I sensori di torbidità sono strumenti ottici che misurano l’effetto delle particelle sospese nell’acqua, consentendo una valutazione continua della limpidezza dell’acqua e del carico di particelle. Questi sensori sono utilizzati per la mappatura della qualità dell’acqua, il monitoraggio dei pennacchi sedimentari, le indagini ambientali, la supervisione dei lavori di dragaggio e il monitoraggio bentonico.
Questa categoria presenta i principali produttori di sensori di torbidità con soluzioni progettate per USV, AUV, UUV, ROV, boe di monitoraggio e lander per il fondale marino.
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Apparecchiature idrografiche e oceanografiche per imbarcazioni di superficie senza equipaggio e autonome e veicoli subacquei
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Un sensore di torbidità misura gli effetti ottici delle particelle sospese nell’acqua, fornendo un’indicazione indiretta della limpidezza dell’acqua e del carico di particelle. Non si tratta di una misurazione diretta della concentrazione di sedimenti sospesi e la risposta del sensore può variare in base alle dimensioni, alla forma, al colore e alla composizione delle particelle. Nel monitoraggio delle acque marine e d’acqua dolce, questi strumenti consentono un’osservazione continua laddove il campionamento manuale risulta limitato. Un sensore di torbidità dell’acqua può essere impiegato come sonda di torbidità autonoma, integrato in una sonda multiparametrica oppure collegato a un veicolo autonomo o a una stazione di monitoraggio fissa.
Il monitoraggio della torbidità è ampiamente utilizzato nelle indagini ambientali, negli studi sui sedimenti, nella supervisione dei lavori di dragaggio e nella valutazione della qualità dell’acqua. A differenza di un turbidimetro da laboratorio, un sensore di torbidità oceanica o un monitor subacqueo di torbidità deve funzionare in condizioni variabili di pressione, temperatura, incrostazioni biologiche, luce ambientale, bolle e particelle. La scelta dello strumento dipende quindi dal campo di misura, dalla geometria ottica, dal tempo di risposta, dalla durata di impiego, dall’integrazione, dalla calibrazione e dal materiale sospeso.
Sensore di torbidità di AML Oceanographic.
I diversi sensori di torbidità utilizzano diverse configurazioni ottiche per rilevare il modo in cui le particelle diffondono o attenuano la luce. Il metodo influisce sulla sensibilità, sul campo di misura, sulla comparabilità e sull’idoneità all’impiego.
I sensori di torbidità nefelometrici misurano la luce diffusa a un angolo di circa 90 gradi rispetto al fascio incidente. Questa geometria garantisce una buona sensibilità a livelli di torbidità relativamente bassi. Una sonda di torbidità nefelometrica può utilizzare luce visibile o nel vicino infrarosso a seconda del metodo applicabile e del design dello strumento. I sistemi nel vicino infrarosso sono generalmente meno sensibili alle interferenze dovute al colore dell’acqua.
Un sensore ottico di torbidità basato sulla retrodiffusione rileva la luce riflessa dalle particelle con angoli superiori a 90 gradi. I modelli compatti a retrodiffusione sono adatti a strumenti sommersi e in presenza di elevati livelli di sedimenti. La risposta può variare in base alle dimensioni, alla forma, alla composizione e alla concentrazione delle particelle, mentre carichi di particelle molto elevati possono causare una risposta non lineare o la saturazione del sensore.
Le sonde di torbidità sommergibili sono progettate per l’immersione diretta in fiumi, laghi, estuari, acque costiere e nell’oceano. In genere utilizzano alloggiamenti resistenti alla pressione, finestre ottiche sigillate e connettori subacquei. Per impieghi di lunga durata, sono importanti la protezione contro le incrostazioni, la profondità nominale, il consumo energetico, l’accessibilità per la pulizia, l’orientamento della finestra e l’accumulo di sedimenti. Potrebbero essere necessari tergicristalli meccanici o altre misure antincrostazione.
I sensori di torbidità in linea e a flusso continuo misurano l’acqua che passa attraverso un percorso di campionamento controllato, anziché esporre direttamente i componenti ottici all’ambiente. Queste configurazioni sono adatte a sistemi di pompaggio, navi da ricerca, piattaforme di superficie autonome e configurazioni collegate a laboratori. Un flusso stabile può migliorare l’uniformità dei risultati, ma durante i test di torbidità è necessario tenere conto del tempo di permanenza nel tubo, delle bolle, dei depositi, del comportamento della pompa e della contaminazione.
