GÉP, LXIII. évfolyam, 2012. 5. SZÁM 11

LÉGKÖRI PARAMÉTEREK MIN SÉGI MONITOROZÁSI RENDSZERÉNEK TERVEZÉSE

ÉS MÉRÉSE

ATMOSPHERE QUALITY MONITORING SYSTEM DESIGN AND MEASUREMENT

Ján Turán*, uboš Ovseník*, Michal Turán*, József Vásárhelyi**

ABSTRACT

Key elements and architecture of the developed opti-cally powered atmosphere quality monitoring system are discussed. System design and some details of optically powered and optically controlled remote sensor module system design are presented. Finally some experimental results of system performance are presented.

Demand for information transmission can get from provider to user is rapidly growing. Establishing an optical connection has never been so easy as nowa-days. Optical communication systems working in a free environment (FSO - Free Space Optics) becomes popular. Using FSO solutions of the so called last mile can be resolved within a few hours and without any legitimate self-administration, putting cabling in the ground or without infrastructure improvements.

Currently, lasers are so powerful that they allow transmitting signal from behind the glass window, thus increasing the possibility of in-door placement and security of FSO systems. But still the visibility of transmission and environmental impact of environ-ment on the signal transmitted remains a big problem.

This paper deals in detail with a description of the in-strument design and measuring the fog density, humidity and temperature of the environment. Long-term meas-urement of these parameters allows us to create models for optical signal transmission in FSO systems.

1. BEVEZETÉS

A korszer ipari távfelügyeleti rendszerek min sé-gének alapját a szenzorhálózatok és hatékony beágya-zott rendszerek alkotják [7].

A terepi rendszerek tápellátása megoldható optikai kábelek felhasználásával (powering trough optical fiber).

* Department of Electronics and Multimedia Communications University of Technology Košice, Szlovákia egyetemi tanár, egyete-mi docens, PhD hallgató; ** Miskolci Egyetem, Automatizálási és Kommunikációtechnológiai tanszék, Miskolc, Magyarország egyetemi docens.

Az optikai kábelen keresztül történ tápellátás el nye az elektromágneses interferenciák (EMI) elleni immu-nitás, robbanásveszélyes környezetben (CH4) történ biztonságos alkalmazás és különböz szenzorhálózatok illeszthet sége [2,3,7].

A terepi rendszerekben alkalmazott optikai kommu-nikációs rendszerek (Free Space Optics - FSO) látható vagy infra optikai sugarat alkalmaznak. [1-3]. Az FSO rendszer adó oldalán lézer diódák állítják el a kis teljesítmény nyalábot, míg a vev oldalon igen érzé-keny fotódetektorok érzékelik az elküldött fény-nyalábot. Az FSO rendszer hatótávolsága pár kilomé-ter, amennyiben nem akadálymentes az adó-vev kö-zötti tér. Az ilyen rendszer legnagyobb hátránya az id járási viszonyoktól való függ ség. Az id járási viszonyok legf képpen a köd és a leveg páratartalma tartalma, azok a tényez k, amelyek zavarják az adatát-vitel biztonságát [1, 3].

A köd pár száz mikronos átmér j vízcseppek ösz-szessége, de a fény szórását és a fényvisszaver déseket nagymértékben befolyásoló tényez . Ezért az adatátvi-tel el tt szükséges az adat-átviteli közeg el zetes elem-zése. Ködérzékel szenzor segítségével megmérhetjük az adatátviteli rendszer min ségi paramétereit. Jelen cikk els része leírja az adatátvitel m szaki megvalósí-tását, majd bemutatja a kísérleti mérések eredményeit.

2. KÖD PARAMÉTEREINEK MÉRÉSE

A köd paramétereinek mérésére használt érzékel (szenzor) méri a köd s r ségét, h mérsékletét és rela-tív páratartalmát. Az említett paraméterek mérése az adatátvitel min ségét befolyásoló tényez k kiértékelé-se szempontjából lényegesek [4]. A köd következté-ben fellép jelcsillapítást megbecsülni úgy lehet ha megmérjük a leveg páratartalmát (mh/m3). A feladat komplex és drága m szert igényel ezért a kísérlet során a BME Digitális és optikai Kommunikációs Csoport által fejlesztett m szert használtuk [4].

