Impedanssimittauskytkennän ohjelmoiminen vesimittauslaitteelle
Häkkilä, Sami (2022)
2022
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022052712679
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2022052712679
Tiivistelmä
Työn tilaajana toimi Drosens Oy, joka on erikoistunut dronella suoritettaviin vesistö- ja ympäristömittauksiin. Drosens Oy kehittää vesimittauslaitetta, jolla voidaan hakea vesinäytteitä vedenlaadun analysointia varten. Vesinäytteenottimeen on tarkoitus lisätä veden sähkönjohtavuuden määrittämistä varten uusi ominaisuus, joka perustuu veden impedanssin mittaamiseen. Tätä varten vesinäytteenottimen uusimpaan versioon on lisätty impedanssimittauskytkentä, jolla voidaan laskea veden vaihtovirralle aiheuttaman vastuksen suuruus eli veden impedanssi. Veden impedanssin ja mittauksessa käytettävän johtavuuskennon perusteella voidaan laskea veden sähkönjohtavuus.
Vesistöjen vedenlaadun tarkkailussa yksi merkittävä indikaattori on veden sähkönjohtavuus. Vesistöjen sähkönjohtavuuksien arvoja kasvattavat veteen liuenneet suolat ja vedessä olevat epäpuhtaudet. Luonnonvesien poikkeuksellisen korkeat suolapitoisuudet voivat johtua vesistöihin päätyneistä jätevesistä, vesistöjen läheisyydessä tapahtuvasta kaivostoiminnasta tai maatalouden ravinnevalumista.
Opinnäytetyön käytännönosuuden tavoitteena oli kehittää vesinäytteenottimen ohjelmistoon kaksi C++-luokkaa, joilla voidaan ohjata impedanssimittauskytkentään kuuluvia mikropiirejä. Mikropiirejä ohjaamalla impedanssimittauskytkennällä voidaan mitata veden impedanssi. Impedanssimittaus mahdollistaa veden sähkönjohtavuuden määrittämisen, jolloin vesinäytteenottimella voidaan paikallistaa vesistöalueita, missä veden sähkönjohtavuusarvot ovat normaalia korkeammat.
Opinnäytetyön teoriaosuudessa on perehdytty impedanssimittauksen periaatteeseen ja siihen, kuinka veden sähkönjohtavuuden arvo johdetaan mitatun impedanssiarvon sekä mittauksessa käytettävän sähkönjohtavuuskennon perusteella. Teoriaosuudessa on esitetty opinnäytetyössä toteutetut C++-luokat UML-luokkakaaviona sekä esimerkkejä C++-luokkien käyttämisestä impedanssimittauskytkentään kuuluvien mikropiirien ohjaamisessa. Tämän lisäksi työn teoriaosuudessa on käyty läpi impedanssimittauskytkennän toiminnan kuvaus ja kytkentään kuuluvien mikropiirien ja oheiskomponenttien toiminnallisuudet.
Vesinäytteenottimen impedanssimittauskytkentää testattiin mittaamalla kytkennällä kalibroitujen tarkkuusvastuksien resistanssien arvoja sekä tunnetun RC-piirin impedanssia eri vaihtojännitteen taajuuksilla. Työn testaamista käsittelevässä osiossa esitetään impedanssimittauskytkennän testaamisen liittyvät tulokset. Tulosten perusteella vesimittauslaitteen impedanssimittauskytkentä saatiin toimimaan luotettavasti ja vaadittavalla mittaustarkkuudella.
Vesistöjen vedenlaadun tarkkailussa yksi merkittävä indikaattori on veden sähkönjohtavuus. Vesistöjen sähkönjohtavuuksien arvoja kasvattavat veteen liuenneet suolat ja vedessä olevat epäpuhtaudet. Luonnonvesien poikkeuksellisen korkeat suolapitoisuudet voivat johtua vesistöihin päätyneistä jätevesistä, vesistöjen läheisyydessä tapahtuvasta kaivostoiminnasta tai maatalouden ravinnevalumista.
Opinnäytetyön käytännönosuuden tavoitteena oli kehittää vesinäytteenottimen ohjelmistoon kaksi C++-luokkaa, joilla voidaan ohjata impedanssimittauskytkentään kuuluvia mikropiirejä. Mikropiirejä ohjaamalla impedanssimittauskytkennällä voidaan mitata veden impedanssi. Impedanssimittaus mahdollistaa veden sähkönjohtavuuden määrittämisen, jolloin vesinäytteenottimella voidaan paikallistaa vesistöalueita, missä veden sähkönjohtavuusarvot ovat normaalia korkeammat.
Opinnäytetyön teoriaosuudessa on perehdytty impedanssimittauksen periaatteeseen ja siihen, kuinka veden sähkönjohtavuuden arvo johdetaan mitatun impedanssiarvon sekä mittauksessa käytettävän sähkönjohtavuuskennon perusteella. Teoriaosuudessa on esitetty opinnäytetyössä toteutetut C++-luokat UML-luokkakaaviona sekä esimerkkejä C++-luokkien käyttämisestä impedanssimittauskytkentään kuuluvien mikropiirien ohjaamisessa. Tämän lisäksi työn teoriaosuudessa on käyty läpi impedanssimittauskytkennän toiminnan kuvaus ja kytkentään kuuluvien mikropiirien ja oheiskomponenttien toiminnallisuudet.
Vesinäytteenottimen impedanssimittauskytkentää testattiin mittaamalla kytkennällä kalibroitujen tarkkuusvastuksien resistanssien arvoja sekä tunnetun RC-piirin impedanssia eri vaihtojännitteen taajuuksilla. Työn testaamista käsittelevässä osiossa esitetään impedanssimittauskytkennän testaamisen liittyvät tulokset. Tulosten perusteella vesimittauslaitteen impedanssimittauskytkentä saatiin toimimaan luotettavasti ja vaadittavalla mittaustarkkuudella.