Ученые Самарского национального исследовательского университета им. С.П. Королева (Самарский университет) разработали инновационную конструкцию высокочувствительного датчика обнаружения утечек взрывоопасных и токсичных газов. Специалисты ожидают, что устройство будет серийно производиться и широко использоваться для контроля безопасности на предприятиях.

Ученым Самарского университета удалось разработать высокочувствительный детектор горючих и токсичных газов. По словам экспертов, это стало возможным благодаря объединению в одном устройстве стандартного гребневого и щелевого волноводов.

По словам разработчиков, инфракрасные детекторы взрывоопасных и токсичных газов широко используются для производственного контроля и охраны труда на промышленных и других опасных объектах, где важно вовремя обнаружить утечки. В то же время специалисты отмечают, что проблема повышения чувствительности сенсоров по обнаружению малых концентраций таких газов остается.

Исследователи объяснили, что инфракрасные детекторы газа регистрируют утечку газа с помощью специального луча. Волновод с гребнем из кремния способен удерживать свет в своей сердцевине. Чувствительность стандартного волновода недостаточна для детального анализа состава воздуха в помещении, поскольку он плохо взаимодействует с окружающей средой. В результате чувствительность устройства остается относительно низкой.

Ученым удалось показать, что использование щелевого волновода, в котором свет проходит между двумя кремниевыми рельсами, может значительно повысить чувствительность детектора за счет усиления взаимодействия света с веществом.

«Сильное удержание света в воздушном зазоре щелевого волновода обеспечивает прямое взаимодействие излучения с газом, если он присутствует в помещении. Это потому, что свет встречает сильное возмущение в электрическом поле, потому что разница между показателями преломления кремния и воздуха достаточно велика », - пояснил Мухаммед Али Батт, старший научный сотрудник кафедры технической кибернетики Самарского университета.

По словам специалистов, прибор продемонстрировал свою эффективность для обнаружения метана. Однако, как и другие детекторы, устройство новой конструкции может быть настроено на регистрацию различных газов. Все, что вам нужно сделать, это выбрать подходящую длину волны света.

Авторы исследования заявили, что новая конструкция детектора основана на технологии, которая уже используется в промышленности сегодня: свет передается из стандартного гребенчатого волновода через специальный сегмент в кремниевый щелевой волновод. Они считают, что это обеспечит низкую стоимость детектора в массовом производстве.

Коллектив исследователей продолжает поиск перспективных методов разработки газоанализаторов различных типов для решения конкретных задач. Например, установка детектора на беспилотный летательный аппарат (БПЛА), в том числе стратосферный, облегчила бы обнаружение парниковых газов (особенно метана) в атмосфере.

Результаты исследования опубликованы в Журнале прикладной оптики.
Источник