Az 1. ábra bemutatja a köd s r ségét mér rendszer összeállítását. A mér rendszert a kísérletek alatt a

12 5. SZÁM GÉP, LXIII. évfolyam, 2012.

K(ahre

lsvtbre

rmmLimjl

Kas(KEa reh mrenegy

Alon számvontokba erameltá

2

Ara) mutmutLEDinfrmájjelelév

ssaiEMendmérdsz

ység

1.

A küko

mítnalaat aelm

mokárol

2.1

A küa

tatjtatjD) ra fjábaek a

ví

i EMT Fdszersékzer g, b

áb

ültéommtógéat éa sz

mentk éslhat

ültéKaa. a. imp

fényan ampízcs

2

EgyFEIer, aklet

a belté

bra.

éri emunép píte

zámthes tátók.

M

éri eassaA A puly nyköz

plitúsep

2. áb

yetemI TUahoét, kövéri

K

egynikákö

ettümító

t káblá.

Mó

egyai Eköds rzusyalzveúdó

ppek

bra

m UKogy

pávetkegy

d s

ységál,

özötünk ógépk, kéáza

ódsz

ységEgyd sr sésokaábo

etítiójánk sz

a. K

OpKE)

an áratakezység

s r

g a bmíg

tt Rki.

p doés

atok

zer

gbeyetes rég at kot ai a nak zám

Külté

ptoehelmáartaz g.

ség

beltg aRS2. A olgbbi

k) v

a k

en eemeségmé

külda ve

bena

ma.

éri

eleklyezár ealmmo

g m

téria be232kü

ozzi fevag

köd

elheen générésd, aevltér

agys

egy

ktroztük

emlímát odul

mér

i egelté2-esültérza fldo

gy e

d s

elyefel

nek séhea víz LEri eságá

ység

onikk eítetés lokb

re

gysééri es sori efel. olgoegy

r

ezetszemé

ez zcsED egyát b

g –

kai l .

ttüka

ból

end

éggegyoro

egysAz

ozásy k

ség

tt kereltérésaz eppve

ségbefo

K

labA b

k mköd

l ép

dsze

gel Rységos kségz adsok

közp

géne

köd t ksi e

adpek tt i

gnekolyá

d é

borbelt

méri d spül

er fe

RS4g éskom

g áltdatok szápon

ek

szekültéelvédó k áltimpk. Aáso

érzé

ratótéria k

s rfe

elép

422s a mmtal mok áám

nti

mé

enzéri ét adió

tal vpulzA v

olja

ékel

óriui egkörség

el:

píté

2-eskö

muniméálloára sze

érés

or eg

a 3óda visszusovissa k

l

mágysérnyegétkül

ése

s voözpoikácrt a

omá(di

erve

sére

(2. gysé3. á

(inszavok szavköd

ábanégetezet. Altér

ona-ontciósada-ány-iag-eren

e

áb-égetábranfravertfor-ver

dben

n t t

A ri

-ti s ---n

-t a a rt -

rt n

köketaókegcs

4.

inbetávábeegre

A örnyel lmákhogysésepp

A áb

A nterfeltélja ányeltégysée nin

vetyezezeát. E

oz jég pek

2.2

ködra é

külfészri eaz

yú jri eég fncs

tt izetben kEzeutues

k be

3

2

dérzés a

ltérzenegys

RSelekegyfelészü

impben kívüen punk

t lehat

3. á

zékaz 5

ri en keség

S-42kké

ységé, ezüks

pulzlév

ül mpara

azl éstolh

ábra

A k

kel5. áb

gysresz

g fog22-eé, mg szzértége

5

zus v vmériamé

z ids dihatn

a. A

köd

renbra

4. á

ség ztügades smajzolgt a ke.

