Новаторскую конструкцию высокочувствительного датчика для обнаружения утечки взрывоопасных и токсичных газов разработали ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева (Самарский университет). Специалисты рассчитывают, что прибор начнут массово производить и широко применять для контроля безопасности на предприятиях, сообщает сайт Самарского университета. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Optics.
Ученым Самарского университета удалось добиться высокой чувствительности датчика обнаружения горючих и токсичных газов. Это стало возможным за счет соединения в одном устройстве обычного гребенчатого и щелевого волноводов, рассказали эксперты.
По словам разработчиков, инфракрасные датчики взрывоопасных и токсичных газов широко применяют для контроля производства и охраны труда на промышленных и других опасных объектах, где важно вовремя обнаружить утечку. При этом, как отмечают эксперты, сохраняется проблема повышения чувствительности датчиков для обнаружения низких концентраций таких газов.
Исследователи объяснили, что инфракрасные газовые сенсоры регистрируют утечку газа с помощью специального луча. Современные датчики выпускают его через отверстие – гребенчатый волновод, в котором доступ к свету ограничивает сердцевина. Излучения такого датчика недостаточно для подробного анализа состава воздуха в помещении, так как он слабо взаимодействует со средой. В результате чувствительность устройства остается сравнительно низкой.
Ученым удалось показать, что применение щелевого волновода, где свет удерживается между двумя пластинами, позволяет существенно повысить чувствительность датчика к содержанию газа в воздухе, так как излучение концентрируется в щели.
"Сильное ограничение света в воздушном зазоре обеспечивает прямое взаимодействие излучения с газом, если он присутствует в помещении. Это происходит благодаря тому, что свет сталкивается с большим нарушением электрического поля, и показатели преломления между пластинами волновода и воздухом в помещении сильно отличаются", – пояснил старший научный сотрудник кафедры технической кибернетики Самарского университета Мухаммад Али Бутт.
Эффективность прибора, по словам экспертов, продемонстрировали в работе с обнаружением метана. Однако, как и другие датчики, устройство с новой конструкцией можно настроить на регистрацию различных газов. Достаточно выбрать соответствующую длину волны.
Авторы исследования рассказали, что новая конструкция датчика основана на технологии, которую сегодня уже используют в промышленности: свет подается с обычного гребенчатого волновода через специальный сегмент на кремниевый щелевой волновод. По их мнению, это обеспечит невысокую стоимость датчика при массовом производстве.
Сейчас научный коллектив продолжает искать перспективные методы разработки газовых сенсоров разных типов под конкретные задачи. Например, установка датчика на беспилотный летательный аппарат (БПЛА), в том числе стратосферный, упростила бы обнаружение парниковых газов (в частности, метана) в атмосфере.
