شبیه ساز نور طبیعی در آکواریوم محیط زیست آبزیان

شبیه ساز نور طبیعی در آکواریوم محیط زیست آبزیان

از ديرباز نور پژوهشگران محيط زيست به اين نتيجه رسيدند كه ‌نور اثراتی بر رفتار، فیزیولوژی و مرفولوژی جانداران دارد. تمام موجودات زنده اعم از انسان نيز براي بروز رفتارهاي طبيعي به نور طبيعي نيازمند است. ساعت بيولوژيك موجودات زنده كه تنظيم كننده اين رفتار است، با طلوع و غروب خورشيد و بلندي و كوتاهي روز و شب در فصول مختلف تنظيم مي‌شود. قرار گرفتن موجودات زنده در نورِ مازادِ اين نياز، رفتارهاي طبيعي آنها را دستخوش تغيير مي‌كند.

میزان نور یک اکوسیستم آبی، تعیین کننده میزان تولید و اکسیژن موجود در آن می‌باشد، از این رو این عامل محیطی بر رفتار و فیزیولوژی موجودات آبزی به شدت تاثیر گذار است و از آنجائیکه نور به همراه درجه­حرارت، فاکتور مهمی در زیستگاه‌های آبی به شمار می‌رود، تغییر رژیم‌های نور طبیعی اثر مهمی بر موجودات زنده آبی دارد. اختلال در نور طبیعی همراه با بهره‌گیری از نور مصنوعی توسط انسان، اثرات سوء مضاعفی بر آبزیان دارد. نور‌مصنوعی قدرت بینایی، رفتار تغذیه‌ای، حرکت دسته جمعی، مهاجرت و تولیدمثل ماهیان را تحت تاثیر قرار می‌دهد (Prinslow و همکاران، 1980؛ Ratte , Salo، 1985؛ Tabor و همکاران، 2001 وTrites Yurk &،2000).

با توجه به توضیحات داده شده کمبود دستگاه شبیه ساز نوری برای محیط زندگی آبزیان احساس میشود و تصمیم به طراحی و ساخت آن نمودیم.

در ساخت دستگاه شبیه ساز نوری علاوه بر سنجش پارامترهای مهم نوری موجود در محیط از نوعی سیستم کنترل نوری بسیار پیشرفته با فن اوری led های RGB استفاده شده است. در محیط تمامی رنگهای نور ایجاد گشته و شبانه روز دقیقا برای ابزیان و گیاهان  شبیه سازی میگردد. در این تکنولوژی   اکو سیستم ابی  دقیقا با طلوع افتاب و بالا امدن خورشید و غروب ان و بالا امدن ماه هماهنگ بوده و نمای بسیار زیبا و متفاوتی نیز در ساعات مختلف شبانه روز خواهد داشت. علاوه بر کنترل شبانه روزی تغییر فصول نیز در این سیستم در نظر گرفته شده است.

شبیه ساز نور طبیعی در آکواریوم محیط زیست آبزیان

د ) شرح وضعیت دانش پیشین و سابقه پیشرفت هایی که در ارتباط با طرح ادعایی وجود دارد:

در گذشته نور در اکواریوم ماهی اب شور:

