Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Nová metoda měření koncentrace oxidu uhelnatého

Nová metoda měření koncentrace oxidu uhelnatého pomocí laserové diody VCSEL je mnohem spolehlivější než konvenční metody. Velkou výhodou je také výborná selektivita, daná úzkým spektrem zdroje světla a umožňující měřit koncentraci CO i ve směsi s jinými plyny.
 
Základním prvkem nových snímačů je laserová dioda s plošným vyzařováním zvaná VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Jde o zdroj laserového záření, který se skládá z optického rezonátoru s dvěma Braggovými zrcadly, rovnoběžnými s povrchem substrátu, v němž je jedna nebo několik dutin s aktivní vrstvou emitující záření. Diody VCSEL jsou vhodné pro hromadnou produkci a náklady na jejich výrobu jsou nižší než u běžných, z hrany svítících laserových diod, protože jejich kvalitu lze kontrolovat již v průběhu výrobního procesu a nevyhovující polotovary včas vyřadit.
 
Uvedená laserová dioda, vyvinutá v rámci projektu EU Nemis a dodávaná firmou Vertilas, je neobvyklá v tom, že emituje infračervené světlo o vlnové délce 2,3 μm (vlnová délka běžných laserových diod je nejvýše 1,3 μm). Dioda se substrátem InP využívá vnořený tunelový jev (buried tunnel junction) a díky tomu má velkou účinnost a její ztrátové teplo je malé.
 
Vlastní snímač měří koncentraci oxidu uhelnatého absorpční metodou: když paprsek infračerveného záření prochází plynným prostředím, vlivem absorpce nastává útlum charakteristických vlnových délek. Popisovaný snímač využívá spektrální čáru oxidu uhelnatého o vlnové délce 2,365 5 μm.
 
Laboratorní zkoušky ukázaly, že snímač při délce optické dráhy 10 cm měří koncentrace CO od 10 ppm. To je výborná citlivost, ovšem dosažitelná i konvenčními snímači. Ty ale vyžadují častou rekalibraci. Jednou z velkých výhod nových snímačů je to, že v podstatě nevyžadují servis, a to ani tehdy, když je jejich objektiv znečištěn. Podstatou tohoto řešení je skutečnost, že pro korekci údaje o koncentraci oxidu uhelnatého využívají referenční hodnotu koncentrace plynu uvnitř snímače.
 
Kde se nové snímače budou používat? Výskyt oxidu uhelnatého je časnou známkou hoření, protože se uvolňuje při doutnání a nedokonalém spalování mnoha materiálů. V budoucnu budou moci být senzory založené na nové metodě používány pro požární detektory nebo pro sledování úniku spalin. Jinou vhodnou oblastí použití je měření pro optimalizaci spalovacích procesů. Snímače mohou také detekovat únik zemního plynu.
 
Vývoj senzorů založených na nové metodě je ale na samém počátku. Snímače, vyvinuté v centru Siemens Corporate Technology v Mnichově, se nyní testují v laboratorních podmínkách. Přepokládá se, že v praxi, např. v budovách s centrálně řízeným větráním nebo v letadlech a jiných dopravních prostředcích, budou poprvé použity nejdříve za tři roky. Je ale naděje, že v budoucnu budou tyto senzory spolu s detektory kouře běžně chránit domácnosti před požárem, otravou oxidem uhelnatým nebo únikem zemního plynu.
[Siemens Research News, leden 2009.]
(Bk)
 
Obr. 1. Snímače koncentrace oxidu uhelnatého lze použít jako detektory požáru nebo k měření kvality spalovacích procesů