Techniki laserowe w detekcji gazów

Print Friendly

Techniki laserowe w detekcji gazów

Autor dr inż. Michał Nikodem

Kierownik Laboratorium Laserowych Systemów Pomiarowych

WykrywaM.Nikodemnie stężeń gazów w powietrzu jest  kluczowym elementem systemów bezpieczeństwa  w różnych gałęziach przemysłu. Dotyczy to przede wszystkim związków wybuchowych i toksycznych.
W takich przypadkach szybka, automatyczna i jednoznaczna detekcja może pomóc uniknąć kosztownych usterek lub nawet uratować ludzkie życie.

Obecność gazów niebezpiecznych jest często nieodłącznym elementem procesów przemysłowych. Regularne kontrole instalacji oraz tworzenie złożonych systemów detekcyjnych są wtedy konieczne i wymagane. Niestety często wiążą się one z wysokimi kosztami i uciążliwością, zarówno w odniesieniu do ich wdrożenia jak i późniejszego użytkowania. W tym kontekście niezwykle atrakcyjne stają się systemy detekcji gazów wykorzystujące techniki laserowe.

Nowe Możliwości

Wrocławskie Centrum Badań EIT+ jest organizacją badawczo-rozwojową ukierunkowaną na współpracę z przemysłem. Laboratorium, którego celem jest tworzenie urządzeń do laserowej detekcji gazów w powietrzu jest jednym z kilkudziesięciu jakie zostały uruchomione w EIT+ w ostatnich trzech latach.

EIT+ Wroc³awskie Centrum Badañlaboratoriafot. Lukasz Giza

Optyczna detekcja gazów

Każdy gaz pochłania promieniowanie laserowe o dobrze zdefiniowanych długościach fali, stanowiących jego charakterystyczny „optyczny odcisk palca”. Jego analiza umożliwia zarówno wykrycie obecności gazu w badanej próbce jak też precyzyjne określenie stężenia. Kluczowe pasma absorpcyjne występują  w niewidzialnym przez ludzkie oko zakresie podczerwonym dzięki czemu tego typu systemy mogą pracować bezpiecznie także w wolnej przestrzeni i określać stężenia gazów w powietrzu. W tym kontekście szczególnie interesująca jest możliwość wykonywania pomiarów w układzie zdalnym, w którym promień lasera wysyłany jest z niewielkiej głowicy, która następnie zbiera światło powracające. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu do analizy sygnału powracającego można uzyskać informacje dotyczące stężenia poszukiwanego gazu w powietrzu.

EIT+ Wrocławskie Centrum Badańlaboratoriafot. Lukasz Giza

Bezpieczeństwo

Zdalna detekcja gazów to rozwiązanie dedykowane przede wszystkim do detekcji wycieków gazu z instalacji. Czujniki tego typu mogą z odległości nawet kilkudziesięciu metrów wykryć obecność niebezpiecznego gazu w powietrzu oraz zidentyfikować miejsce wycieku. Zastosowanie promieniowania podczerwonego umożliwia niezwykle selektywną detekcję. Poprzez dobranie odpowiedniej długości fali źródła użytkownik może zdecydować jaki gaz ma być wykrywany. Co ważne, nie występują w tym przypadku fałszywe sygnały alarmowe wynikiające z obecności np. aerozoli, dymu papierowsowego czy pary wodnej. Przy czasie odpowiedzi znacznie krótszym niż jedna sekunda oraz brakiem okresów martwych nawet po ekspozycji na wysokie stężenie gazu zdalna detekcja laserowa staje się wartościową alternatywą dla np. czujników elektro-chemicznych.

EIT+ Wrocławskie Centrum Badańlaboratoriafot. Lukasz Giza

W tej chwili we Wrocławskim Centrum Badań EIT+ opracowywane są systemy do zdalnej detekcji metanu i siarkowodoru. W obu przypadkach są to gazy stwarzające zagrożenie wybuchowe, siarkowodór jest ponadto silnie toksyczny. Systemy w dużej mierze mają budowę modułową i pozwalają na stosunkowo proste ich dostosowanie do detekcji innych gazów (w tym np. różnych węglowodorów, tlenków węgla, tlenków azotu z rozróżnieniem na NO i NO2 czy amoniaku). W tego typu systemach można zastosować różne konfiguracje sprzętowe (np. głowice stacjonarne lub skanujące) pozwalające na rozbudowanie zakresu stosowalności. Obecnie opracowywane systemy są zasilane z sieci (230V) lecz zastosowane metody i komponenty o niskim poborze mocy mogą być również zaadoptowane do zasilania bateryjnego.To otwiera pole do detekcji z wykorzystaniem czujników umieszczanych na niewielkich dronach.

Co najważniejsze, silny nacisk jaki we Wrocławskim Centrum Badań EIT+ kładzie się na współpracę z partnerami przemysłowymi sprawia, że prace naukowe prowadzone w laboratoriach są konsekwentnie i systematycznie testowane w rzeczywistych zastosowaniach.

EIT+ Wrocławskie Centrum Badańlaboratoriafot. Lukasz Giza

Autor: Agata Kołacz, Opublikowano: 14.04.2016
plusfontminusfontreloadfont