माइक्रोएल्गे के लिए एक सरल टर्बिडिटी मॉनिटर और नियंत्रण प्रणाली: 4 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

मान लीजिए कि आप मैलापन को मापने के लिए पानी के नमूने लेने से ऊब चुके हैं, एक स्थूल शब्द जो पानी में किसी भी छोटे, निलंबित कणों को दर्शाता है, जो प्रकाश की तीव्रता को या तो बढ़ते प्रकाश पथ या उच्च कण सांद्रता या दोनों के साथ कम करता है। तो, यह कैसे करें?

माइक्रोएल्गे के बायोमास घनत्व के लिए एक स्वचालित निगरानी प्रणाली बनाने के लिए मैंने नीचे कई कदम उठाए हैं। यह सूक्ष्म शैवाल है जो उप-माइक्रोन आकार में होते हैं, पानी में अच्छी तरह से निलंबित होते हैं, और बल्कि एक चरम जीवन शैली होती है, जो प्रकाश ऊर्जा को परिवर्तित करती है और कार्बन डाइऑक्साइड को नए संश्लेषित बायोमास में कम करती है। यह सूक्ष्म शैवाल के लिए पर्याप्त है।

मैलापन या बायोमास घनत्व को मापने के लिए, मेरे मामले में, मुझे डिटेक्टर पक्ष में प्रकाश की तीव्रता को मापने की आवश्यकता है जो एक वोल्टेज रीडआउट में परिवर्तित हो जाती है। शुरुआत में मेरे पास एक उपयुक्त सेंसर खोजने में एक बाधा थी जो मेरे द्वारा काम की गई सूक्ष्म शैवाल प्रजातियों के साथ काम करता है।

एक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर द्वारा टर्बिडिटी को मापा जा सकता है। प्रयोगशाला स्पेक्ट्रोफोटोमीटर महंगा है और ज्यादातर एक समय में एक नमूने को मापता है। किसी तरह, मैं भाग्यशाली था कि मैंने एक सस्ता टर्बिडिटी सेंसर खरीदा जो मुझे ebay.com या amazon.com पर मिल सकता था, और मेरे आश्चर्य के लिए, सेंसर मेरे द्वारा प्रयोग की जाने वाली सूक्ष्म शैवाल प्रजातियों के साथ अच्छी तरह से काम करता है।

चरण 1: आवश्यक भागों:

1. फोटो में इस तरह का एक टर्बिडिटी सेंसर जो ट्यूबिंग को जोड़ता है। जब तक आप सेंसर को जलमग्न करने की योजना नहीं बनाते हैं, तब तक सूची में से एक के पास एक खुला मार्ग है।

2. एक Arduino बोर्ड। यह नैनो, या मेगा/यूनो हो सकता है (यदि यूं शील्ड का उपयोग किया जाता है)

3. एक पोटेंशियोमीटर। इस तरह सटीक उपयोग करने के लिए बेहतर है।

4. एक OLED स्क्रीन। मैंने SSD1306 का उपयोग किया, लेकिन अन्य प्रकार के LCD जैसे 1602, 2004 काम करेंगे (और तदनुसार कोड को संशोधित करें)।

5. इस तरह के दो चैनलों वाला एक रीप्ले बोर्ड

6. अतिरिक्त मैनुअल नियंत्रण के लिए तीन में से दो स्थिति स्विच

7. पंप: मैंने एक 12V छोटा पेरिस्टाल्टिक पंप खरीदा, और मुख्य पंप के रूप में लैब में एक कोल पारमेर डुअल चैनल पंप का इस्तेमाल किया। यदि मुख्य पंप में केवल एक चैनल हेड है, तो अधिशेष बायोमास को इकट्ठा करने के लिए अतिप्रवाह ट्यूब का उपयोग करें, सावधान रहें कि रिएक्टर के शीर्ष पर बायोमास की संभावित स्किमिंग यदि आप एक जोरदार एयरलिफ्ट मिश्रण का उपयोग कर रहे हैं।

8. विकल्प 1 के लिए डेटा लॉग करने के लिए रास्पबेरी पाई या लैपटॉप या विकल्प 2 के लिए यूं शील्ड

कुल लागत $ 200 की सीमा में है। कोल परमेर पंप की कीमत लगभग $1000 है, और कुल लागत में शामिल नहीं है। मैंने सटीक योग नहीं बनाया।

चरण 2: विकल्प 1: USB केबल के माध्यम से कंप्यूटर/रास्पबेरी पाई में डेटा लॉग करें

कुछ आउटपुट डेटा रिकॉर्ड करने के लिए कंप्यूटर या रास्पबेरी पाई का उपयोग करना।

रिकॉर्डिंग पुट्टी (विंडोज) या स्क्रीन (लिनक्स) जैसे लॉगिंग विकल्प द्वारा की जा सकती है। या यह एक पायथन लिपि द्वारा किया जा सकता है। इस स्क्रिप्ट को कार्यात्मक होने के लिए Python3 और pyserial नामक लाइब्रेरी की आवश्यकता होती है। लॉग किए गए डेटा के अलावा लैपटॉप या डेस्कटॉप रिमोट में आसानी से पहुँचा जा सकता है, यह दृष्टिकोण कंप्यूटर पर समय का लाभ उठाता है जो अन्य आउटपुट के साथ फ़ाइल में लॉग इन होता है।

