Sensor de gás para aplicações ambientais

Apresentação em tema: "Sensor de gás para aplicações ambientais"— Transcrição da apresentação:

1 Sensor de gás para aplicações ambientais
Escola de Verão de Física 28/Ago a 2/Set Sensor de gás para aplicações ambientais Inês Rito Lima Esc. Sec. Carlos Amarante (Braga) Lídia Manuel Fragoso Gonzalez Esc. Sec. de Maximinos Pedro Manuel Trocado Vianez Esc. Sec. Eça de Queirós (Póvoa de Varzim) Davide Pereira Dias Esc. Sec. da Sé (Vila Real) André Martins McCord Esc. Sec. de Eça de Queirós (Lisboa) SLIDE DE TÍTULO INESC PORTO Regras básicas de utilização 1- Rectãngulo branco: a) Logomarca INESC Porto b) Contactos (para os substituir (tel. geral pelo tel. directo, p.e.), aceder à vista de modelo global de títulos) c) Referência a outras entidades 2- Rectângulo azul escuro: a) Data b) Título da apresentação (para dar o devido destaque relativamente ao resto da informação, aconselha-se, como no exemplo, o uso de capitais) c) Subtítulo Nota: estas três caixas de texto devem estar sempre alinhadas à esquerda, mas podem ser deslocadas mais para a esquerda ou para a direita, dependendo do tamanho do texto, desde que sejam as três igualmente deslocadas (para não perderem o alinhamento). 3- Caracter tipo: Arial Monitor Joel Pedro Carvalho

2 Sumário Motivação Fibra óptica - Vantagens (Sensores);
- Reflexão interna total; - Vantagens (Sensores); Características espectrais dos gases Monitorização Ambiental - Medições por Absorção Directa - Espectroscopia por modulação de comprimento de onda Conclusões

3 Motivação (O Problema do Efeito de Estufa)
Aquecimento global motivado pelos gases de estufa como CO2 e CH4 entre outros A necessidade de averiguar a concentração destes gases na atmosfera permite criar postos de trabalho no ramo de investigação CH4 potencia o efeito estufa 20 vezes mais que o CO2

4 Fibra Óptica – Reflexão Total
Lei de Snell

5 Sensores em Fibra Óptica - Vantagens
Matéria prima abundante Leves Tamanho reduzido Integridade do sinal Imune a interferência electromagnética Imune a interferência das rádio frequências Multiplexagem Multifuncionalidade Transmissão a longa distância

6 Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)
O Laser é um dispositivo que produz uma radiação (feixe de luz) com características muito específicas: Monocromático (comprimento de onda bem definido) Coerente (organizada, frentes de onda simultâneas) Colimada ( feixe intenso, concentrado, direccional)

7 Lei de Beer-Lambert A lei de Beer-Lambert, é uma relação empírica que, na óptica, relaciona a absorção de luz com as propriedades do material atravessado por esta. Num meio gasoso a quantidade de luz absorvida num dado comprimento de onda será directamente proporcional à concentração de gás nesse meio. A – absorvância  – coeficiente de absorção do gás c – concentração da espécie de gás l – espaço de interaccão luz-gás

8 Características dos gases
Os gases possuem um espectro de absorção seu característico que serve como forma de identificação – a sua “impressão digital” Laser Sintonizável Célula de gás Fotodetector Computador Dados obtidos experimentalmente! Molécula de Acetileno C2H2

9 Monitorização Ambiental (Método da Absorção Directa)
Molécula de Metano CH4 Laser Câmara de gás Fotodetector Computador U-bench

10 Resposta do sistema face ás variações de concentração de metano
Curva de calibração do sistema face ás variações de concentração de metano Dados obtidos experimentalmente! Cálculo do limite de detecção Limite de detecção do sensor → 4040 ppm (0.2 % metano) Sensor de gás para aplicações ambientais

11 Espectroscopia por modulação de comprimento de onda

12 Montagem Experimental
Laser Acoplador Óptico Célula de gás Câmara de gás Controlador laser U-bench Gerador de Funções elétricas Fotodetector Sinal ~ 500 Hz Sinal ~ 1000 Hz Sinal ~ 1000 Hz Amplificador Lock-In Computador Sinal ~ 500 Hz Osciloscópio Sinal ~ 500 Hz

13 Espectroscopia por modulação de comprimento de onda
Lock-In É um amplificador síncrono que mede o valores eficazes de sinais com muito ruído sobreposto Por meio do amplificador Lock-In a informação da quantidade de luz absorvida na câmara de gás é obtida visto este monitorizar a amplitude do segundo harmónico que é proporcional à concentração de gás.

14 Sensor de gás para aplicações ambientais
Resposta do sistema face ás variações de concentração de metano Curva de calibração do sistema face ás variações de concentração de metano Dados obtidos experimentalmente! Cálculo do limite de detecção Limite de detecção do sensor → 60 ppm (0.003 % de metano) Sensor de gás para aplicações ambientais

15 Conclusão A fibra óptica, para além das comunicações, tem um largo leque de aplicações na área dos sensores sendo uma delas a detecção de gases. A espectroscopia por modulação de comprimento de onda apresenta-se como uma técnica extremamente eficaz, capaz de detectar baixíssimas concentrações de metano (no limite 60 ppm). Este sistema de detecção é extremamente versátil, podendo operar para qualquer outro tipo de gás, bastando para isso utilizar um laser que emita numa das respectivas linhas de absorção e uma célula de calibração com o gás que pretendemos sensorizar.

16 Agradecimentos Ao Prof. Joel Carvalho
A Faculdade de Ciências da Universidade do Porto Ao INESC Porto pelo equipamento optoelectrónico disponibilizado