5. á

amvízci a éter

d jáirek

nak

A kö

dérz

ndsmu

ábra

mil cs

dja aszabd tgáltkül

ábra

mplicseplevrek áráskt na e

öd s

zék

szerutatj

a. K

ikrosatlaa kübvátovátatjltéri

a. B

itúdppeveg

mési vnapegys

s r

kel

r betja b

Kült

oveakoültéányábba ai eg

Belté

dóják m h

érésviszfénség

ség

re

eltérbe.

éri

ezérozikéri eú jeítja

a tágysé

éri

ánamen

mésév

zonynyt

bel

g m

end

ri é

egy

rl k a begyelek

a a ápfeégn

egy

ak nnnyiérsé

vel fyokl vlsej

méré

dsze

és k

ység

egybelt

ységket szá

eszünek

ység

nagiségéklefont

królvédejébe

és e

er f

kült

g

ységtérig je

RSámíültskül

g

gyságétetét

ntos l isett, e [4

elve

felép

téri

ge i egleit

S-23ítógségelön

ága l. A

t és inf

. Ade

4].

e.

píté

egy

RSgysét és 32-gép et atáp

füAz pár

formA küe a

ése

ysé

S 42éghekones fel

a küpegy

ügg érzratamácültékö

égét

22-ez. nveszalé. ültéysé

a zé-ar-ci-éri

öd-

t a

-es A

er-ab-

A éri ég-

GÉP, LXIII. évfolyam, 2012. 5. SZÁM 13

ek8lnFge

ge(kaaApAá

Aegykén805lehenakF32gomel b

3. A

Agyegy(RSkezaz aadaAmporA sállo

A Mységnt 51Fet s

kkor20-ambobb e

A K

A küjté

ységS-23z sada

atgymennrttalsoroomá

7

Miskg ha(6. 320ségr ras okkeml

KÖ

ültés ég át32) számatgyy jtnyibl, úgos pányb

7. áb

kolaszn

áb0 típ

get endkár

kal, líte

RN

éri eés totala

tovmítóy jt

pbengy porban

bra

6.

ci nálhbra)pusaz

delkrtyaLE

tt e

NYERE

egyová

akítjvábógétés progn aa p

rtonn tár

a. A

ábr

Egyható). sú m

RSkezia eED-elem

EZEEN

ységábbíja abbítjép fés

grama sprogn kerolj

dat

ra. M

yeteó mAz

mikrS42ik zen-ekk

mek

ETDS

g mításaz atja afeléaz

monszámgrameresja.

tgy

Mik

ememindz erov

22-eana

nkívkel

k ok

TI PSZE

mikros a adataz (Wakt

n kemítóm tusztü

jt

kro

end b

egysvezées ialógvül

ésktatá

PARER

ovebe

tokope

Wintuáleresógétudjül é

pr

ovez

mebeltéség érlillesg p

re egási

RAMFE

ezérltérat éerácdowlis psztüép a k

érke

rogr

zérl

egteéri,

tat, Rsztéportndegy célo

MÉELA

rl jri eés sciósws parül tönem

kezeez

ram

l e

ervemi

artaRS-és ktokkelkepotoka

ÉTEADA

éneegyssoros rXPamörtém elni

ad

m ke

egys

ezetind alm232kiépkal eziktencat sz

EREATA

ek fség os prend

P). Aéterénikren

i azdato

ezel

ség

tt mkü

az 2-espítéis.

k mciomzolg

EKAI

felafe

protdszA srekk. (lndelz Uokat

l i f

mikültér

egs illésér. mégmétgáln

KET

adatlé. ton

zerrezám

k kijlásdlkezSB t, a

felü

krovri egy leszre. A

g nterrnak

T M

ta azA ke

el rmítójelzd 7.zik po

a pr

ület

vezéegys

SilztésUgSil

nyomrel. k.

