FCIM: Licența-2017. Detecția gazelor în baza nanosenzorilor inteligenţi

Cazurile de intoxicări letale cu monoxid de carbon sau scurgerile de gaze explozive urmate de deflagrații devastatoare, de pe urma cărora a avut de suferit multă lume, m-au determinat să elaborez în cadrul tezei de licență un dispozitiv cu nanosenzori, care nu ar avea nevoie de o conexiune prin fir în utilizarea pe larg în viața de zi cu zi.

Orice persoană care își face griji pentru securitatea proprie, ar putea avea acasă un asemenea dispozitiv. Capacitatea de a funcționa în diverse medii oferă posibilitatea implementării acestuia în industrie și alte domenii, unde există necesitatea unor sisteme de securitate împotriva scurgerilor de gaze sau de monitorizare a stării mediului înconjurător. Dispozitivul ar fi indispensabil și pentru cercetarea unor senzori rezistivi (gaze, presiune, umiditate, radiație ultravioletă).

Un detector de gaze se proiectează în conformitate cu parametrii senzorilor: dimensiuni în scara nanometrilor și capacitatea de a dirija curenți electrici de ordinul nanoamperilor.

Reieșind din tema proiectului „Dispozitiv portabil cu nanosenzori pentru detecția gazelor”, sub îndrumarea conducătorului științific dr. hab., prof. univ. Oleg LUPAN, am stabilit cerințele tehnice pentru parametrii unui detector portabil de gaze cu patru nanosenzori: dimensiuni reduse; consum de energie scăzut; posibilitatea de încărcare prin USB; viteză înaltă de detectare a gazului, sensibilitate ridicată; stabilitate la diferite temperaturi și niveluri de umiditate; durată de funcționare ridicată; tensiunea de alimentare – 3,6 V; curentul aplicat pe senzor în limita a 100 pA – 10 nA; diapazonul de rezistențe măsurabile >10 GOhm; transmiterea datelor în regim Wireless; conexiune la calculator, telefon sau tabletă și posibilitatea de a fi conectat la un protocol industrial; calibrarea automată în funcție de parametrii senzorului.

Pentru respectarea acestor cerințe am elaborat, proiectat și asamblat două dispozitive, care comunică între ele prin intermediul unei conexiuni Wireless. Primul dispozitiv reprezintă partea de control (MASTER), iar al doilea – dotat cu senzori (SLAVE). Cel dintâi este echipat cu un display color pe care se afișează datele primite de la dispozitivul periferic, în cazul nostru dispozitiv cu 4 nanosenzori.

Partea de control constă din patru surse de curent reglabile în domeniul 100 pA – 10 nA și un microcontroller care colectează datele de la senzor, le filtrează și le transmite spre MASTER prin intermediul conexiunii fără fir Bluetooth, ZigBee sau prin cablu. Acest dispozitiv are posibilitatea de a se conecta și la un telefon mobil, de asemenea prin Bluetooth, și transmite datele în timp real, dar și cele colectate o dată la n minute, când dispozitivul funcționează în mod independent. Alimentarea acestui circuit se efectuează de la o baterie Li-Po de 3,7 V sau printr-un încărcător USB de 5 V.

Pentru a economisi energie, acest modul nu este dotat cu display, ci doar cu LED-uri, care indică funcționarea dispozitivului, cât și detectarea unei anumite concentrații de gaz presetată ca un nivel de prag. În acest caz, se declanșează o alarma sonoră, iar pentru a obține date concrete despre valorile senzorilor se conectează dispozitivul MASTER sau un telefon, calculator, tabletă.

În cadrul acestei lucrări a fost elaborată și implementată o metodă de măsurare bazată pe o sursă de curent, care debitează un curent de ordinul nanoamperilor. Au fost elaborate și niște filtre analogice capabile să excludă zgomotele din exterior. Au fost obținute două dispozitive, unul dotat cu senzori și altul cu display, ecran tactil și interfață cu utilizatorul. Ambele dispozitive comunică între ele fără fir, datorită modulelor Wireless. Dispozitivul dotat cu patru nanosenzori are un consum de energie redus și transmite datele de la senzori spre al doilea dispozitiv, care poate fi utilizat drept server pentru crearea sistemelor de securitate împotriva scurgerilor de gaze explozive sau nocive.

Dispozitivele portabile cu senzori pe care le-am elaborat anterior, după care le-am dezvoltat și perfectionat în cadrul tezei de licență, le-am demonstrat și la Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din Iași, România, la concursul „Microcontrolere şi aplicaţii – Mihail Konteschweller”, ediția a 7-a, unde am obținut Premiul I și Premiul special „Continental, Infineon, Microchip, Mobilservice, Silicon Service”. Şi în cadrul concursului „Academician Sergiu Rădăuțan” de la Universitatea Tehnică a Moldovei am obținut marele premiu și un premiu special acordat de Compania „Arobs Software”.

În finalul tezei de licență am formulat și niște idei pentru viitor: proiectarea unui circuit dotat cu un singur sensor pentru a avea dimensiuni reduse; sporirea funcționării autonome a dispozitivului până la o lună de lucru încontinuu; încărcarea fără fir a acumulatorului; crearea unei rețele de senzori; proiectarea unei baze de date și o interfață la calculator pentru colectarea și analiza datelor; realizarea unui program pentru smartphone. Am și alte idei pe care intenționez să le implementez în cadrul studiilor de master la Departamentul Microelectronică și Inginerie Biomedicală a UTM, dar și în cadrul Proiectului de cercetare științifică la UTM, în care am fost angajat recent sub conducerea dr. hab., prof. univ. Oleg LUPAN.

Ștefan MAIMESCU, 

absolvent FCIM

Print article Print article Conținutul website-ului utm.md este destinat exclusiv informării publicului larg. Preluarea materialelor se permite în limita a maximum 500 de semne, dar nu mai mult de jumătate din articolul preluat. În aceste condiţii, este obligatorie citarea sursei şi a autorului, iar în cazul portalurilor informaţionale – indicarea linkul ce conduce direct la sursă. Republicarea integrală a conținutului site-ului este interzisă în lipsa unui acord prealabil din partea Universității Tehnice a Moldovei. Pentru a obține acest acord, vă rugăm să ne contactați pe pr@adm.utm.md .