برای آکواریوم های آب شور لامپ های ویژه فراوانی بیشتر به گونه لامپ با نور مهتابی بدست همراهیهای گوناگون ساخته شده وبه بازار ارائه می شود. درصورت گرایش به نگهداری از مرجانها و شقایقها بکارگیری از این لامپها امری بسیار ضروری و حیاتی می باشد. زیرا مرجانها و بی مهرگان جهت رشد و نمو و همچنین انجام عمل فتوسنتز بدست میکروارگانیسم ها و جلبك هاي تك سلولي باشنده بر روی گونه هایی از مرجانها به وجود نورهایی با رنگ و درازا موج هاي خاص که به تقلید از نور خورشید در لامپ های ویژه برپایی شده است نیازدارند. به باور بیشتر دانشمندان وحرفه های این صنعت آمیختگی نورآبی مهتابی به اضافۀ لامپهای متال هالید پذیرفته ترین وبهترین آمیختگی نوری برای آکواریومهای مرجانی می باشد. اگرچه درصورتیکه گودی آکواریوم شما بیش از50 سانتی متر باشد می بایست بی گمان از لامپ متال هالید بکارگیری نمایید. بهترین اندازه نور برای آکواریوم به طور میانه به ازاء هر 2 لیترآب 1وات نور می باشد. برای نمونه درصورت داشتن آکواریومی با حجم 300 لیتر می بایست در حدود 150 وات نور برای آن درنظر بگیرید. اگرچه تركيب و گونه جانداران داخل آكواريوم نيز بسيار با ارزش است. مرجانها و شقايق ها به نور بيشتر و درازا موج با لاتر كه لامپهاي متال هاليد توانا به توليد آن هستند نياز دارند .در صورتيكه در آكواريوم خود صرفاً از گونه ها ماهيان نگهداري مي نماييد بکارگیری از نور متال هاليد ضروري نمي باشد اما مي تواند كمك كننده باشد. با آگاهی به حساسيت مرجانها و ساير آبزيان هرگز همة لامپ ها را به طور همزمان روشن يا خاموش ننماييد زيرا به آنها شوك وارد مي شود. بهتر است با تهية تايمر ميزان و ترتيب روشن شدن لامپ ها را تنظيم كنيد. همانگونه كه مي دانيد در محيط طبيعت نيز نور خورشيد به يك باره قطع يا پیوند نمي شود بنابراين بهترين حالت آنست كه به تقليد از محيط طبيعت لامپ ها را به ترتيب روشن و خاموش نماييد.

با ساخت دستگاه شبیه ساز نور در محیط طبیعی ابزیان تمام کنترلهای مورد نیاز بر روی متغیرهای نوری توسط دستگاه انجام میگیرد .

این دستگاه مانند دیتا لاگر عمل نموده و تمامی شرایط نوری را مانیتورینگ مینماید و بر حسب نیاز سناریوی نور محیط را تغییر میدهد.

هـ) ارائه راه حل برای مشکل فنی موجود همراه با شرح دقیق:

ساخت دستگاه شبیه ساز نور راه حل ایجاد نور طبیعی در محیط زیست ابزیان است.

در مبحث نور برای محیط زندگی آبزیان سه پارامتر مهم باید مورد توجه قرار گیرد :

• مدت تابش

• شدت تابش

• طیف نور

هر سه این پارامترها را می توان با مهارت کنترل نمود تا با توجه به عمق در محیط های طبیعی شرایط مشابهی برای زندگی ابزیان و صخره های مرجانی که در آکواریوم های کم عمق زندگی می کنند بوجود آورد. این امر براحتی با بکار گیری منابع نوری مصنوعی مناسب امکان پذیر خواهد بود. 

مدت تابش

بیانگر طول مدت روشنایی است و تجربه نشان داده است که بهترین نتایج در طول مدت روشنایی 10 تا 12 ساعت و نه بیشتر به دست می آید. ارگانیسم های فتوسنتزی به همان اندازه که به نور نیاز دارند به تاریکی نیز نیاز دارند. بعد از خاموشی لامپ ها می توانید از یک لامپ LED معمولی آبی با ولتاژ کم برای بوجود آوردن نوری شبیه به نور مهتاب استفاده نمایید.  

شدت تابش

شدت تابش نور میزان نوری است که پس از منتشر شدن توسط لامپ و بازتابنده های در نهایت به سطح می رسد. شدت نوری مناسب برای آکواریوم بستگی به موجودات موجود در آن و نوع محیط مرجانی دارد. بعضی از کُرال ها با استفاده از لامپ های متال هالید که بسیار پر نور هستند به بهترین شکل رشد کرده و شکفته می شوند. 

طیف نور

نور قابل رویت بخش کوچکی از طیف الکترو مغناطیسی انرژی تابشی است که در فضا سیر می کند. رنگ نور قابل رویت بوسیله طول موجها یا طیف ها تعیین می شود. رنگ نور با افزایش عمق تغییر می کند یعنی همینطور که نور در آب نفوذ می کند با افزایش عمق رنگش تغییر می یابد. یکی از دلایل آن مربوط به ویژگی های طیفی منبع نوری و دلیل دیگر مربوط به عمل فتوسنتز است. در گیاهان دریایی و بی مهرگان طول موج های خاص از نور جذب می شوند. ارگانیسم های مختلف عکس العمل های متفاوتی در برابر نور از خودشان نشان می دهند.

