazioni. Tra le aree di interesse figurano:
Questi sviluppi stanno migliorando l’utilizzo dei sensori di ossigeno disciolto all’interno dei sistemi autonomi di monitoraggio ambientale. Dimensioni dei sensori ottimizzate, maggiore stabilità, migliori prestazioni antivegetative e una migliore integrazione dei dati possono consentire missioni più lunghe e una caratterizzazione più dettagliata dell’ossigeno disciolto nell’acqua.
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