Spektroskopia fotoakustyczna jest innowacyjnym sposobem badania materii, szczególnie gazów oraz ciał stałych, stosowaną już nie tylko w laboratoriach, ale także w różnego rodzaju sensorach.
W firmie BTC Korporacja od 2014 roku prowadzimy badania i wdrażamy do produkcji opracowane własnymi siłami rozwiązania dla aplikacji spektroskopii fotoakustycznej, w tym do nowatorskich systemów wielokanałowych (wyniki wstępnych badań eksperymentalnych przedstawiono w artykule „Multichannel Detection of Photoacoustic Signals: Preliminary Results” opublikowanym w International Journal of Physics (2015) 36:2342–235).
Pierwsze opracowania bazujące na technice pomiarowej PAS bazowały na układach FPGA i komorach pomiarowych z rezonatorami Helmholtze’a. Początkowo rozwój wyrobów był zorientowany na poprawę czułości, poszerzenia pasma pomiarowego i poprawie dokładności pomiaru kształtu odpowiedzi impulsowej komory, co doprowadziło do opracowania wielokanałowego systemu pomiarowego jak na schemacie blokowym poniżej.
Schemat blokowy systemu PAS
Konstruktorzy z firmy BTC Korporacja wspólnie z Instytutem Systemów Elektronicznych WEiTI Politechniki Warszawskiej opracowali wielokanałowy system pomiarowy. W wyniku prowadzonych prac badawczych, które były dofinansowywane przez PARP, do wdrożenia przemysłowego wybrano rozwiązanie bazujące na innowacyjnym 14-kanałowym torze pomiarowym, który wykazał się dużą czułością i możliwością monitorowania rozkładu przestrzennego ciśnień w komorze pomiarowej, co poprawiło rozdzielczość widmową komory w stosunku do rozwiązań klasycznych.
Wygląd 14-kanałowej głowicy PAS
Czułość torów pomiarowych została zwiększona za pomocą wzmacniaczy PGA (na zdjęciu poniżej) sterowanych z poziomu systemu sterującego, który pierwotnie był w całości realizowany w układzie FPGA, następnie za pomocą mikrokontrolera.
Widok płytek 14-kanałowego wzmacniacza PGA
W wyniku dalszych prac badawczych prowadzonych w firmie BTC Korporacja opracowano zminiaturyzowaną wersję głowicy 14-kanałowej oraz energooszczędny komputer bazujący na układzie SoC z mikroprocesorem bazującym na rdzeniu Cortex-A7.
Testowa głowica pomiarowa w komorze kalibrującej
Kompletny sensor bazujący na 14-kanałowym spektrometrze fotoakustycznym jest podzespołem przeznaczonym do monitorowania atmosfery gazowej, możliwym do zastosowania m.in. w niskopoziomowych czujnikach tlenku węgla, tlenków azotu, chloru i jego pochodnych oraz innych gazów o różnym stopniu stężenia, przy czym charakterystyka czułości sensora jest dobierana za pomocą oprogramowania sterującego pracującego w domenie DSP modułu obliczeniowego.
Nowe rozwiązanie przedstawiono w artykule.
Projekt współfinansowany w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego ze środków Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Mazowieckiego na lata 2014-2020 Projekt: „Wdrożenie do produkcji przemysłowego mobilnego kontrolera spektroskopu fotoakustycznego”, nr umowy: RPMA.03.03.00-14-I656/21-00.