Nowe moduły obliczeniowe do spektroskopów fotoakustycznych
| TechnikaSpektroskopia fotoakustyczna jest innowacyjnym sposobem badania materii, szczególnie gazów oraz ciał stałych, stosowaną już nie tylko w laboratoriach, ale także w różnego rodzaju sensorach. Rozwiązanie jednej z firm zajmujących się w naszym kraju wdrożeniem i produkcją sensorów fotoakustycznych przeznaczonych do stosowania w systemach monitorowania składu atmosfery fazowej przedstawiamy w artykule.
Technik wykonywania pomiarów w spektrometrii fotoakustycznej jest wiele, wszystkie bazują na sztywnych akustycznie komorach pomiarowych, w których rozchodzi się fala dźwiękowa o składowych częstotliwościach w zakresie akustycznym. Fala ta powstaje w wyniku impulsowego pobudzenia próbki gazowej znajdującej się w komorze za pomocą zewnętrznego źródła energii – emitera laserowego lub IR, grzałki ceramicznej o małej bezwładności cieplnej lub innego źródła, zależnie od charakteru wykonywanego badania.
W klasycznych rozwiązaniach komora pomiarowa jest wyposażana w pojedynczy przetwornik ciśnienie-napięcie lub ciśnienie-prąd, doskonale w tej roli spisują się szerokopasmowe mikrofony lub czujniki ciśnienia wykonane w technologii MEMS.
Nieco inaczej do toru pomiarowego podeszli konstruktorzy z firmy BTC Korporacja, którzy wspólnie z Instytutem Systemów Elektronicznych WEiTI Politechniki Warszawskiej opracowali wielokanałowy system pomiarowy. Jego uproszczoną budowę pokazano na rysunku 1. wyniku prowadzonych prac badawczych, które były do finansowywane przez PARP, do wdrożenia przemysłowego wybrano rozwiązanie bazujące na innowacyjnym 14-kanałowym torze pomiarowym, który wykazał się dużą czułością i możliwością monitorowania rozkładu przestrzennego ciśnień w komorze pomiarowej, co poprawiło rozdzielczość widmową komory w stosunku do rozwiązań klasycznych. Ze względu na konieczność minimalizacji kosztu i poboru mocy całego rozwiązania, w głowicy zastosowano matrycę mikrofonów MEMS w organizacji 2×7, jak pokazano na rysunku 2.
W wyniku dalszych prac badawczych opracowano zminiaturyzowaną wersję głowicy 14-kanałowej, która wraz z nową wersją energooszczędnego komputera bazującego na układzie SoC z mikroprocesorem bazującym na rdzeniu Cortex-A7 są wdrażane do produkcji.
Kompletny sensor bazujący na 14-kanałowym spektrometrze fotoakustycznym jest podzespołem przeznaczonym do monitorowania atmosfery gazowej, możliwym do zastosowania m.in. w niskopoziomowych czujnikach tlenku węgla, tlenków azotu, chloru i jego pochodnych oraz innych gazów o różnym stopniu stężenia, przy czym charakterystyka czułości sensora jest dobierana za pomocą oprogramowania sterującego pracującego w domenie.
DSP modułu obliczeniowego
Ze względu na specyfikę metody pomiarowej i konieczności precyzyjnego kalibrowania termicznego fotoakustycznych głowic pomiarowych wyposażył swoje laboratorium wdrożeniowe w zaawansowaną komorę termiczną z systemem kontroli wilgotności, która pozwala na kalibrację i wery"kację parametrów pomiarowych głowic pomiarowych. Jest to ważny element przygotowywanego wdrożenia produkcyjnego, który pozwoli na seryjną produkcję tego innowacyjnego rozwiązania. (AG).
Projekt realizowany w ramach Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014– –2020 (RPO WM 2014–2020).
BTC Korporacja
www.btc.pl
kontakt w sprawie prezentowanego rozwiązania (dla OEM): biuro@btc.pl
