Preview

Российский технологический журнал

Расширенный поиск

Радиоволновая технология резонансной газосенсорной СВЧ-телеметрии

https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-18-28

Полный текст:

Аннотация

Исследована возможность применения микрополосковых СВЧ-резонаторов отражающего типа в решении задач резонансной газосенсорной телеметрии на слоистых диэлектрических подложках с газочувствительным напылением. Отмечено, что применение химически активных напылений, например, на основе цеолитов, имеющих высокую селективную газо-адсорбентную кинетику по быстродействию, позволяет создавать радиосенсорные материалы, способные изменять диэлектрическую проницаемость в процессе поглощения газовых веществ, а также сублимированных паров твердых и жидких фаз различных соединений. В качестве альтернативного подхода в области дозиметрического газомониторинга предлага-ется модификация радиосенсорных приложений на основе микроволновых датчиков, позво-ляющих при помощи микроволновых решений на базе микрополосковых СВЧ-резонаторов с активным газочувствительным сорбционным цеолитным напылением на диэлектрическую подложку проводить газоанализ в режиме реального времени. Сформулирован радиоволновой принцип  действия  микрополоскового  газосенсорного  анализатора.  Разработана его электродинамическая модель в среде Altair Feko. Спланирован эксперимент и проведены испытания метода газосенсорной телеметрии паров нитрида водорода, растворенных в воде. Установлено, что количество сорбированной воды и нитрида водорода в цеолите однозначно соответствует, как абсолютному значению коэффициента отражения в микрополосковом газосенсорном анализаторе в режиме резонанса, так и самой резонансной частоте анализатора. На примере регистрации паров нитрида водорода показано, что зависящие от концентрации адсорбированного газа коэффициент отражения и сдвиг частоты в резонаторе соответствуют характеристикам насыщения газосенсорного датчика и позволяют многократно измерять небольшие концентрации газа, поглощенного цеолитом, при температуре, соответствующей условию быстрого испарения контролируемого газа с активного слоя диэлектрика, что гарантирует десорбцию датчика. Установлено, что в целях повышения быстродействия газосенсорного отклика целесообразно создавать микрополосковый резонатор для резонансной области 8–10 ГГц и использовать материал подложки микрополоскового датчика с высокой диэлектрической проницаемостью. Переход в область верхних частот СВЧ позволит сократить размеры топологии микрополоскового резонатора и уменьшить  эффективную площадь цеолитового напыления, а, следовательно, повысить скорость адсорбции газочувствительного слоя активного диэлектрика.

Об авторах

М. С. Костин
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Костин Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и производства радиоэ-лектронных средств Института радиотехнических и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВО

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78



А. Д. Ярлыков
МИРЭА – Российский технологический университет
Россия

Ярлыков Алексей Дмитриевич, ассистент кафедры радиоволновых процессов и технологий Института радиотех-нических и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВО

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78



Список литературы

1. Beulertz G., Votsmeier M., Moos R. In operando Detection of Three-Way Catalyst Aging by a Microwave-Based Method: Initial Studies. Appl. Sci. 2015;5(3):174–186. https://doi.org/10.3390/app5030174

2. Dietrich M., Hagen, G., Reitmeier W., Burger K., Hien M., Grass P., Kubinski D., Visser J., Moos R. RadioFrequency-Based NH₃-Selective Catalytic Reduction Catalyst Control: Studies on Temperature Dependency and Humidity Influences. Sensors. 2017;17(7):1615. https://doi.org/10.3390/s17071615

3. Dietrich M., Steiner C., Hagen G., Moos R. RadioFrequency-Based Urea Dosing Control for Diesel Engines with Ammonia SCR Catalysts. SAE Int. J. Engines. 2017;10(4):1638–1645. https://doi.org/10.4271/2017-01-0945

4. Dietrich M., Jahn C., Lanzerath P., Moos R. Microwave based Oxidation State and Soot Loading Determination on Gasoline Particulate Filters with Three-Way Catalyst Coating for Homogenously Operated Gasoline Engines. Sensors. 2015;15(9):21971–21988. https://doi.org/10.3390/s150921971

5. Nanjundaswamy H., Nagaraju V., Wu Y., Koehler E., Sappok A., Ragaller P., Bromberg L. Advanced RF Particulate Filter Sensing and Controls for Efficient Aftertreatment Management and Reduced Fuel Consumption. SAE Technical Paper. Warrendale, PA, USA; 2015. 12 p. https://doi.org/10.4271/2015-01-0996

6. Rauch D., Albrecht G., Kubinski D., Moos R. A microwave-based method to monitor the ammonia loading of a vanadia-based SCR catalyst. Appl. Catal. B. 2015;165:36–42. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2014.09.059

7. Sappok A., Bromberg L., Parks J.E., Prikhodko V. Loading and Regeneration Analysis of a Diesel Particulate Filter with a Radio Frequency-Based Sensor. SAE Technical Paper. Warrendale, PA, USA; 2010. https://doi.org/10.4271/2010-01-2126

8. Kostin M.S., Vikulov V.M., Paramonov A.A. Transient Electromagnetic Pulse Emanation in Digital Systems in the Mode of Pulsed Excitation of the Printed Connector Elements. J. Commun. Technol. Electron. 2019;64(2):107–110. https://doi.org/10.1134/S1064226919020116

9. Stuart G.C. Gas microstrip detectors on thin plastic substrate, Dissertation, Degree: Ph.D., DegreeYear: 1995, Institute: Carleton University (Canada), Adviser: John Armitage. 10. Peskov V., Oliveira R., Martinengo P., Fonte P., Nappi E., Pietroraolo F., Picchi P. Resistive microstrip and microdot detectors: a novel approach in developing spark protected micropattern detectors. In: Proceedings of Science. XI Workshop on Resistive Plate Chambers and Related Detectors (RPC 2012). Italy; 2012. 7 p. https://doi.org/10.22323/1.159.0070

10. Fahmy S., Schmidt M., Cordero F., Roques J.P. Integral spectrometer: highlights of five years of operations. In: Proceedings of SpaceOps 2008 conference, Heidelberg, Germany, 2008. 21 p. https://arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2008-3279

11. Di Fino L., Zaconte V., Ciccotelli A., Larosa M., Narici L. Fast probabilistic particle identification algorithm using silicon strip detectors. Advances in space research. 2012;50(3):408–414. https://doi.org/10.1016/j.asr.2012.04.015


Для цитирования:


Костин М.С., Ярлыков А.Д. Радиоволновая технология резонансной газосенсорной СВЧ-телеметрии. Российский технологический журнал. 2021;9(1):18-28. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-18-28

For citation:


Kostin M.S., Yarlykov A.D. Radiowave technology of resonant gas-sensor microwave telemetry. Russian Technological Journal. 2021;9(1):18-28. (In Russ.) https://doi.org/10.32362/2500-316X-2021-9-1-18-28

Просмотров: 100


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-316X (Online)