Optické Senzory Kvality Ovzduší: Princip Fungování a Aplikace

Měření kvality ovzduší je klíčové pro zajištění zdravého životního prostředí a pohody. Optické senzory kvality ovzduší hrají v tomto procesu zásadní roli. Tento článek se zaměřuje na princip fungování optických senzorů kvality ovzduší, jejich výhody a různé aplikace.

Senzory Kvality Vzduchu: Přehled

Senzory kvality vzduchu se používají k měření koncentrací různých plynů a částic ve vzduchu. Oblíbeným modulem pro detekci kvality vzduchu je například senzor MQ-135, který se používá k měření koncentrací amoniaku (NH₃), oxidů dusíku (NOₓ), benzenu, alkoholu, kouře a dalších škodlivých látek. Bohužel tento senzor posílá přes analog jen koncentraci uvedených plynů a není schopen detekovat jednotlivé složky.

Modernější zařízení, jako je Sada pro kontrolu kvality ovzduší v1.1, jsou pokročilejší a energeticky úsporné. Tato sada je vybavena senzory SEN55 a SCD40 a 1,54palcovým e-ink displejem s rozlišením 200 x 200 px, což umožňuje jasné zobrazení výsledků monitorování v reálném čase. Integrované senzory umožňují monitorování parametrů, jako jsou pevné částice (PM1.0, PM2.5, PM4, PM10), teplota, vlhkost, VOC a koncentrace CO2, což umožňuje přesné posouzení kvality ovzduší v jakékoli místnosti.

Sada pro kontrolu kvality ovzduší v1.1 je plně kompatibilní s oblíbenými programovacími prostředími, jako jsou Arduino IDE, UiFlow2, ESP-IDF a PlatformIO, což umožňuje flexibilní konfiguraci a přizpůsobení zařízení individuálním potřebám. Zařízení navíc podporuje vývoj aplikací pomocí knihoven M5Unified a M5GFX.

Zhášená Fluorescence (QF)

Zhášená fluorescence (QF) je optický princip, který se spoléhá na přítomnost nebo nepřítomnost kyslíku, který ovlivňuje intenzitu a vlnovou délku fluorescenčního materiálu. Tato změna intenzity a vlnové délky emitovaného světla může být přímo úměrná koncentraci kyslíku v procesním plynu. Mezi benefity této technologie patří rychlá a přesná reakce na změny kyslíku, schopnost měřit kyslík až do velmi nízkých koncentrací (částí na milion), vysoká selektivita a imunita vůči rušení plyny, jako je CO₂ nebo H₂S, nízké nároky na údržbu bez spotřebních dílů či činidel a stabilita a bezpečnost zajištěné optickými komponenty v pevné fázi pro dlouhou životnost.

Čtěte také: Nerezové koše se senzorem: Co zvážit?

Technologie QF se používá napříč odvětvími pro monitorování kyslíku při zpracování zemního plynu, energetické transformaci, bioprocesování, studiích životního prostředí a kvality vody a v lékařském nebo biologickém výzkumu.

Princip Fungování Zhášené Fluorescence

Spektrometr využívá LED k vysílání viditelného světla přes optický kabel do vrstvy propustné pro kyslík obsahující fluorescenční barvivo. Kyslík mění intenzitu a vlnovou délku vyzařovaného světla barvivem, které analyzátor měří. Když molekula absorbuje světelnou energii, přechází do vyššího elektronového energetického stavu - proces známý jako excitace. Jak se molekula vrací do základního stavu, uvolňuje část absorbované energie ve formě viditelného nebo téměř viditelného světla.

Optické kyslíkové senzory se spoléhají na princip, že molekuly kyslíku mohou „uhasit“ fluorescenci excitovaného barviva:

• Excitace: Světelný zdroj, často modrá LED (≈ 470 nm), osvětluje fluorescenční barvivo imobilizované v matrici propustné pro kyslík.
• Emise: V nepřítomnosti kyslíku barvivo emituje jasně červenou nebo blízkou infračervenou fluorescenci.
• Zhášení: Když je přítomen kyslík, sráží se s excitovanými molekulami barviva a přenáší energii neradiačně, čímž snižuje intenzitu fluorescence a způsobuje posun vlnové délky.

