Математическую электромеханическую модель сорбционного оптоволоконного датчика для определения наличия и содержания запахов в окружающей среде на протяженных расстояниях разработали ученые аэрокосмического факультета Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), сообщает 2 декабря пресс-служба вуза.

Газоаналитический оптоволоконный пьезоэлектролюминесцентный датчик с наличием специального внешнего абсорбционного слоя для мониторинга протяженных областей, модель которого создали в Пермском Политехе, может найти применение в системах контроля технологических процессов и защиты окружающей среды.

Кроме того датчик, созданный на основе этой модели, найдет применение в системах «обоняния» человекоподобных роботов.

Результаты исследования разработчики представили в статье «Резонансные характеристики сорбционного оптоволоконного пьезоэлектролюминесцентного датчика», опубликованной в «Журнале радиоэлектроники» (2022).

Руководитель проекта, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского Политеха, доктор физико-математических наук Андрей Паньков пояснил:

«В качестве датчиков для газовых смесей чаще всего используют магнитные, термометрические, электрические, оптические и биосенсорные устройства. Мы предложили создать оптоволоконный пьезоэлектролюминесцентный датчик со специальным внешним слоем для избирательного „поглощения“ анализируемых веществ из газовой смеси».

Такой датчик позволяет мониторить протяженные пространства и определять концентрацию химических веществ на таких нефтегазовых объектах, как магистральные трубопроводы, чтобы выявлять возможные утечки.

Формирование в датчике информативного светового сигнала происходит при поглощении чувствительным слоем датчика анализируемого газа. Механолюминесцентный эффект этой адсорбции возникает в результате взаимодействия электролюминесцентного и пьезоэлектрического слоев датчика в режиме контролируемых микровибраций в заданном диапазоне частот.

При поглощении веществ датчиком происходит изменение частоты этих колебаний. Спектр поглощения (характеристика, отражающая распределение вещества по длине датчика) определяется устройством с помощью специального алгоритма по интенсивности свечения оптоволокна.

С помощью численного моделирования исследователи рассчитали информативные изменения резонансных частот и форм колебаний с учетом поглощения веществ, увеличивающего плотность внешнего слоя устройства, что и создает пьезоэлектрический эффект.

Такой датчик может быть использован для наделения «обонянием» человекоподобных роботов, отмечают разработчики. Кроме того, его применение повысит точность измерения химического состава газовой смеси, например, при контроле технологических процессов.

Разработанный учеными ПНИПУ метод позволяет проводить дистанционный мониторинг окружающей среды на предмет наличия в воздухе вредных веществ, что поможет выявлять даже незначительные утечки газов и жидкостей при повреждениях трубопроводов.