Werken met goedkope sensoren: uitdagingen en kansen
Door Burcu Çelikkol, R&D-ingenieur bij het IMEC-OnePlanet Research Center
Low-cost sensoren (LCS) die worden gebruikt bij de monitoring van luchtkwaliteit zijn compacter en betaalbaarder dan ooit, waardoor ze geschikt zijn voor het meten van verontreinigende stoffen met een hoge ruimtelijke dichtheid. Deze zogenaamde fijnmazige monitoring helpt om de hiaten te vullen in nauwkeurige luchtkwaliteitsgegevens die worden verzameld door officiële, maar verspreid opgestelde, hoogwaardige meetstations, waardoor het mogelijk wordt om de effecten van maatregelen ter vermindering van vervuiling op lokaal niveau te monitoren.
Het gebruik van eenvoudige meetprincipes en minder componenten maakt goedkope sensoren mogelijk. Dit maakt de sensoren echter ook minder betrouwbaar en kwetsbaar voor interferenties, en daarom is het sensor signaal vaak moeilijker te interpreteren. Om deze reden zijn beleidsmakers vaak sceptisch over het toepassen van de bevindingen van LCS-meetcampagnes om beleidsveranderingen in stedelijke omgevingen aan te sturen en te monitoren. Vergelijkbare houdingen bestaan tegenover burgerwetenschapscampagnes waarbij LCS bijna exclusief worden gebruikt.
In LIFE Critical pakken we deze uitdaging aan door datakwaliteit tot een prioriteit te maken. Het waarborgen van voldoende datakwaliteit begint met het selecteren van een reeks sensoren die geschikt is om de onderzoeksvraag te beantwoorden. In Dordrecht richt het project zich op de renovatie van het Wielwijkpark en de omliggende wijk om meer blauw-groene ruimtes op te nemen. De onderzoeksvraag is: verbetert deze interventie de klimaatresponsiviteit van de wijk, vermindert het het stedelijk hitte-eiland effect en vermindert het de verkeersgerelateerde vervuiling in het gebied? Aangezien toegang tot stroom tijdens de renovatiewerkzaamheden, die variëren van enkele maanden tot jaren, niet gegarandeerd kan worden, is een vereiste om deze vraag te beantwoorden het gebruik van zelfvoorzienende sensoren die een betrouwbare reactie over een lange periode hebben.
In dit specifieke gebruiksgeval hebben we een set commerciële hoogprecisie-internet-of-things (IoT)-sensoren geselecteerd om het microklimaat te meten, waardoor subtiliteiten in temperatuur en luchtvochtigheid voor en na renovatie kunnen worden gedetecteerd. Het vinden van een geschikte sensor om door verkeer veroorzaakte vervuiler NO2 te meten was minder eenvoudig. Technologieën die worden gebruikt bij goedkope gasdetectie (zoals elektrochemische cellen) zijn gevoelig voor omgevingsomstandigheden en zijn daardoor vatbaar voor signaaldaling en verlies van gevoeligheid in de loop van de tijd. Veel van deze sensorcellen hebben ook een continue stroomvoorziening nodig. Technische partner imec – OnePlanet Research Center nam deze uitdaging op zich om een prototype van een op zonne-energie werkende NO2-sensoreenheid te ontwikkelen; waardoor volledige controle mogelijk is over hoe het sensorsignaal wordt verkregen en geïnterpreteerd. Ze hebben beide soorten sensoren gekalibreerd met high-end apparatuur vóór installatie en gebruiken continu geavanceerde kalibratie-algoritmen. Daarnaast wordt een kleine set sensoren continu ingezet bij het referentiestation dat grondwaarheidsgegevens levert in de omgeving van Dordrecht om de prestaties van sensoren en kalibratie in de loop van de tijd te monitoren. Pilotprojecten zoals LIFE Critical tonen aan dat, hoewel LCS nadelen heeft, ze met de juiste aanpak aanzienlijke waarde kunnen toevoegen aan een meetcampagne en kunnen helpen bij het verzamelen van bruikbare inzichten.
Neem contact op om meer te weten te komen over de belangrijkste inzichten van IMEC over het werken met goedkope sensoren!