Поместится на трех пальцах. В России создают высокоточный газоанализатор
Быстрее аналогов в 10 раз и точнее — так ученые ЮФУ описывают разрабатываемый ими карманный газоанализатор на базе авторской методики специалистов вуза. Промежуточные результаты исследований опубликованы в журнале Chemosensors.
Газоанализатор — прибор первой необходимости в сфере экологии, техники безопасности и ряде отраслей промышленности, пояснили в вузе. С помощью таких средств измерения специалисты распознают наличие газовой смеси и ее составляющих в конкретной среде. Скрининг летучих веществ необходим перед началом работ под землей, на объектах химического производства, а также в местах техногенных аварий.Большинство других газоаналитических систем распознают вещество только после завершения реакции его взаимодействия с сенсором. Промедление особенно невыгодно в экстренных ситуациях, когда предполагаемую утечку газа или наличие в помещении опасных химических соединений необходимо установить оперативно.
«Как только информативный сигнал получен, устройство прекращает измерения и сразу выдает ответ в виде значения концентрации газа. Добиться этого помогли исследования динамики резистивного отклика, то есть изменения сопротивления сенсора при воздействии разных газов различной концентрации. Как только измерительная система фиксирует экстремумы (минимальные и максимальные значения) реакции на сенсоре, она выдает данные о наличии, насыщенности и типе летучего соединения», — рассказала завкафедрой техносферной безопасности и химии ЮФУ Нина Плуготаренко.
Для создания эффективной программы специалисты изучили динамические характеристики множества химических соединений и заложили алгоритмы их точного распознавания. Для анализа ученые используют сразу несколько калибровочных зависимостей, что позволяет определять концентрацию газа более точно. Эта методика также позволяет выявлять несколько газов сразу, добавила Плуготаренко.
Исследователи разработали сенсоры на основе полупроводниковых составов: диоксидов циркония и кремния, а также — кремне-углеродного материала. Сам газочувствительный датчик имеет размер всего 1 х 1,2 см. Миниатюрность — одна из значимых характеристик разработки, акцентировали внимание в вузе, так как массивные газоанализаторы проблематично использовать в труднодоступных местах, например, в пещерах и шахтах.
На сегодняшний день программное обеспечение для аппарата запускается на подключенном к датчику компьютере. Однако, по словам разработчиков, на следующем этапе исследований они создадут автономную версию газоанализатора с встроенной микроэлектроникой для запуска программы.»Газоаналитические устройства, способные определять несколько газов, состоят из массива сенсоров — по их разной реакции и определяется газ. Чаще всего для этого используют метод обработки данных на основе нейронных сетей. В нашем случае на стадии калибровки определяются прямые в многомерном параметрическом пространстве, которые являются уникальными для каждого газа. В процессе эксплуатации сенсора газ идентифицируются уже по реальным параметрам динамики отклика в сравнении с прямыми, полученными при калибровке», — уточнила Плуготаренко.
Она обратила внимание, что преимущество разработки в сочетании четырех параметров: точность, компактность, скорость и простота в использовании. В то время как сегодня при производстве похожих устройств на базе искусственного интеллекта приходится задействовать более дорогостоящее оборудование и, как минимум, четыре сенсора для функционирования одного прибора.