यहाँ एक और ट्यूटोरियल है जो मैंने लिखा है कि कैसे रास्पबेरी पाई सेट करें और Arduino से डेटा एकत्र करें। यह एक Arduino से रास्पबेरी पाई में डेटा प्राप्त करने के लिए एक चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका है।

और Arduino के लिए कोड यहां विकल्प 1 के लिए होस्ट किया गया है: ऑपरेटिंग टर्बिडिटी सेंसर सिस्टम और कंप्यूटर में डेटा लॉगिंग।

जैसा कि मैंने ऊपर उल्लेख किया है, यह एक सरल प्रणाली है, लेकिन सेंसर के लिए सार्थक डेटा का उत्पादन करने के लिए, फिर सूक्ष्म शैवाल, शाम, दूध, या निलंबित कणों जैसे माप के विषय को निलंबित करने की आवश्यकता होती है, अपेक्षाकृत स्थिर।

रिकॉर्ड की गई फ़ाइल में टाइम स्टैम्प, सेट पॉइंट, मैलापन का मापन मूल्य और मुख्य पंप चालू होने का समय होता है। इससे आपको सिस्टम के प्रदर्शन के कुछ संकेतक मिलने चाहिए। आप.ino फ़ाइल में Serial.println(dataString) में और पैरामीटर जोड़ सकते हैं।

प्रत्येक आउटपुट में एक अल्पविराम (या टैब, या अन्य वर्ण डेटा को स्प्रेडशीट में प्रत्येक सेल में विभाजित करने के लिए) जोड़ा जाना चाहिए ताकि डेटा को ग्राफ़ बनाने के लिए एक्सेल में विभाजित किया जा सके। अल्पविराम आपको कुछ बाल बचाएगा (यह मेरा बचाता है), विशेष रूप से डेटा की कुछ हज़ार पंक्तियों के बाद, और यह पता लगाएं कि संख्याओं को कैसे विभाजित किया जाए और बीच में अल्पविराम जोड़ना भूल गया।

चरण 3: विकल्प 2: डेटा को यूं शील्ड में लॉग किया जाता है

डेटा लॉग करने के लिए Arduino Mega या Uno के ऊपर यूं शील्ड का उपयोग करना।

यूं शील्ड एक न्यूनतम लिनक्स डिस्ट्रो चलाता है, और यह इंटरनेट से कनेक्ट हो सकता है, इसमें यूएसबी पोर्ट और एसडी कार्ड स्लॉट हो सकता है, इसलिए डेटा को यूएसबी स्टिक या एसडी कार्ड में लॉग किया जा सकता है। समय को Linux सिस्टम से पुनर्प्राप्त किया जाता है, और डेटा फ़ाइल को WinSCP या FileZilla जैसे FTP प्रोग्राम से या सीधे USB, SD कार्ड रीडर से पुनर्प्राप्त किया जाता है।

विकल्प 2 के लिए जीथब पर होस्ट किया गया कोड यहां दिया गया है।

चरण 4: टर्बिडिटी सेंसर प्रदर्शन

मैंने एम्फेनॉल टर्बिडिटी सेंसर (TSD-10) का इस्तेमाल किया और यह डेटाशीट के साथ आता है। ऑनलाइन लिस्टिंग से उत्पाद को सत्यापित करना कठिन है। डेटाशीट में नेफेलोमेट्रिक टर्बिडिटी यूनिट (एनटीयू) में दर्शाए गए विभिन्न टर्बिडिटी एकाग्रता के साथ वोल्टेज रीडआउट (वाउट) का ग्राफ शामिल है। सूक्ष्म शैवाल के लिए, बायोमास घनत्व आमतौर पर तरंग दैर्ध्य 730 एनएम, या 750 मिमी कण एकाग्रता को मापने के लिए होता है, जिसे ऑप्टिकल घनत्व (ओडी) कहा जाता है। तो यहाँ वाउट, OD730 (शिमदज़ु स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा मापा गया), और OD750 (डेटाशीट में NTU से परिवर्तित) के बीच तुलना है।

इस प्रणाली की सबसे वांछनीय स्थिति टर्बिडिटी-स्टेटिक या टर्बिडोस्टेट है जो सिस्टम स्वचालित रूप से बायोमास घनत्व को एक निर्धारित मूल्य पर (या करीब) माप और नियंत्रित कर सकता है। इस प्रणाली को प्रदर्शित करने वाला एक ग्राफ यहां दिया गया है।

प्रकटीकरण:

यह मैलापन निगरानी और नियंत्रण प्रणाली (जिसे अक्सर टर्बिडोस्टैट कहा जाता है) उन तीन इकाइयों में से एक है जिन पर मैंने एक अग्रिम फोटोबायोरिएक्टर बनाने के प्रयास में काम किया था। यह काम तब किया गया जब मैंने बायोडिजाइन स्वेट सेंटर फॉर एनवायरनमेंटल बायोटेक्नोलॉजी, एरिज़ोना स्टेट यूनिवर्सिटी में काम किया। शैवाल की खेती को आगे बढ़ाने के लिए इस प्रणाली के वैज्ञानिक योगदान को अलगल रिसर्च जर्नल में प्रकाशित किया गया था।