الفرق بين مستشعر المطر ومقياس المطر

مقدمة

تعود أقدم قياسات الأمطار إلى آلاف السنين في الهند القديمة حوالي عام 400 قبل الميلاد. ويشير تسجيل هطول الأمطار أيضاً في فلسطين والصين إلى أن البشر كانوا دائماً بحاجة إلى طريقة لقياسها.

يعود أصل مقياس المطر الحديث ذي الدلو القلاب إلى عام 1441 ميلادي في كوريا. ففي كوريا، تم اختراع أول مقياس مطر معياري حقيقي خلال عهد الإمبراطور سيجونغ العظيم من سلالة جوسون. ومع ذلك، ومع ظهور الإلكترونيات، تطورت تقنية استشعار المطر وأصبحت توفر تفاصيل دقيقة لا تضاهيها مقاييس المطر التقليدية.

تتميز أجهزة استشعار وقياس المطر الحديثة بتقنيات متطورة. وتضم معظم محطات الأرصاد الجوية كلا النوعين من الأجهزة لضمان قراءات دقيقة وعملية. توفر أجهزة الاستشعار، بتحليلها النوعي، ومقاييس المطر، بقياساتها الكمية، رؤية شاملة لحالة الأمطار في الموقع. وتُسهم هذه الأجهزة في رصد الأحوال الجوية، والزراعة، والهيدرولوجيا، والسياحة، والعديد من المجالات الأخرى. وتقدم شركات تصنيع حديثة، مثل ريكا، منتجات تركز على الكشف عن الأمطار وأخرى تركز على قياسها، وذلك لإجراء تحليل معمق للأحوال الجوية.

لفهم الاختلافات الرئيسية بين أجهزة استشعار المطر النوعية ومقاييس المطر الكمية، تابع القراءة.

ثانيًا: ما يقيسونه

يكمن الفرق الأساسي بين مستشعر المطر ومقياس المطر في قدرتهما على رصد معايير محددة. بل قد تتطلب بعض التطبيقات كلا النوعين من أجهزة رصد المطر. لذا، لا يمكننا الجزم بأن أحدهما أفضل من الآخر.

♦ النوع والشدة: مستشعر المطر

تستخدم أجهزة استشعار المطر تقنية إلكترونية متطورة، غالباً ما تتضمن استخدام الكهرومغناطيسية أو الموصلات. وهذا يمكّنها من رصد خصائص المطر. تستطيع هذه الأجهزة رصد وجود المطر أو الثلج أو البَرَد أو بدايته. إليك بعض المعلومات التي يمكن أن توفرها أجهزة استشعار المطر:

• وجود المطر: يتمثل الغرض الأساسي من مستشعر المطر في الكشف عما إذا كان المطر يهطل. ويمكن أن يتم ذلك من خلال ملامسة المطر للمستشعرات أو الكشف عنه من خلال الموجات.
• شدة المطر: تستطيع أجهزة الاستشعار قياس كمية الأمطار وتصنيفها إلى رذاذ خفيف أو هطول غزير. ويمكن القيام بذلك باستخدام أجهزة استشعار بصرية أو كهرومغناطيسية.
• نوع الهطول: يتطلب تحديد نوع الهطول، كالثلج والبرد، تقنية استشعار متطورة قد تتضمن التسخين. ويمكنها التمييز بين قطرات المطر والهطول الصلب.

مثال ريكا: يستخدم مستشعر هطول الأمطار بالرادار RK400-13 تقنية الرادار للكشف الحساس دون مخاوف من التجلد، بدقة 0.1 مم ودقة ±5٪.

♦ الهطول التراكمي: مقياس المطر

تُعدّ مقاييس المطر أقرب إلى الطريقة التقليدية لرصد هطول الأمطار. يقيس مقياس المطر كمية الهطول التراكمية بالملليمترات أو البوصات، ويمكنه حساب الوقت اللازم للتراكم للحصول على معدل الهطول بالملليمترات في الساعة. وبفضل التحليل الكمي، يُعدّ مقياس المطر أداة أساسية للرصد الجوي والهيدرولوجي.

مثال: يقوم مقياس المطر RK400-01 ذو الدلو القلاب من شركة ريكا بتحويل هطول الأمطار إلى مخرجات نبضية لقياس الحجم بدقة، بدقة تصل إلى 0.2 مم.

