I Konferencja. InTechFun

Transkrypt

1 I Konferencja Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych InTechFun 9 kwietnia 2010 r., Warszawa POIG /08

2 InTechFun Pakiet zadaniowy: PZ5. Aplikacje Lider: WAT Partnerzy: PW, PŚl, ITE Czas trwania: M1 M60

3 PZ5 Cele Wykonanie przykładów aplikacji będących bezpośrednio osiągalnych poprzez opracowanie w ramach Projektu nowych: materiałów (PZ1), technologii (PZ2) i demonstratorów przyrządów (PZ4). Z5.1 Z5.2 Tytuł zadania Wykonanie i weryfikacja parametrów funkcjonalnych sensora gazów toksycznych opartego na zjawisku fotonapięcia powierzchniowego Wykonanie wieloparametrycznego klasyfikatora właściwości użytkowych biopaliw ciekłych Lider Czas trwania J. Szuber (PŚl) M43 M60 M. Borecki (PW) M1 M60

4 Z5.2 Cele Wykonanie i weryfikacja wieloparametrycznego klasyfikatora właściwości użytkowych biopaliw ciekłych charakteryzującego się wymienną głowicą oraz niskim czasem i kosztem jednostkowej klasyfikacji Pierwsze 9 miesięcy: 1. Opracowano założenia dla integracji hybrydowej głowicy zapewniające: 1. ralizację sprzężenia wymiennej kapilary będącej światłowodowym podzespołem próbkującym 2. Pozycjonowanie kapilary nad mikro-grzejnikiem strefowym oraz układami źródła optycznego i detekcji. 2. Wykonano pierwszą serię struktur kapilarnych przeznaczonych do pracy jako wymienne optrody. 3. Wykonano pierwszą serię struktur grzejników hybrydowych.

5 Z5.2 Podstawy nowej wieloparametrycznej metody klasyfikacji właściwości użytkowych biopaliw OD ID A: źródło światła B: Pokrycie (okno) nc= pokrycie nc= ściana (szkło) nt=1.459 ściana nt otwór z bąblem n l<nt otwór z cieczą cieczą n b T L - mętność przezroczystą n l<nt bąbel źródło światła zmiana kształtu wiązki przełączanie strumienia z otworu do ściany

6 Z5.2 Podstawy nowej wieloparametrycznej metody klasyfikacji właściwości użytkowych biopaliw Parametr Ciecz DIW IPA (77.5%) + DIW (22.5%) Współczynnik załamania Punkt wrzenia [ C] Ciśnienie par własnych w 20 C [Pa] Ciśnienie par własnych w 100 C [Pa] Ciśnienie par własnych w 200 C [Pa] Lepkość [Pa s] Napięcie powierzchniowe [N/m] EG Opracowanie i badanie metody realizowane jest w ramach grantu własnego MNiSW: Nowa metoda optoelektroniczna inteligentnej klasyfikacji właściwości użytkowych biopaliw ciekłych z wykorzystaniem kapilar optycznych. Dalej przedstawione wyniki prowadzonych prac dotyczą wyłącznie projektu InTechFun.

7 Z5.2 Układ klasyfikatora biopaliw ciekłych wersja aktualnie badana i realizowana wymienna optroda kapilarna światłowodowy aktywny konwerter UV-VIS LED UV + Foto dioda UV sterownik źródła światła łoże głowicy grzejnik hybrydowy obszar generowania bąbla - ON/OFF sygnał jednostka archiwizacji danych - PC - prąd grzejnika - temperatura Foto dioda VIS inteligentna jednostka sterownia i detekcji stabilizator temperatury opto-el. interfejs - sygnał U Popt - wzmocnienie - ON/OFF Zagadnienia dotyczące wytwarzania konwerterów promieniowania nazywanych także fosforami są przedmiotem licznych studiów i dotyczą przetwarzania z zakresu nm na nm lub długości ~480nm na inną wybraną długość np.: 570, 650nm. Do badań zamówiono fosfor typu BYW01A/PTCW01AN, przetwarzający promieniowanie o długości nm na długość z FWHM wynoszącym 112nm. USB

8 Z5.2 Idea konstrukcji głowicy czujnika z optyczną, wymienną kapilarą pomiarową [zgłoszenie patentowe RP, przez PW dla projektu InTechFun] układ przetwornika UV->VIS kapilara pomiarowa - zewnętrzna obszar lokanego grzania przezroczyste zamknięcie VIS fotod detektor VIS LED (UV) kapilara przetwornika - wewnętrzna warstwa przetwornika UV->VIS warstwa mocująca eliminator promieniowania propagującego się w ścianach Do eliminacji promieniowania prowadzonego ścianą kapilary zastosowano warstwę z żywicy epoksydowej zmieszanej z pastę srebrną. Korek zamykający kapilarę formowano z kropli przezroczystego żelu cyjanoakrylowego. Dla opracowanej konstrukcji niezbędne okazało się opracowanie dedykowanej metody prowadzenia pomiaru. Na aktualnym etapie prac zlecono WSK II PZL Warszawa zaprojektowanie i wykonanie łoża mikromechanicznego, według uzgodnionej specyfikacji.