Moderní senzory zhášející fluorescenci používají fázově modulované světelné zdroje k měření časového zpoždění (fázového posunu) mezi excitačním světlem a emitovanou fluorescencí. Doba života fluorescence se obvykle snižuje z mikrosekund na nanosekundy s rostoucí koncentrací kyslíku.

Zavedení systémů zhášené fluorescence v průmyslovém měření je dáno jejich optickou jednoduchostí a chemickou robustností ve srovnání s tradičními technologiemi. Optické systémy neobsahují žádné spotřební činidla ani elektrolyty. Díky stabilním barvicím matricím a polovodičovým komponentám jsou kalibrační intervaly dlouhé a údržba minimální.

Čtěte také: Srovnání venkovních senzorů kvality ovzduší

Další Technologie pro Analýzu Kyslíku

Pro analýzu kyslíku se používá několik dalších technologií, z nichž každá má své jedinečné silné stránky a omezení:

Aplikace Optických Senzorů Kvality Vzduchu

Optické senzory kvality vzduchu mají široké spektrum aplikací v různých odvětvích:

• Zpracování zemního plynu: Optické fluorescenční senzory zajišťují nepřetržité a přesné měření kyslíku od sběru až po distribuci, což pomáhá operátorům udržovat integritu systému.
• Energetická transformace: Pro aplikace zachycování, využití a ukládání uhlíku (CCUS) je kyslík kontaminantem, který je nutné odstranit. Aplikace bioplynu/biometanu se spoléhají na anaerobní fermentaci, takže je nutné měřit kyslík, aby se zjistilo, zda v fermentoru dochází k únikům.
• Bioprocesování a fermentace: V biotechnologii je regulace rozpuštěného kyslíku zásadní pro buněčný metabolismus. Fluorescenční senzory se ve fermentorech široce používají k zamezení problémů s driftem a sterilizací elektrochemických sond.
• Monitorování životního prostředí a vody: Měření zhášení fluorescence rozpuštěný kyslík (DO) v přírodních vodách a odpadních vodách.

Senzory CO2 a Jejich Principy

Kvalita ovzduší v místnostech má významný vliv na pracovní pohodu a udržení pozornosti osob. Jedním z možných důvodů měření koncentrace CO2 v místnostech je získání informace pro efektivní řízení větrání. Existuje několik principů měření CO2, které se vzájemně liší:

• Infračervené senzory (IR/NDIR): Měří útlum intenzity infračerveného světla dopadajícího / pronikajícího skrz molekuly plynu.
• Elektrochemické senzory (GSE/EC): Vytvářejí elektrický signál úměrný koncentraci CO2 vlivem reakce molekul měřeného plynu s elektrolytem uvnitř senzoru.
• Polovodičové senzory (MOX/MOS): Založeny na změně vodivosti povrchu polovodiče vlivem působením měřeného plynu.

Octopus Optický Senzor Kvality Vzduchu

Octopus optický senzor kvality vzduchu je kompaktní elektronický modul, který využívá optický snímač prachu Sharp GP2Y1010AU0F k detekci hustoty prachových částic o průměru větším než 0,8 μm. Tento senzor je jednoduše použitelný s microbitem díky připravenému rozšíření. Výstupní analogový signál odpovídá naměřené koncentraci prachových částic s citlivostí 0,5V / 100 μg / m³.

Snímač prachových částic můžete použít třeba k výrobě výstražného zařízení pro osoby alergické na pyl, jako detektor cigaretového kouře nebo kouře vzniklého např. laserových procesů, jako je svařování, řezání a povrchová úprava.

Čtěte také: Odpadkové koše Lamart s automatickým otevíráním

tags: #optický #senzor #kvality #ovzduší #princip #fungování

Oblíbené příspěvky:

• Jak správně zlikvidovat vozidlo?
• Ekologie a Životní Tabulky
• Klimatické podmínky Klášterce nad Ohří
• Zdravotnický recyklační systém v ČR
• Čistší životní prostředí