ثالثًا: مبادئ العمل والتكنولوجيا

لفهم أعمق، دعونا نتعمق أكثر ونفهم كيف تعمل أجهزة استشعار وقياس المطر. سيساعدنا ذلك على فهم سبب تحليلها للمطر بطرق فريدة، مما يجعلها ذات أهمية بالغة.

▪ غير ميكانيكي: مستشعر المطر

هل تعلم أن الموجات الكهرومغناطيسية التي تنقل الإشارة عبر الموصلات تتحرك بسرعة تقارب 99% من سرعة الضوء؟ يُمكّن انتشار الإشارة شبه الفوري أجهزة استشعار المطر من العمل بسرعة فائقة. علاوة على ذلك، فهي غير ميكانيكية، مما يجعلها قليلة الصيانة للغاية. إليك بعض أنواع أجهزة استشعار المطر وآلية عملها:

فيما يلي أنواع أجهزة استشعار المطر:

• مستشعرات الرادار: يُرسل مُرسِل داخل المستشعر موجات راديوية تتلامس مع قطرات المطر، فتنعكس عائدةً. ويقوم جهاز استقبال برصد انعكاسات الموجات الراديوية لتحديد وجود المطر ونوعه وشدته. وعادةً ما يكون فاصل أخذ العينات فيها ثانية واحدة، ودقتها 0.1 ملم.
• المستشعرات الضوئية: تُرسل هذه المستشعرات إشارة ضوئية تنعكس من قطرات المطر لتعود إليها مرة أخرى. ويساعد رصد هذا الانعكاس في تحديد كمية المطر. إلا أنها أقل دقةً نظراً للقيود المتأصلة في تفاعل الضوء مع الماء.
• المستشعرات السعوية: يتم استخدام مادة عازلة بين الموصلات لتكوين مكثف. عندما يلامس الماء المادة العازلة، فإنه يغير سعتها، مما يمثل المطر.
• المستشعرات المقاومة (الموصلة): توضع حلقات موصلة أعلى المستشعر. عند ملامسة الماء لها، تتصل الحلقتان، مما يسمح بمرور التيار بينهما. يشير رصد التيار إلى هطول الأمطار. هذه المستشعرات قادرة فقط على رصد المطر، ولا تقدم تحليلاً له.
• المستشعرات الكهروإجهادية: تحت تأثير الحمل الميكانيكي للمطر، تولد هذه المستشعرات إشارة كهربائية. وتحدد قوة التأثير وجود المطر وشدته. وهي مثالية للظروف القاسية.

مثال: يستخدم جهاز RK400-02 من شركة Rika حلقة موصلة للكشف النوعي عالي الحساسية، ويخرج إشارة تبديل.

▪ ميكانيكي: مقياس المطر

الطريقة التقليدية لقياس المطر هي عادةً جمع مياه الأمطار. يؤدي جمع الماء إلى تفعيل آلية تولد إشارة. بينما تستطيع أجهزة استشعار المطر تحديد كمية المطر بشكل تقريبي وتقديم تقدير لها بالمليمترات في الساعة، فإن مقاييس المطر توفر قياسات دقيقة لكمية الأمطار بالملليمترات لكل متر مربع. قد تتطلب هذه المقاييس صيانة دورية نظرًا لطبيعتها الميكانيكية. يوجد نوعان رئيسيان منها:

• مقياس المطر ذو الدلو القلاب: يقيس كمية الأمطار المتجمعة. وهو على شكل دلو يجمع مياه الأمطار. يؤدي تراكم الماء إلى ميلان الصفيحة الداخلية المجمعة. ويحدد ارتفاع الماء قبل ميلان الصفيحة دقة القياس.
• مقياس المطر الوزني: يقيس كتلة الأمطار المتجمعة.

مثال ريكا: يستخدم دلو الإمالة البلاستيكي الاقتصادي RK400-04 آلية متأرجحة للإمالة بزيادات قدرها 0.2 مم، بدقة ±4٪.

▪ مقارنة فنية سريعة:

رابعاً: التطبيقات وحالات الاستخدام

بعد أن فهمنا آلية عمل نوعي كاشفات المطر، يمكننا الآن أن نرى سبب اختلاف استخداماتهما. تُعدّ مستشعرات المطر ممتازة للأتمتة الفورية، بينما تُعدّ مقاييس المطر مثالية للتطبيقات التي تعتمد على البيانات.