شارنور

بیشتر این اشتباه در نزد کسان رخ میدهد که شارنور را اندازه نور مصرفی که به وات شمارش می شود در نظر می گیرند در حالیکه شارنور را با واحد لومن (Lumen)مي سنجند. بیشتر لامپهای فلورسنت به ندرت دارای تندی نور بیش از 5000 الی 6000 لومن می باشند ولی لامپهای متال هالید بیشتر َ تا 10000 لومن شارنور دارند. در آب های اقیانوس بیشتر شارنور خورشید تا ژرفا 10 الی 15 متری به 20000 لومن می رسد. بنابراین برای فراهم کردن شرایط نوری همانند با محیط طبیعت برای آکواریوم مرجانی خود به لامپهای ویژه ی نیاز خواهید داشت برای کمک به رشدو نمو مرجانها و بی مهرگان در آکواریوم افزون بر شارنور می بایست به پارامتر دیگری نیز هوشیاری وآگاهی نمایید. این پارامتر رنگ نور می باشد.
رنگ نور

همۀ لامپها اعم از فلورسنت یا متال هالید، نور را با رنگ ویژه ای متصاعد می کنند. براستی رنگ نهایی نوری را که ما دیدن می کنیم متشکل از رنگهای گوناگونی است که هر کدام دارای درازا موج دگرگونی می باشند. این رنگها با یکدیگر آمیختگی شده و رنگ نهایی را برپا می دهند که ما آن را دیدن می کنیم. پدیده آمیختگی رنگهای گوناگون با درازا موجهای دگرگون و برپا یک نور جدید را درجۀ حرارت رنگ می نامند وآنرا با واحد کلوین (k) مي سنجند. هرچه درجۀ کلوین بالاتر باشد نور متصاعد شده خنک تر و روشن تر خواهد بود و به همین نحو درجۀ کلوین پایین تر بیانگر نورهای گرم مانند زرد و قرمز است. آب دریا برای یک فیلتر کنندۀ قوی نور محسوب میشود. در لایه های گوناگون آب ، نور فیلتر شده و نور های دارای کلوین کمتر در سطوح اولیۀ آب باقی مانده و نمی توانند به ژرفا رخنه نمایند. بیشتر ً نورهای قرمز، نارنجی و زرد تنها به لایه های اولیه آب رخنه پیدا می کنند. رنگ سبز بیشترین رخنه را داشته وتا ژرفا بسیار می تواند رخنه نماید. به همین انگیزه است که بسیاری از ماهیانی که در آکواریوم به رنگ قرمز روشن دیده می شوند در اقیانوسها و آب های گود دارای رنگهای تیره می باشند.

پارامترهای بررسی شده در یک محیط زیست ایده‌ال و پر بازده باید قابل کنترل باشند و سیستم مانیتورینگ مورد نیاز است.

دستگاه شبیه ساز نور نه تنها مانند دیتا لاگر عمل نموده و شرایط نوری را بررسی مینماید، بلکه بر حسب نیاز شرایط نوری حاکم را تغییر میدهد.

به طور مثال در طول شبانه روز انواع مختلف سناریوی نوری برای محیط ابزیان وجود دارد که این دستگاه آنرا ایجاد مینماید.

قطعات مورد نیاز برای طراحی و ساخت عبارتند از:

1. (TSL230)یک سنسور رنگ به خروجی دیجیتال است که این خروجی به صورت فرکانس متغیر با رنگ می باشد که با اندازه گیری فرکانس خروجی برای نورهای خاص می توان سنسور را به صورت دلخواه کالیبره کرد . همچنین فرکانس خروجی نیز قابل برنامه ریزی است .

2. سنسور شدت نور دیجیتال TSL230B | اورجینال TEXASصفحه نمایش (LCD 4*16)

3. کلید (KEYPAD 4*4)

4. فوتوسل یک سنسور نوری با خروجی مقامتی است . به این صورت که با توجه به شدت نور تابیده شده به سطح فوتوسل ، مقاومت آن تغییر می کند . از فوتوسل ها برای سنجش میزان نور و … استفاده می شود .

5. میکرو (ATMEGA)

6. ماژول کنترل از راه دور

7. برد گیرنده و فرستنده

8. باطری

9. LED
10. برد

منبع:

مقاله شبیه ساز نور طبیعی در آکواریوم محیط زیست آبزیان

نوشته : مریم اسدی