9 Z5.2 Prototypowanie optrody kapilarnej wymienna optroda kapilarna grzejnik hybrydowy łoże głowicy światłowód grubordzeniowy fotodioda światłowód wielomodowy obszar generowania bąbla Zasilacz laserowy - ON/OFF sygnał - prąd grzejnika układ sterownia - poziom sygnału miernik mocy PM300 W przypadku zasilania optycznego kapilary pomiarowej z telekomunikacyjnego światłowodu wielomodowego typu MM625 dołączonego do źródła S1FC675 o mocy 2mW, poziom mocy we włóknie odbiorczym wynosił dla wypełnionej wodą kapilary 2mW a dla kapilary pustej 350nW. Dla kapilary wypełnionej paliwem EuroSuper firmy Shell zmiana sygnału wynosiła z 2mW do 400nW po wytworzeniu bąbla par własnych. Przeprowadzone doświadczenie dowodzi prawidłowości wykonania konstrukcji optrody ze strony odbiorczej.

10 Z5.2 Prototypowanie optrody kapilarnej wymienna optroda kapilarna światłowodowy aktywny konwerter UV-VIS grzejnik hybrydowy łoże głowicy światłowód fotodioda LED UV sterownik obszar generowania bąbla - ON/OFF sygnał - prąd grzejnika układ sterownia - poziom sygnału miernik mocy PM300 W wykonanym wstępnym modelu optrody pomiędzy kapilary wprowadzono pasek polimeru z luminoforem o wymiarach 6.0*0.8*0.4mm. Wykorzystano luminofor pozyskany z tzw. białych LED ASMT-MY09- NLM00 firmy AVAGO Technologies. Przetwornik oświetlano z diody LED o mocy 36mW. W przypadku wprowadzania włókna odbiorczego PCS 400/600 do kapilary sygnał tła wynosił 2nW a w przypadku pozycjonowania włókna na zewnątrz tło wzrastało do około 100nW. Moc odbierana sygnału dla zasilania przetwornika z diody we włóknie odbiorczym po odjęciu sygnału tła wynosiła 140nW. Oznacza to konieczność wykonania specjalistycznych układów przetwarzania sygnału, które to zadanie jest zawarte w projekcie.

11 Z5.2 Analiza układów odbiorników promieniowania optycznego OPT101

12 Z5.2 Analiza układów odbiorników promieniowania optycznego OPT101

13 Z5.2 Analiza warunków termodynamicznych kapilara T1 10mm 50mm łoże kapilary 20mm 35mm moduł chłodzący moc 24W przekrywanie warstw warstwa przewodząca warstwa rezystywna 1mm 2mm T2 połączenia lutowane 2mm 3mm podstawa głowicy 150mm Kapilarę podgrzewano lokalnie planarnym grzejnikiem grubowarstwowym o rezystancji równej 174 omów. Moc wydzielona w grzejniku wynosiła 3W. Kapilarę pozycjonowano w V-rowkach, w metalowym łożu o średnicy 50mm na wysokości 100mm nad grzejnikiem umieszczonym w wyfrezowanym otworze. Łoże miało grubość 4mm i było przymocowano do podstawy o wymiarach 60mm*150mm*3mm wykonanej z duraluminium. Do łoża i podstawy przymocowano czujniki temperatury typu LM335DT oraz moduł chłodzący typu DA o mocy 24W.

14 Z5.2 Analiza warunków termodynamicznych W algorytmie stabilizacji temperatury uwzględniono 3 sekundowe opóźnienie reakcji na zmiany temperatury i 1 C szerokość pętli histerezy stabilizowanej temperatury. W celu zbadania możliwości stabilizacji temperatury podłoża czujnik T1 wykorzystano do realizacji sterowania proporcjonalnego a temperaturę łoża kapilary podczas cyklu grzania i chłodzenia odczytywano z czujnika T2. Czas powstawania bąbla par dla losowo zmienianych warunków ruchu powietrza tj: otwierania okna i lub oddychania w odległości 20cm od kapilary Czas powstawania bąbla [s] 2.3 Moc grzejnika [W] 2.8 Temperatura podstawy [ C] * * 7** W tabeli 4 w pozycji oznaczonej * nie było ruchu powietrza nad głowicą, a w pozycji ** ruch powietrza był wywołany przez otwarte okno i oddychanie eksperymentatora. Po przesłonięciu głowicy przed pomiarem naczyniem o kształcie walca o średnicy 80mm i wysokości 5cm wykonanym z pleksi nie występowały zaburzenia w stosunku do oczekiwanych wyników tj. razem ze wzrostem temperatury podstawy i mocy grzejnika czas powstawania bąbla malał monotonicznie.

15 Z5.2 Wnioski, Plany / Kamienie milowe 1. Zaproponowane rozwiązania konstrukcyjne realizowane są zgodnie z harmonogramem. Opracowano oryginalne rozwiązania konstrukcyjne. 2. Uzyskane wyniki wskazują, że klasyfikatora biopaliw z wymienną optrodą kapilarną jest możliwy do realizacji, a zadania do wykonania są ciekawe i nowatorskie. 3. Na obecnym etapie projektowane są: grzejnik hybrydowy z bezpośrednio osadzonym czujnikiem temperatury i zabezpieczenie głowicy przed wpływem ruchu powietrza. 4. Właściwie oceniono czas realizacji klasyfikatora. 5. Pierwsze wyniki cząstkowe i kamień milowy oczekiwane są zgodnie z harmonogramem za 15 miesięcy i powinny zostać osiągnięte. D5.1 Seria bazowych struktur hybrydowych głowicy: M24 D5.2 Seria struktur światłowodowych konwertujących promieniowanie: M24

16 I Konferencja Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych InTechFun POIG /08 Współfinansowana przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego 9 kwietnia 2010 r., Warszawa