Технология получает данные об уровне CO2 с небольшой погрешностью
Российские исследователи разработали новый датчик для отслеживания содержания углекислого газа в атмосфере. Компактный датчик изготовлен из метаматериалов. Уровень CO2 можно определить по длине световой волны, испускаемой его поверхностью. Научная работа, посвященная новой разработке, появилась в журнале Sensors.
Новое устройство состоит из инфракрасного источника, измерительной камеры, инфракрасного детектора, а также фильтра длины волны. Оптический фильтр, установленный перед детектором, способен поглощать свет, за исключением особой волны, которую могут захватить только молекулы измеряемого газа. Попадая в камеру, газ изменяет свою концентрацию под действием поглощения определенной длины волны внутри инфракрасного спектра.
На оптическую подложку нового компактного датчика нанесены слои кремния, хрома и золота. Расположенные в определенном порядке метаатомы кремния формируют поверхность метаматериала, обладающую уникальными свойства. Верхний слой датчика изготовлен из полигексаметилена багуанидина — полимера, который применяют в качестве антисептика.
Принцип действия детектора заключается в измерении длины волны отраженного света, улавливаемого при помощи фотодетектора с последующим преобразованием фотонов в электрический ток. Слой полигексаметилена бигуанидина поглащает углекислый газ, попадающий в камеру. Показатель изменения преломления слоя полимера вместе со сдвигом длины волны отраженного света зависят от того, какова концентрация CO2 в атмосфере.
Во время работы мы провели численное исследование и получили зависимость показателя преломления слоя полигексаметилена бигуанидина от концентрации газообразного CO2. Точность работы датчика мы подтвердили при помощи десяти повторяющихся циклов измерений. Мы каждый раз подавали 50 ч/млн углекислого газа на датчик, а также продували камеру азотом. Анализ показал, что датчик показывает концентрацию углекислого газа с погрешностью ± 20 ч/млн и не берет во внимание N2,Николай Казанский, профессор кафедры технической кибернетики Самарского университета, участник исследования.
По словам ученых, предлагаемая конфигурация нового датчика может применяться для обнаружения концентрации различных видов токсичных газов. Для этого в конструкцию необходимо добавить соответствующие функциональные материалы.