مستشعر المطر

• التحكم في الري: الكشف عن هطول الأمطار لإيقاف نظام الري مؤقتًا في الزراعة وتنسيق الحدائق.
• أنظمة السيارات: تشغيل مساحات الزجاج الأمامي وتغيير شدة إضاءة المصابيح الأمامية.
• المنازل الذكية: تحكم في النوافذ، أو فتحات التهوية، أو الري في المنازل لتحسين ظروف المعيشة.
• الزراعة الذكية: استخدام أجهزة استشعار المطر لتفعيل المظلات أو تنبيه المزارعين لاتخاذ تدابير وقائية.
• تنبيهات بيئية: إطلاق تحذيرات من الفيضانات والكشف عن العواصف لأغراض التخطيط الحضري.

مقياس المطر

• علم الأرصاد الجوية: يسمح القياس الدقيق لهطول الأمطار بالتنبؤ الدقيق ودراسات المناخ.
• علم المياه: إدارة عمليات الخزانات وأنظمة الأنهار لإدارة موارد المياه.
• علم الغابات: تحليل تآكل التربة، أو الرطوبة، أو الكشف عن الفيضانات المفاجئة.
• البحث: جمع البيانات من أجل الرصد والتحليل وصنع السياسات على المدى الطويل.

ملاحظة: في الإعدادات المتقدمة، تجمع الأنظمة الهجينة بين كليهما، على سبيل المثال، تجمع مستشعرات الرادار الخاصة بـ Rika بين الكشف والقياس.

خامساً: المزايا والعيوب والاعتبارات

بسبب آليات تشغيلها، يتمتع هذان النوعان من أجهزة كشف المطر بمزايا وعيوب خاصة بهما. إليكم ملخصًا لهما:

➣ مستشعرات المطر

➣ مقاييس المطر

ملاحظة: تتميز مستشعرات المطر بأسعارها المناسبة. كما أنها سهلة الدمج في أنظمة إنترنت الأشياء، بينما قد تكون مقاييس المطر أكثر متانة للاستخدام الاحترافي. تقدم ريكا خدمات تصنيع المعدات الأصلية/تصميم المعدات الأصلية، وشهادات (CE، RoHS)، ومخارج مثل RS-485 لتسهيل عملية الدمج.

الكلمات الختامية

تختلف آليات عمل أجهزة استشعار المطر ومقاييس المطر، كما تختلف استخداماتها. فأجهزة استشعار المطر إلكترونية بالكامل وتتميز بسرعة استجابتها، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب التكامل مع أنظمة أخرى. كما أنها تشغل مساحة صغيرة وتتميز بتكلفتها المنخفضة. أما مقاييس المطر، فهي ممتازة لقياس كمية الأمطار بدقة عالية، وتُستخدم على نطاق واسع في البحث العلمي والزراعة. إلا أنها عرضة للأعطال نظرًا لطبيعتها الميكانيكية، وتحتاج إلى صيانة دورية.

سادساً: الأسئلة الشائعة

س: ما هو الفرق الرئيسي بين جهاز استشعار المطر ومقياس المطر؟

تستخدم أجهزة استشعار المطر الإلكترونيات للكشف عن نوع المطر وشدته. أما مقاييس المطر فهي دقيقة وتوفر كمية الأمطار بوحدة مليمتر/متر ^مربع .

س: هل يمكن لجهاز استشعار المطر أن يحل محل مقياس المطر؟

في بعض الحالات، يمكن استخدام أجهزة استشعار المطر بدلاً من مقياس المطر عندما لا تكون دقة قياس كمية المطر بالغة الأهمية. مع ذلك، في مجالات البحث والهيدرولوجيا والأرصاد الجوية، يُعد مقياس المطر أداة قياس دقيقة. إذ يمكن لأجهزة استشعار المطر تقدير كمية المطر، بينما يوفر مقياس المطر الكمية الدقيقة من خلال القياسات الفيزيائية.

س: أيّهما أفضل للتطبيقات الزراعية؟ مستشعر المطر أم مقياس المطر؟

في التطبيقات الزراعية، تُعدّ كلٌّ من أجهزة استشعار المطر ومقاييس المطر أدوات ممتازة. إذ تُحدّد أجهزة استشعار المطر نوع المطر، بينما تُوفّر مقاييس المطر قياسات دقيقة لهطول الأمطار لأغراض ريّ النباتات. ويُقدّم كلا النوعين دقة تتراوح عادةً بين 4 و5%، وذلك بحسب النوع (مثل الدلو القلاب مقابل الرادار).