Fidas® Fly 200

Kombination aus superleichtem Echtzeit-Staubmonitor und HORUS Flugroboter

Kombination aus superleichtem Echtzeit-Staubmonitor und HORUS Flugroboter

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Fidas® Fly 200

Kombination aus superleichtem Echtzeit-Staubmonitor und HORUS Flugroboter

Beschreibung

Das Fidas® Fly 200 ist eine Kombination aus superleichtem Echtzeit-Staubmonitor der Firma Palas® und einem Flugroboter der Firma Airclip Service GmbH & Co KG.

Mit dem Fidas® Fly 200 ist eine Messeinrichtung entstanden, die auf Basis der bewährten Messtechnik der Fidas® Systeme kontinuierlich und gleichzeitig die PM-Fraktionen PM1, PM2,5, PM4, PM10, TSP oder die alveolengängigen, thorakalen und einatembaren Massefraktionen nach DIN EN 481 sowie zusätzlich die Partikelanzahlkonzentration sowie die Partikelgrößenverteilung in 32 Größenklassen pro Dekade im Partikelgrößenbereich von 180 nm – 18 µm erfasst – und dies nun auch in einer weiteren räumlichen Dimension.

Ermöglicht wird dies durch den Einsatz des Flugroboters HORUS der Firma Airclip GmbH, Dresden als Trägereinheit für das ultra-leichte Feinstaubmesssystems Fidas® Fly 100.

Der Flugroboter ist als Oktokopter ausgeführt, verfügt über eine überaus hohe Betriebssicherheit durch redundante Ausführung des Flugsystems und kann von Hand wie auch automatisch gesteuert werden. Durch den Einsatz von GPS können vorbestimmte Wegpunkte / Routen automatisch und wiederholbar abgeflogen werden.

Die Flugzeit beträgt ca. 20 min pro Akkuladung, der Austausch des Akkus benötigt nur 2 min.

Das Fidas® Fly 200 ermöglicht u. a. Feinstaubmessungen an bislang unzugänglichen Orten (z. B. im Bereich des Übergangs von Emissionen in die Atmosphäre), kann eingesetzt werden zur Beurteilung insbesondere von Linien- und Flächenquellen (z. B. Tagebaue) und auch wertvolle Parameter zu Forschungszwecken liefern (z. B. für Prognosemodelle).

Das Fidas® Fly 200 verwendet die anerkannte Messtechnik der optischen Lichtstreuung am Einzelpartikel und ist mit einer LED-Lichtquelle mit hoher Lichtintensität (dpmin = 180 nm), hoher Lichtstabilität und langer Lebensdauer ausgestattet. Die Kalibrierung der Messeinrichtungen kann mit Hilfe eines monodispersen Prüfaerosols jederzeit einfach und schnell vor Ort überprüft und gegebenenfalls justiert werden.

Das Fidas® Fly 200 ist mit einem Datenlogger mit 4 GB Compact Flash Speicher ausgestattet. Die Firmware unterstützt einen kompletten Fernzugriff mit Fernwartung und optionaler Datenablage über www.palas.de/user.

Das Fidas® Fly 200 wird durch die Fa. Airclip GmbH, Dresden vertrieben ( Kontakt Airclip ).

Dort erfolgen auch alle notwendigen Einweisungen / Ausbildungen zum Betrieb des Flugroboters. Des Weiteren können dort auch Befliegungen als Dienstleitung (z. B. für projektbezogene Kampagnen) vereinbart werden.

Messprinzip

Beim eigentlichen Aerosolsensor handelt es sich um ein optisches Aerosolspektrometer, das über die Streulichtanalyse am Einzelpartikel nach Lorenz Mie die Partikelgröße bestimmt. Die Partikel bewegen sich einzeln durch ein optisch abgegrenztes Messvolumen, das mit Weißlicht homogen ausgeleuchtet ist. Von jedem einzelnen Partikel entsteht ein Streulichtimpuls, der unter einem Winkel von 85° bis 95° erfasst wird. Die Partikelanzahl wird anhand der Anzahl der Streulichtimpulse gemessen. Die Höhe des Streulichtimpulses ist ein Maß für den Partikeldurchmesser.

Durch eine verbesserte Optik, eine höhere Lichtdichte durch eine neue Weißlicht-LED als Lichtquelle und eine verbesserte Signalauswerteelektronik (logarithmischer A/D-Wandler) konnte die untere Detektionsgrenze für die Immissionsmessung bis auf 180 nm gesenkt werden. Dadurch werden insbesondere kleinere Partikel sehr viel besser berücksichtigt (siehe Abb. 1).

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Abb. 1: Höhere Empfindlichkeit mit dem Fidas® Feinstaubmesssystem für den Partikelgrößenbereich 0,18 – 18 µm

Je besser die Klassifiziergenauigkeit und das Auflösungsvermögen eines Partikelmessgerätes sind, desto genauer kann die Partikelgrößenverteilung bestimmt werden.

