Aktuální vydání

celé číslo

10

2017

Systémy pro řízení výroby, PLM, SCADA

celé číslo

Mirphab: snímače pro infračervenou spektroskopii

Každá chemická látka absorbuje část infračerveného světla. Spektrum světla, které absorbuje, je pro danou látku specifické. Jde o obdobu identifikace lidí pomocí otisku prstu: absorbce světla přesně určí, o jakou látku jde. Spektroskopické metody v infračervené oblasti se běžně používají v chemickém průmyslu, zdravotnictví, nebo dokonce i v kriminalistice. Jestliže se firma rozhodne spustit nový projekt, často bude potřebovat optické senzory individuálně upravené podle požadavků dané úlohy. Při hledání vhodného systému v oblasti střední infračervené vlnové délky (MIR) je nově nabízen projekt MIRPHAB (Mid InfraRed Photonics devices fABrication for chemical sensing and spectroscopic aplications), dotovaný Evropskou unií. Na projektu spolupracují tři ústavy Fraunhoferovy společnosti.

Hledá-li průmyslová společnost vhodnou snímací techniku pro konkrétní výrobní proces, často mívá specifické požadavky: např. jde-li o identifikaci látky specifické pro danou výrobu a výrobní závod. Ve většině případů tak pro vývoj požadovaného systému nelze použít jeden univerzální senzor a je třeba kombinovat komponenty od několika dodavatelů. V tomto místě přichází na scénu Mirphab: nový projekt vedený předními evropskými výzkumnými institucemi a společnostmi v oblasti MIR spektroskopie nabízí senzory na míru dané úloze. Zákazníci se mohou obracet na ústřední kontaktní osobu, která sestaví z nabídky společností začleněných do projektu Mirphab nejlepší možné finální řešení.

Projekt Mirphab vznikl s dlouhodobým úmyslem posílit a rozvíjet evropský průmysl v oblastech chemické analýzy, techniky senzorů a vývoje MIR spektroskopie. Projekt je sponzorován Evropskou unií. V kombinaci s virtuální infrastrukturou, která byla vyvinuta v rámci Mirphab, jsou nyní vysoce kvalitní MIR senzory dostupnější i pro společnosti, které si je dříve dovolit nemohly.

V rámci projektu Mirphab byl vyvinut také univerzální přeladitelný zdroj pro MIR spektroskopii (obr. 1). Základní část obstarává Fraunhoferův ústav pro aplikovanou fyziku pevných látek IAF ve Freiburgu ve spolupráci s Fraunhoferovým ústavem pro fotonické mikrosystémy IPMS v Drážďanech. Ústav IAF nyní zavádí novou technologii kvantových kaskádových laserů, které vyzařují v oblasti MIR. U laseru tohoto typu je spektrum vlnových délek, ve které je světlo vyzařováno, velmi široké a vlnovou délku lze libovolně přizpůsobit. Aby bylo možné zvolit konkrétní vlnovou délku, musí světlo projít přes difrakční optickou mřížku a zpět do laserového čipu. Vlnová délka se snadno mění otáčením této mřížky. Potřebná mřížka se vyrábí v IPMS technologií používanou pro MEMS (Micro-Eletro-Mechanical System). Difrakční mřížkou je možné oscilovat s frekvencí až 1 kHz – tedy přeladit vlnovou délku laserového zdroje až tisíckrát za sekundu, a to v poměrně širokém spektrálním rozmezí.

Fraunhoferův ústav pro výrobní technologie IPT v Cáchách je do projektu Mirphab zapojený přípravou komponent laserů a mřížek pro sériovou výrobu. Pomáhá tak začlenit lasery s rychlým přelaďováním do průmyslově použitelných systémů.

V současnosti je mnoho úloh v oblasti spektroskopie ve viditelné i infračervené oblasti, kde jsou používány relativně slabé světelné zdroje. Mirphab nabízí řešení založené na infračervených polovodičových laserech. Ty mají výrazně větší intenzitu světla, což otví­rá dveře novým možnostem uplatnění. Až 1 000 změn spektra za sekundu pomocí laserového zdroje ve spektru MIR umožní např. automatizované sledování a řízení chemických či biotechnologických procesů v reálném čase.

(jč)

Obr. 1. Demonstrační vzorek miniaturizovaného laserového zdroje skládajícího se z kvantového kaskádového laseru a difrakční mřížky (foto: Fraunhoferův ústav IAF)