Le sonde multiparametriche combinano la misurazione della torbidità con parametri quali la conduttività, la temperatura, la pressione, l’ossigeno disciolto, il pH o la fluorescenza. L’integrazione di un sensore di torbidità per la qualità dell’acqua in un unico pacchetto semplifica la raccolta sincronizzata dei dati e può ridurre la complessità del carico utile. Le misurazioni aggiuntive aiutano a distinguere i cambiamenti causati dai sedimenti da quelli dovuti a fattori biologici o chimici.
Le piattaforme autonome e telecomandate consentono al monitoraggio della torbidità di andare oltre le osservazioni da punti fissi. I sensori di torbidità montati sui veicoli possono mappare i pennacchi e combinare i dati ottici con quelli relativi alla navigazione, alle correnti, alla profondità e ad altre misurazioni.
I veicoli di superficie senza equipaggio (USV) possono trasportare un monitor di torbidità o un registratore di torbidità lungo transetti programmati per mappare la qualità delle acque superficiali o sub-superficiali. Ciò risulta utile laddove la torbidità varia su brevi distanze in fiumi, bacini idrici, porti, estuari e zone costiere. Il posizionamento dei sensori dovrebbe ridurre al minimo le interferenze dovute ai riflessi dello scafo, alle bolle, al vortice dell’elica e ai sedimenti smossi.
I veicoli subacquei autonomi (AUV) e altri veicoli subacquei senza equipaggio (UUV) possono utilizzare sonde di torbidità per caratterizzare i sedimenti in sospensione attraverso rilievi tridimensionali. Le applicazioni includono i pennacchi di dragaggio, la risospensione naturale, i disturbi causati dai lavori di costruzione e il trasporto dei sedimenti. I dati di navigazione consentono di georeferenziare le misurazioni, mentre una logica di missione adattiva può aumentare la densità di campionamento quando viene rilevata una soglia o un gradiente di torbidità. La frequenza di campionamento e la velocità del veicolo devono essere adeguate al tempo di risposta del sensore per limitare la diffusione spaziale dei dati.
I veicoli telecomandati (ROV) possono fornire misurazioni in tempo reale della torbidità durante ispezioni sottomarine, lavori di costruzione, interventi e operazioni scientifiche. Gli operatori possono correlare i dati forniti dal sensore di torbidità con le immagini video, i dati del sonar, la posizione e l’attività in corso. È importante un montaggio accurato, poiché i propulsori possono risospendere il materiale del fondale marino e generare letture non rappresentative delle condizioni di fondo.
Le boe di monitoraggio possono supportare i sensori di torbidità a profondità fisse o su sistemi di profilatura, mentre gli aliante subacquei possono effettuare misurazioni ripetute lungo la colonna d’acqua su aree più estese. Essi consentono di osservare la stratificazione, il deflusso, il trasporto dei sedimenti, le tempeste e le variazioni delle maree. Il funzionamento a basso consumo, l’archiviazione dei dati e misure antivegetative efficaci sono particolarmente importanti durante i dispiegamenti di lunga durata.
I lander per il fondale marino e gli osservatori bentonici utilizzano sensori di torbidità per monitorare le condizioni delle particelle in prossimità del fondale marino. Queste misurazioni consentono di caratterizzare la risospensione, la sedimentazione, i processi dello strato limite bentonico e i disturbi. Nell’interpretazione delle registrazioni a lungo termine occorre tenere conto dell’orientamento dello strumento, dell’altezza di campionamento, delle correnti locali e della deposizione di sedimenti sulla finestra ottica.
I valori di torbidità richiedono un metodo di misurazione e una convenzione di rendicontazione chiari. Tra i riferimenti comuni figurano:
I programmi sul campo devono documentare la calibrazione, la configurazione ottica, gli standard di riferimento, la manutenzione e le procedure relative agli strumenti. La calibrazione di fabbrica garantisce la tracciabilità, ma potrebbe essere necessaria una calibrazione specifica per il sito, effettuata su campioni d’acqua prelevati, qualora i dati di torbidità vengano utilizzati per stimare la concentrazione di sedimenti sospesi.
Il rilevamento della torbidità viene sempre più spesso combinato con l’elaborazione a bordo, il controllo autonomo e misurazioni complementari:
Questi sviluppi sostengono l’impiego dei sensori di torbidità come componenti attivi dei sistemi di osservazione autonomi. Per le applicazioni subacquee, l’affidabilità dei risultati dipende ancora da una calibrazione adeguata, da un’integrazione accurata, da misure antincrostazione adeguate e dalla comprensione di come le proprietà locali delle particelle influenzino la risposta ottica.
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