Разработка, изготовление и испытание экспериментального образца плосковолноводного оптического химического сенсора для обнаружения вредных веществ в воздухе населенных мест

Цель работы: разработка, изготовление и испытание экспериментального образца плосковолноводного оптического химического сенсора для обнаружения вредных веществ в воздухе населенных мест.В ходе выполнения НИОКР были получены следующие научные и научно-технические результаты:1.Разработан научно-технический отчет, содержащий:•Выбор направления исследования.•Конструкторскую документацию на экспериментальный образец.•Алгоритм работы и текст разработанного программного обеспечения.•Методики исследования экспериментального образца.•Результаты лабораторного исследования сенсорных характеристик экспериментального образца.2.Разработан и изготовлен экспериментальный образец плосковолноводного оптического химического сенсора, представляющий собой аппаратно-программное устройство, позволяющее проводить количественные измерения содержания газов – загрязнителей и состоящий из:•источник света (светодиод) с длинной волны излучения, соответствующей максимуму полосы поглощения чувствительного покрытия (645 нм);•волновод - оптически прозрачная пластина (стекло или кварц) 10 х 10 мм, служащая проводником для прохождения света от источника к фотоприемнику, одновременно выступает в качестве оптической подложки для нанесения чувствительного покрытия;•чувствительное покрытие - функциональный полимер, модифицированный катионами органических красителей, обратимо обесцвечивающийся в присутствии анализируемого газа;•фотоприемник для регистрирования изменения интенсивности излучения, проходящего через волновод;•аналого-цифровой преобразователь для преобразования падения напряжения на фотоприемнике в цифровой сигнал;•измерительная камера - полый цилиндр объемом 100 мл, внутрь которого помещена оптическая схема. Источник света и фотоприемник закреплены с противоположных торцов цилиндра. На боковых противоположных сторонах цилиндра закреплены штуцера, предназначенные для прокачки газо-воздушной смеси.3.Разработано программное обеспечение экспериментального образца автоматизированной системы мониторинга воздуха населенных мест. Получено свидетельство на программное обеспечение: «Программное обеспечение экспериментального образца автоматизированной системы мониторинга воздуха населенных мест».4.Проведенные лабораторные испытания показали, что разработанная конструкция сенсора отвечает всем необходимым требованиям для использования в качестве основного элемента станции атмосферного мониторинга, а именно характеризуется высокой чувствительностью, широким диапазоном определяемых концентраций и хорошей временной стабильностью сенсорных характеристик.Разработанная конструкция плосковолноводного оптического химического сенсора с полученными характеристиками может быть использована в качестве основного элемента автоматизированной системы мониторинга воздуха населенных мест. Разработанное программное обеспечение также планируется к использованию в разрабатываемой системе как для визуализации и оповещения о результатах проведенных измерений, так и для обеспечения обратной связи и настройки системы мониторинга. Основной областью применения разработанного сенсора является создание глобальной национальной системы мониторинга воздуха населенных мест при поддержке РОСГИДРОМЕТА и Главной геофизической обсерватории им А.И. Воейкова.Применение разрабатываемой автоматизированной системы, в противовес существующим многокомпонентным автоматизированным системам мониторинга (в том числе и передвижным), позволит обеспечить чувствительность сравнимую с существующими аналогами, но в отличии от них обладающей следующими преимуществами: миниатюрность, малое энергопотребление, отсутствие пробоподготовки, относительная дешевизна и простота анализа, а также малое время срабатывания (менее 2 минут).После разработки экспериментального образца системы мониторинга и проведения его испытаний может быть организован серийный выпуск в количестве примерно 200 шт. в год. Потенциальный объем рынка в России составит 200 шт. в год (при общей потребности около 3000 шт.). Конечная стоимость для потребителя должна быть в пределах 1000 - 3000 тыс. руб.По результатам НИОКР получено свидетельство о государственной регистрации на программное обеспечение №2020663556 от 29.10.2020: «Программное обеспечение экспериментального образца автоматизированной системы мониторинга воздуха населенных мест».Цели НИОКР полностью достигнуты в ходе выполненных исследований. Результаты исследований и выполненные работы полностью соответствуют Техническому заданию и календарному плану.Полученные результаты позволяют перейти к работам второго года выполнения проекта, а именно - разработке экспериментального образца автоматизированной системы мониторинга атмосферного воздуха.