Durch die Verwendung einer Weißlichtquelle erhält man eine eindeutige Kalibrierkurve ohne Mehrdeutigkeiten, woraus eine extrem hohe Größenauflösung resultiert. Die Verwendung der patentierten T-Blende führt zu einem exakt bestimmten optischen Messvolumen und ermöglicht die Partikelmessung ohne Randzonenfehler und damit eine genaue Größenbestimmung. Die neue und schnelle digitalisierte Signalauswerteelektronik erlaubt, Koinzidenz zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren.

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Abb. 2: Vergleich von Algorithmen zur Umrechnung der Partikelgrößenverteilung nach PM-Werten

Zur Umwandlung dieser gemessenen Messgrößen in eine Masse oder Massefraktion wird die hochaufgelöste Partikelgrößenverteilung in jedem Wert mit einem Korrelationsfaktor multipliziert, der widerspiegelt, dass das Umweltaerosol je nach Partikelgröße aus unterschiedlichen Quellen (z. B. Verbrennungsaerosol, Reifenabrieb, Pollen) zusammengesetzt ist (siehe Abb. 2). Eine Massefraktion erhält man, indem man zusätzlich noch die Abscheidekurve (siehe DIN EN 481) auf die ermittelte Partikelgrößenverteilung anwendet. Auf dieselbe Größenverteilung lassen sich gleichzeitig mehrere Abscheidekurven anwenden, so dass eine gleichzeitige Ausgabe von PM10, PM2,5, PM1 (und anderen) möglich ist. Zum Beispiel kann das Fidas® Fly 200 mit dem gleichen Umwandlungsalgorithmus betrieben werden, welcher auch in dem für die behördliche PM2,5- und PM10-Immissionsüberwachung zugelassenen und zertifizierten Immissionsmesssystem Fidas® 200 implementiert ist.

Die im Lieferumfang enthaltene Software erlaubt eine vielfältige Auswertung und Darstellung der gemessenen Daten.

HORUS mit Fidas Ultra-Light Sensor.jpg

Abb. 3: Flug des Fidas® Fly 200

Vorteile

  • Messung an bislang unzugänglichen Orten möglich
  • Kontinuierliche und simultane Echtzeit‐Messung mehrerer PM‐Werte in allen drei Raumdimensionen
  • Zusätzliche Information durch Partikelanzahlkonzentration und Partikelgrößenverteilung
  • Lichtquelle: LED
  • Bis zu 20 Minuten Messzeit im Flugbetrieb pro Akkuladung
  • Nur 2 min pro Akkuwechsel
  • 8-Propeller-Flugplattform
  • Hohe Betriebssicherheit durch redundante Auslegung des Flugroboters
  • Live-Übermittlung aller relevanten Flug- und Steuerungsdaten
  • Flugmodi: Handsteuerung mit Lagestabilisierung, automatisches Halten der Höhe, dynamisches Halten der GPS-Position, automatisches Abfliegen von GPS-Routen, automatisches Starten/Landen
  • Fidas® Data Analyser Software zur individuellen Auswertung Ihrer Messdaten am externen PC
  • Wartungsarm
  • Externe Überprüfung der Kalibrierung vor Ort möglich
  • Zuverlässige Funktion

Technische Daten

Schnittstellen USB, WLAN
Messbereich (Größe) 0,18 – 40 µm (2 Messbereiche)
Größenkanäle 64 (32/Dekade)
Messprinzip optische Lichtstreuung
Messbereich (Anzahl CN) 0 – 20000 Partikel/cm3
zeitliche Auflösung 1 s – 24 h
Volumenstrom 1,4 l/min
Abmessungen 10,5 • 37,5 • 17,5 cm (H • B • T, nur Sensor)
Gewicht ca. 4 kg, Leergewicht: 1,9 kg
Datenspeicher 4 GB
Messbereich (Masse) 0 – 1500 μg/m3
Messgrößen PM1,PM2,5,PM4,PM10,TSP, CN,Partikelgrößenverteilung
Flugzeit ca. 20 Min.
maximale Nutzlast 4,5 kg (Flugroboter)

Anwendungen

  • Partikelmessungen, insbesondere an schwer zugänglichen Orten, diffusen Quellen, Linien- und Flächenquellen (Straßenränder, Steinbrüche, Kohlehalden, Braunkohletagebau, etc.)
  • Studien zur Innenraumluftqualität z. B. in Fabrikhallen
  • Abluftcharakterisierung z. B. an hohen Kaminen
  • Immissions- / Emissionsmessung
  • F&E-Projekte, z. B. zur Emissionsfaktorbestimmung oder Input für Ausbreitungsmodellierung