Multispektraalse ruumhajumismõõtja riistvara ja tarkvara funktsionaalne ning arhitektuuriline disain

Abstract

Veekogude soojus- ja valgustingimuste modelleerimiseks on vajalik teada vee tagasihajumise funktsiooni. Selle mõõtmiseks kasutatakse enamasti fikseeritud nurgaga mõõteseadmeid, mille mõõtetulemuse järgi arvutatakse hajumisfunktsiooni väärtus. Siiani ei ole tootmises ühtegi universaalset tööstusliku seadet, mis võimaldaks teostada hajumisfunktsiooni mõõtmist kõigi hajumisnurkade (0…π) korral vahetult veekogus. On mitmeid tööstuslikke fikseeritud nurgaga hajumisfunktsiooni mõõteseadmeid, samuti mõõteseadmeid, mis võimaldavad mõõta hajumist mingis nurgapiirkonnas erinevate nurkade korral. Üks vähestest teadaolevatest universaalse seadme prototüüpidest on valmistatud Kanada ja Ukraina teadlaste koostööna; selle prototüübi kaasajastamine ja väiketootmiseks ettevalmistamine on plaanis teostada Tartu Observatooriumi, Ukraina TA Mereinstituudi ja AS Interspektrum koostöös. Seadmel on vaja välja töötada ja valmistada uus juhtelektroonika ja tarkvara lähtudes tänapäevasest manussüsteemide väljatöötamise ja koostamise printsiipidest. Samuti on vaja optimeerida seadme optiline ja mehaaniline ehitus tagamaks sobivust väiketootmise võimalustega. Käesoleva töö eesmärgiks oli multispektraalse ruumhajumismõõtja juhtarvuti riistvara ja tarkvara funktsionaalse disaini koostamine moderniseeritud seadme prototüübi valmistamiseks. Juhtkontrolleri osas oli samuti eesmärgiks analüüsida funktsionaalse disaini sobitamist konkreetsete arhitektuurilise disaini variantidega. Uurimisülesanneteks oli esmalt tutvuda vee optiliste omaduste määramise algoritmide ja metoodikaga ning tulemuste põhjal analüüsida vee hajumiseparameetreid mõõtva seadme juhtimiseks ja vajalike vee optiliste omaduste arvutamiseks sobivaid algoritme, hinnata nende arvutusmahukust ja tulemustest lähtuvalt koostada seadme funktsionaalne disain. Funktsionaalse disaini tulemuste põhjal analüüsiti arhitektuurilise disaini võimalikke variante. Antud töö kirjutamisel on arvesse võetud Aare Puussaare (2011) lõputöö raames koostatud multispektraalse ruumhajumismõõtja nõuete kirjeldust ja analüüsi.