Wielokanałowy, optoelektroniczny system do pomiaru stężenia gazów

• Autorzy: Maciak E. , Opilski Z. , Pustelny T. , Urbańczyk M.

Warianty tytułu

EN

The multichannel, optoelectronic gas sensor system based on interferometric nanostructures with gasochromic thin films

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono nowatorski wielokanałowy, optoelektroniczny system pomiarowy i sposób pomiaru stężenia gazów przemysłowych i toksycznych. Mierzony analit gazowy może być różny w zależności od zastosowanej interferencyjnej nanostruktury sensorowej. Pomiar odbywa się w gazowym środowisku pomiarowym. Niniejsze rozwiązanie optoelektronicznego, gazowego systemu pomiarowego wykorzystuje interferencyjne, optyczne nanostruktury sensorowe zawierające w swej konstrukcji cienkie warstwy receptorowe z optycznie czynnych materiałów. Zatem, optyczna głowica sensorowa zmienia swoje parametry optyczne w wyniku oddziaływania z badanym analitem gazowym.

EN

In the paper the multichannel, optoelectronic gas sensor system based on interferometric, gasochromic nanostructures is presented. The silicon colour sensor TCS230 detects the intensity and change of colour coordinates RGB of an optical signal resulting from exposure of the sensing structure to a specific type of gas. Using multichannel measurement, one can simultaneously detect different gas or analyte molecules in the sample by immobilizing different optical receptor thin films (nanostructures) at different channels. Each optical sensing channel consists of three parts: the input port which includes a broadband light source: "warm" white LED, multi-layered sensing nanostructure: interferometric and gasochromic, the output port including a silicon colour sensor TCS230 detecting the intensity and change of colour coordinates RGB of an optical signal resulting from the sensing structure exposure to a specific type of gas. At the sensing window, on the glass substrate there are immobilized nanostructures being chemo-optical, gasochromic and interferometric transducer receptors, which can selectively interact with a specific type of gas molecules present in the gas mixture. When a physical-chemical binding process takes place on the sensing window of the measuring channel, an interferometric colour of the sensing element (nanostructure) changes and colour coordinates of the measured optical signal change as well. The change of the colour coordinates is proportional to the change of the effective refractive index of the receptor structure (particularly refractive index of the resonance cavity). By measuring the intensity change of the optical signal RGB, the refractive index change ?n taking place in the measuring window can be calculated and the concentration of a specific gas in the gas mixture can be measured.

Słowa kluczowe

PL

optyczny czujnik gazu; optoelektroniczny system pomiarowy; nanostruktura sensorowa

EN

optical gas sensor; optoelectronic gas sensor system; sensing nanostructure; optical interferometric structure

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 7
• Strony: 799--802
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Maciak E.

autor

Opilski Z.

autor

Pustelny T.

autor

Urbańczyk M.

• Katedra Optoelektroniki Politechniki Śląskiej, ul. B. Krzywoustego 2, 44-100 Gliwice,

Bibliografia

• [1] Marquis B. T., Vatelino J. F.: A semiconducting metal oxide sensor array for the detection of NOx nad NH3, Sensors and Actuators B77, 2001, 100-110.
• [2] Ignac-Nowicka J., Pustelny T., Opilski Z., Maciak E., Jakubik W., Urbańczyk M.: Examination of thin films of phthalocyanines in plasmon system for their application in NO2 sensors, Optical Engineering, vol. 42, No 10 2003, 2978-2986.
• [3] Aslam M., Chaudhary V. A., Mulla I. S., Sainkar S. R., Mandale A. B., Belhekar A. A., Vijayamohanan K.: A highly selective ammonia gas sensor using surface-ruthenated zinc oxide, Sensors and Actuators B75, 1999, 162-167.
• [4] Kawashima S., Yonemura S.: Measuring ammonia concentration over a grassland near livestock facilities using a semiconductor ammonia sensor, Atmospheric Environment 35, 2001, 3831-3839.
• [5] Blo M., Carotta M. C., Galliera S., Gherardi S., Giberti A., Guidi V., Malagù C., Martinelli G., Sacerdoti M., Vendemiati B., Zanni A.: Synthesis of pure and loaded powders of WO3 for NO2 detection through thick film technology, Sensors and Actuators B103, 2004, 213-218.
• [6] Sunu S. S., Prabhu E., Jayaraman V., Gnanasekar K. I., Seshagiri T. K., Gnanasekaran T.: Electrical conductivity and gas sensing properties of MoO3, Sensors and Actuators B 101, 2004, 161-174.
• [7] Maciak E., Opilski Z., Urbańczyk M.: Pd/V2O5 fiber optic hydrogen gas sensor, Journal de Physique IV Proceedings. Vol. 129 (2005) 137-141.
• [8] Maciak E., Opilski Z.: Transition metal oxides covered Pd film for optical H2 gas detection, Thin Solid Films, Vol. 515, (2007) p. 8351-8355.
• [9] Rubin M., et al.: Optical indices of lithiated electrochromic oxides, Solar Energy Materials and Solar Cells 54, 1998, 49-57.