MÉR

z adbel

eresrendógézése. áb

soortotrogr

te

érlség-labsst ésgya-labsmó-Az

R

dat-ltérztüdel-

épene azbra)orost isram

-s s -s -z

-ri ül -n z . s s. m

10adja átérné

setámréel

mtáb

8

prer„r

9.

ko

A 0 mdato

és tlagrtékénk

Áltelkes m

mentési e. AMá

mintáblá

8. á

A rogrredmrela

. áb

Egor f

D

külms-ookat

azolá

ket 1k má

taláedikmegtén egy méásodát e

ázat

ábra

tárramménatív

bra.

gy hfont

Dens01680169016901670168016701670167016701670169

ltérios t 1

z átlás é100ásod

4.

ábank, ezgálla

kelységérésdpeelmegy

a. M

rolt m senyeid

. Ms

hatétos

ity89978777779

i egpers-olag

érték0-radpe

MÉ

n azértapítll egeksi ererce

menty il

Mér

adegíteket

” a

Mérésége

ékona k

Tem

gysriód

os inért

ke a állerce

ÉR

a köt aztásálheet aredenkti elyen

rési

datotségt ábaz a

ési ae, h

ny körn

mper364364364364364364364364364364364

ségbdusontertékeállílítotenk

RÉS

öd sz FSánaklyea K

dmééntegyn m

ad

ok tgévebrá

aktu

adah m

és nye

ratu4444444444444545444444

benokbrvalet kíthattuként

SEK

s rSO k érznü

Kassénye

a my szméré

datopá

tovel l

ázoluális

atokmérs

minezet

re H

n a ban llumküldató k, mism

K É

ségren

rdeünksai ekemérzöveésm

ok (kárat

ábbleheltuks na

k grsékl

n sti p

Hum2121212121212121212121

métö

mbadi e(1-

mivmer

ÉS E

ge ndsekébk a m

Eget a résaege

mintá

(ködtart

bi fetsék aapo

rafiklete

ségipara

midit110109109109109109108108109109108

ért aörténan ael a-100vel arni.

ERE

inhzerben méryettovadates áát ta

d salm

feldégesaz n m

kuse, pá

i FSamé

ty A

adanika küa be00)a m

ED

homrekr

az résitemvábbtgyálloarta

r sma)

dolgs. Aid

mind

s ábára

SO étere

Aver11111111111

atok. A

ültéreltér. A

mért

DMÉ

mogre g

adi eg

m terbiak

y jtomáalm

sége

gozáA 9 füdig

brázatar

renek

ragin100100100100100100100100100100100

k mA mri eri e

A 8.t ért

ÉN

én gyakdatágysérülekba

prányb

maz.

e, h

ása 9. áfügg

0 –

zolártal

ndsism

ng

mintmintegysegy. ábtéke

NYE

közkoro

átvitégeeténan isrogba. (8.

h m

a a ábrágvén–tól

ása lma)

szermere

Rela

avétavség ségbráneke

EK

zegolt teli eketn hesme

gramAz

. áb

mérs

MAán anyél ke

(kö)

r terete.

ative0123456789

10

ételeételátl

gnekn e

et sz

gkéncsivez

t. Aelyeertem a z a

bra)

sékl

ATa mébenezd

öd s

rve Ez

e Tim0

2

4567890

ezélezelagok. Aezt zere

nt vllapzeté

A meztü

etjükmé

aláb

lete

TLAmérén. dik

s r

ezészért

me

ése ett ol-Az az et-

vi-pí-ék

mé-ük k. ért bbi

e,

AB ési A

k.

-

se-t a

14 5. SZÁM GÉP, LXIII. évfolyam, 2012.

felszerelt felügyeleti mér rendszer képes rögzíteni a leveg páratartalmát, h mérsékletét, s r ségét (k d). A rendszer növeli az optikai kommunikációs rendszer hatékonyságát és megbízhatóságát.

