Nowe czujniki optyczne rewolucjonizują detektory gazu

Nowe czujniki optyczne rewolucjonizują detektory gazu

Nowa generacja optycznych czujników umożliwia stworzenie niezawodnych, szybkich i długowiecznych detektorów gazu wykorzystywanych w przemyśle, zabezpieczeniach, oraz aplikacjach domowych.

Jeszcze nie tak dawno detekcja gazu była biologiczna, a najwyższej klasy detektorami gazu były kanarki. Odeszły one na emeryturę, gdy skonstruowano czujniki elektrochemiczne służące do monitorowania procesów chemicznych, oraz pomiaru zmiennych, jak rezystancja. Jednakże i ta metoda detekcji, pomimo tego, że wciąż rozwijana, w ostatnim czasie okazuje się niedoskonała. Dlatego konieczne stało się opracowanie nowego rodzaju czujnika, bazującego na nowych technologiach, który mógłby szybko wykrywać i identyfikować szczególne i nietypowe gazy.

W celu rozwiązania tego problemu powstał finansowany przez Unię Europejską projekt NEMIS. Jego celem jest stworzenie działającego modelu nowego rodzaju optycznego czujnika bazującego na ostatnich odkryciach z zakresu fotoniki i technologii laserowej. Naukowcy szczególnie duży nacisk położyli na stworzenie systemu bazującego na nowym rodzaju lasera działającego w zakresie odpowiednim do detekcji gazów innych niż te naturalnie występujące w powietrzu w temperaturze pokojowej.

Lasery emisji powierzchniowej na azotku galu (VCSEL), które zostały wykorzystane w fotonicznym systemie sensorycznym NEMIS będącym podstawą niezawodnych, długowiecznych i niedrogich czujników. „Zaleta korzystania z VCSEL zamiast laserów konwencjonalnych, oprócz oszczędności, to możliwość pełniejszej regulacji długości fal.” - Alexander Bachmann, menedżer projektu. „Zwykle, laser można dostrajać w zakresie zaledwie kilku nanometrów poprzez zmianę natężenia prądu. Natomiast VCSEL daje możliwość dostrajania w zakresie przeszło pięciu nanometrów.” – dodał.

Jako, że czujnik wykrywa gaz szukając anomalii w długościach fal, podczas badań był to tlenek węgla, możliwość dostrajania lasera wpływa na większą elastyczność urządzenia, oraz umożliwia budowanie zamkniętych czujników.

Każdy gaz ma swoja unikalną linię absorpcyjną, która umożliwia laserowi jego wykrycie, zatem dzięki temu, że laser może przestrajany, jeden czujnik może wykrywać różne linie charakterystyce dla różnych gazów. Jako, że czujnik jest samo kalibrujący się, nie wymaga człowieka do obsługi i może być zamknięty w bezpiecznym pojemniku. Dzięki temu, może służyć przez wiele lat, również we wrogich środowiskach, na przykład w instalacjach przemysłowych.

„Prawdopodobnie największym dla nas wyzwaniem była długość fali.” – stwierdził Bachmann. „Żaden laser nie był w stanie wykonać tego, czego od niego oczekiwaliśmy, w takim zakresie, od 2 do 3,5 mikrometra. Zatem jednym z głównych osiągnięć projektu było skonstruowanie laserów nadających się od optycznego delektowania gazu.” – dodał.

Gdy naukowcy wykonali swoją część zadania, partnerzy przemysłowi projektu skonstruowali prototyp, który pierwotnie był w stanie wykryć tlenek węgla, oraz amoniak. Wciąż trwają prace nad skonstruowaniem czujników dwutlenku węgla, oraz siarkowodoru.

I chociaż minie wiele lat zanim ta nowa technologia stanie się częścią naszego codziennego życia, Bachmann wierzy, że już wkrótce czujniki NEMIS obecne będą w aplikacjach przemysłowych.

„W przeciągu paru lat doczekamy się czujników kosztujących co prawda kilka tysięcy euro za sztukę, ale obecnych w przemyśle, służących do wykrywania gazu w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem.” – stwierdził Bachmann. „Jednakże wraz z rozwojem rynku, systemy staną się bardziej dostępne, a ich obszar zastosowań wciąż będzie się poszerzał. W przemyśle motoryzacyjnym, czujniki te mogłyby posłużyć do monitorowania emisji silników i zapewnienia optymalnej ich efektywności, albo być po prostu wykorzystywane w systemach klimatyzacji. Gdy cena za sztukę spadnie poniżej 50 euro, prawdopodobnie pojawią się one w każdym domu.” – dodał.

(lk)