Jste zde

Kvantové částicové senzory Q.ANT již pro praktické aplikace

Antonín Vojáček, 23. Květen 2024 - 19:37

V roce 2022 byl společností Q.ANT představen vývoj kvantového senzoru částic. V letošním roce 2024 je již nabízen k prodeji v několika provedeních a nasazen i v několika reálných aplikacích.

Co je Q.ANT Particle Sensor

Q.ANT Particle Sensors umožňují analýzu částic v reálném čase podle velikosti, tvaru a počtu v kapalinách a jako prášky pro velikosti částic od 2 do 700 mikrometrů. Výsledky analýzy jsou ovládány a zobrazovány prostřednictvím snadno použitelného uživatelského rozhraní založeného na webovém prohlížeči, které zaznamenává a vizualizuje podrobné rozložení počtu, velikosti, rychlosti a trajektorie částic a hodnoty statistické analýzy měření v reálném čase. V budoucnu mohou být naměřená data senzoru použita také ke klasifikaci tvaru částic pomocí umělé inteligence.

Nabízená provedení

Z pohledu měřicího rozsahu jsou aktuálně na výběr dvě verze:

Senzor Q.P2 - analyzuje částice o velikosti v rozsahu od 2 µm do 50 µm,
Senzor Q.P20 - analyzuje částice o velikosti od 20 µm do 700 µm.

Navíc lze zvolit laboratorní nebo průmyslové provedení podle toho, do jak čistých a provozně náročných podmínek mají být senzory použity

Všechna uvedená provedení však poskytují detailní informace o měřeném proudícím materiálu v reálném čase prostřednictvím webového rozhraní GUI. Snímač částic měří velikost, rychlost a dráhu částic v kapalinách, plynech a velmi jemných prášcích. Softwarové API rozhraní senzoru navíc umožňuje data přenášet i do různých nadřazených systémů vyhodnocení dat či provádět sběr a ukládání dat na lokální nebo cloudová datová úložiště. To odemyká širokou škálu dalších možností zpracování a využití. Například lze v reálném čase nahlédnout do výrobních procesů nebo kvality materiálu. Díky snadnému nastavení je senzor připraven k použití během několika minut.

Laboratorní (obr. vlevo) a průmyslové provedení (obr. vpravo) kvatového senzoru Q.ANT.

Příklady použití

Potenciální oblasti použití senzoru zahrnují monitorování pěstování biomasy, monitorování výroby prášků v chemickém a materiálovém průmyslu, analýzu nečistot v kapalinách a analýzu částic v laboratorních aplikacích.

Konkrétně například:

Přesně kontrolovat chemické reakce - kvantové stanovení distribuce velikosti pro detekci nežádoucích aglomerátů.
Zajištění kvality materiálů - podrobná analýza znalosti surovin produktů z kovoprůmyslu, plastikářského, keramického a cementářského průmyslu (velikost a rozložení zrn – zejména pro 3D tisk).
Pigmentová analýza - přesná analýza pigmentových surovin pro vývoj barev a textur v kosmetickém průmyslu.
Zlepšení čistoty vody - identifikace nežádoucích organismů a částic v procesech rafinace a čištění (například v oblasti úpravy vody).
Zajištění optimálního prostředí - zajištění kvality a čistoty výrobků, polotovarů a komponentů, například analýza účinnosti filtrů v pracích a odpadních vodách a také čistota procesních plynů.
Měření růstu organismů biomasy v řasovém reaktoru - monitorování a vyhodnocení růstových fází a klíčových buněčných atributů, jako je velikost, zbytky buněk, aglomerační faktor nebo kontaminace.

Princip funkce a konstrukce systému

Částicové senzory Q.ANT pracují bezkontaktně na optickém principu, kde se proudící médium (plyn, kapalina či prášek) prosvěcuje laserovým svazkem s využitím specificky generovaných kvantových efektů světla ve stavech superpozice. Když takové světelné vlny specificky tvarovaného laserového svazku narazí na částici, je osvětlena současně ve více dimenzích. To umožňuje i při vysoké frekvenci vzorkování laserového svazku získat mnoho informací (rychlost, velikost a trajektorie částice) v jediném měření v reálném čase. Z tohoto souboru dat může umělá inteligence určit celkový tvar / model částic včetně jejich přesných rozměrů. Vývojáři společnosti Q.ANT tento princip interně označují jako tzv. kvantový trik.

Jednotlivé části integrovaného měřicího systému:

1) Laser - polovodičové laserové diody napájené nízkošumovými proudovými budiči generují základní laserový světelný paprsek.
2) Optické vlákno - vede laserový paprsek do snímacího systému v podobě lineárních světelných vln, které dopadají na čočku objektivu.
3) Objektiv - miniaturní soustava čoček zaostří laserový paprsek a převede příchozí lineární světelné vlny na světlo ve stavu superpozice, které je následně vyzařováno do měřicího prostoru.
4) Měřicí prostor - částice měřené látky (v podobě plynu, kapaliny nebo jemného prášku) proudí průsvitnou trubicí, ve které jsou ozařovány světelným paprskem. Využívá se zde tzv. kvantový trik, kdy světlo ve stavu superpozice "osvětluje" částici současně v několika dimenzích. To umožňuje téměř okamžitě učinit závěry o rychlosti, velikosti a poloze zkoumané částice.
5) Optická krychle - převádí světlo ze stavu superpozice zpět na lineární světelné vlny, které se přivádí na optické detektory.
6) Optické detektory a zpracování - pomocí fotodetektorů a extrémně nízkošumových zesilovačů se optické paprsky transformují na specifický elektrický signál, který je následně digitalizován a zpracováván v softwaru. Ten data analyzuje a generuje přímo uživatelsky přívětivé informace o měřených částicích zobrazované na displeji prostřednictvím webového serveru.

Závěr

Aktuálně dodávané senzory částic Q.ANT umožňují částice měřit, tj. poskytovat jejich rozměry. Nicméně je ve vývoji již využití umělé inteligence pro přímé rozpoznání tvaru a následně pak i klasifikace / přiřazení ke konkrétnímu typu částice. Také by měla být dostupná online instalace senzoru a další zajímavé softwarové funkce.