5. KÖVETKEZTETÉSEK

Jelen cikkben bemutattunk egy a légköri paraméte-rek mérésére alkalmas rendszert, amely jelen állapotá-ban a köd s r ségét, h mérsékletét és páratartalmát méri. A kísérleti méréseket a Kassai Egyetem terüle-tén elhelyezett kültéri egységek segítségével mértük.

A Miskolci Egyetemen kifejlesztett mikrovezérl s kártya alkalmas a kültéri és beltéri egységek megvaló-sítására.

A mért eredményeket felhasználtuk az otpikai adat-átviteli rendszer tervezésénél (FSO). A mért eredmé-nyeket MATALAB alkalmazás segítségével grafiku-san is ábrázoltuk. Az eredmények kiértékelésekor meghatározott küszöbértékek segítségével meghatá-roztuk azokat a környezeti értékeket köd s r ség, h mérséklet, amelyeknél még az FSO rendszer m kö-d képes.

A mérés adatgy jtés még folyamatban van és az adatok feldolgozása is folyamatos.

AKNOWLEDGEMENT

This research was carried out as part of the TAMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 project with support by the European Union, co-financed by the European Social Fund.

IRODALOM

[1] BOUCHET O. et al. “Free Space Optics (Propagation and Communication),” ISTE Ltd., London, 2006.

[2] KIM I., KOREVAR E., “Availability of Free Space Optics (FSO) and Hybrid FSO/RF Systems,” Proc. SPIE, vol. 4530, 2001, 84-95.

[3] NADEEM F., KVICERA V., SALEEM A. M., LEITGEB E., et al. “Weather Effects on Hybrid FSO/RF Communication Link,” IEEE Journal on

Selected Areas in Communications, vol. 27, no. 9, December 2009, pp. 1687-1697.

[4] CSURGAI-HORVÁTH L., BITÓ J., “Fog Attenuation on V Band Terrestrial Radio and a Low Cost Measurement Setup,” Future Network & Mobile Summit, Florence, Italy, Paper #47, June 2010.

[5] TURÁN J., OVSENÍK ., VÁSÁRHELYI J., “Optically Powered Industrial Barometric System Design”, Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering, vol. 3, no. 1, 2010, 131-136.

[6] TURÁN J., OVSENÍK ., VÁSÁRHELYI J., TURÁN J. jr., “Optically Powered Industrial Barometric System”, Proceedings of 19th Interna-tional Conference Radioelektronika 2009, Bratis-lava, Slovak Republic, April 22-23, 2009, 165-167.

[7] TURÁN J., OVSENÍK ., VÁSÁRHELYI J.,, “Optically Powered Industrial Barometric System Architecture”, Proceedings of 11th International Carpathian Control Conference ICCC2010, Eger, Hungary, May 26-28, 2010, 173-176.

[8] PENA R., MATIAS I. R., ALGORA C., LOPEZ-AMO M., “Optical Fiber Based Power Delivery System for Optoelectronic Sensor Modules”, LEOS’98, Piscataway, USA, vol. 2, 1998, 75-76.

[9] BJORK P., LENZ J., FUJIWARA K., “Optically Powered Sensors. Optical Fiber Sensors”, Was-hington, USA, vol. 2, 1988, 336-339.

[10] BOTTER G., DRESCHMANN M., KLAMOURIS C., et al., “An Optically Powered Video Camera Link”, IEEE Photon Technol. Lett., vol. 20, no. 1, 2008, 39-41.

[11] HATMAN L. H., MUDD S. W., “SME Mining Engineering Handbook”, SME Publ., New York, 1992.

[12] WERTHEN J. G., ANDERSON A. G., WU T. C., “Optically Powered Sensors: Are they Really Fiber Optic Sensors”, Proc. SPIE, vol. 2872, 1996, 131-138.

[13] OVSENÍK L., TURÁN J., TATARKO M., MICHAL T., VÁSÁRHELYI J. “Fog Sensor System: Design and Measurement”, proc of IEEE ICCC 2012, elfogadott cikk.