Je leest:

Luisteren naar regendruppels

Luisteren naar regendruppels

Goedkope regenmeter op basis van geluid

Auteur: | 10 december 2010

Als je weet wanneer het hard regent, kun je daar rekening mee houden. Ook in Afrika is het monitoren van het klimaat van groot belang. Stijn de Jong (TU Delft) ontwierp voor zijn afstuderen een regenmeter die daarbij kan helpen: door te luisteren naar de druppels.

Hier staat De Jongs regenmeter op het dak van een gebouw op de campus van de TU Delft.

Meten hoeveel regen er op een dag valt, is eigenlijk niet erg ingewikkeld. Je zet een emmertje neer en een dag later kijk je hoeveel millimeter water je hebt opgevangen. Als je vervolgens ook de oppervlakte van de bodem van de emmer berekent, weet je hoeveel regen er gemiddeld per vierkante meter viel. Maar ja, viel die regen tijdens een langdurige druilerige dag of was er een hoosbui van slechts een half uur?

Dat is een belangrijke vraag, zeker voor bijvoorbeeld Afrikaanse landen. Meer kennis over de aanwezigheid van water (waar en wanneer valt er hoeveel regen?) zou helpen bij het verbouwen van voedsel en het voorspellen van de opbrengst. Stijn de Jong (TU Delft) werkte daarom aan een apparaat dat tijdens een regenbui de regenintensiteit kan bepalen: een zogenaamde disdrometer. Nou bestaan die al wel, maar die van De Jong is wel een hele bijzondere variant: eentje die luistert naar de regen.

Luisteren met een laser

Een veelgebruikt type disdrometer zie je hieronder. Hij werkt met een laser: tussen de zender en ontvanger loopt een laserstraal waar -tijdens een bui- regendruppels doorheen vallen.

Wanneer een druppeltje door de laserstraal valt, daalt de spanning die de straal overbrengt. Je kunt dat zien in de grafiek: de spanning is steeds zo’n 5 volt, maar als er een druppel ‘in de weg zit’, dan daalt de spanning. Hoeveel de spanning daalt, hangt af van de grootte van de druppel (hoe groter, hoe lager de spanning). Uit de grafiek kan ook de valsnelheid van de druppels berekent worden: als de druppel snel valt, dan duurt het niet lang voordat de spanning weer terug is op zijn oude niveau.

Door steeds van elke druppel de diameter en de valsnelheid te meten, verzamelt het systeem een heleboel data. Die kan je vervolgens weer mooi weergeven in een grafiek zoals hieronder.

De kleuren geven aan hoeveel druppels er zijn gevallen met een bepaalde diameter en snelheid. In het rode kader zie je een voorbeeld.

Met geluid

Maar De Jong heeft dus gekozen voor een andere methode: eentje op basis van geluid. Geen raar idee, want als wij de regen tegen het dakraam horen kletteren, kunnen we ook inschatten of het hard of zacht regent. Daarnaast is een akoestische regenmeter met veel goedkopere materialen te maken.

Links zie je de piëzo-elektrische sensor, rechts is een kleine chip met daarop onder andere een speakertje.
Flickr: Tuuur

In 2009 werd al een prototype van de akoestische disdrometer gemaakt en Stijn heeft voor zijn afstuderen onderzoek gedaan naar verbeteringen en testmethodes.

De basis van de akoestische regenmeter is een piëzo-elektrische sensor. Dat is een klein metalen plaatje met een bijzondere eigenschap; als er spanning op wordt gezet, verandert het van vorm. Zo’n sensor vind je onder andere in een muziekmakende wenskaart, waar het vervormen ervoor zorgt dat er geluid klinkt.

Maar het effect werkt ook andersom: de piëzo-elektrische sensor produceert spanning als hij wordt ingedrukt. Dus als er een regendruppel op valt, genereert hij spanning. Door de sensor te verbinden met een computer kun je zo het ‘druppelgeluid’ in beeld brengen.

Als de de druppel het plaatje raakt, vervormt het materiaal en zie je dat de spanning opeens verandert.
De Jong, 2010

De verandering in het signaal hangt af van de grootte van de druppel. Door van tevoren te bepalen wat het verband precies is tussen de verandering in signaal en de grootte van de druppel, kun je daarna -tijdens een echte bui- voor elke regendruppel zijn grootte bepalen. Het prototype uit 2009 kon dat al vrij precies, maar die van De Jong werkt nog beter: de kleinst meetbare druppel was eerst 1,5mm, maar is nu zelfs 0,6mm.

Omdat de regenmeter zo goedkoop te maken is, is hij zeer geschikt voor gebruik in Afrika. Het project Trans-African Hydro-Meteorological Observatory heeft als doel 20.000 weerstations in het Sub-Saharisch gebied te plaatsen, die elk niet meer dan $200 mogen kosten. De Jong zal er na zijn afstuderen aan de slag gaan met het ontwikkelen van zulke weerstations; met daarin natuurlijk zijn eigen disdrometer.

Klimaat in een stad

De Jong is de eerste afstudeerder binnen het project Climate City Campus (onderdeel van het Delft Environment Initiative). Studenten gebruiken de Delftse campus hierbij als proeftuin voor klimaatonderzoek en duurzame oplossingen. Dat is nodig omdat er relatief weinig kennis is over het klimaat in steden, terwijl de wereldbevolking in toenemende mate in steden leeft. Als ‘mini-stad’ kan de campus helpen de kennis uit te breiden, zodat we ons beter kunnen aanpassen aan de klimaatverandering.

Stijn de Jong studeert af op 10 december 2010 met de thesis ‘Low cost disdrometer – Improved design and testing in an urban environment’

Zie ook:

Lees meer over meteorologie op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/weerstation/weerradar/meteorologie/weersensor/weerkunde/index.atom?m=of", “max”=>"6", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 10 december 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.