Fényipar ; optikai módszerek és alkalmazásaik Szabó Gábor, egyetemi tanár SZTE Optikai és Kvantumelektonikai Tanszék
Témakörök Fotoakusztikus mérőrendszerek Lézeres mikromegmunkálás Orvosi képalkotás Optikai szonda Tomografikus optikai mikroszkóp
Fotoakusztikus mérőrendszerek
A fotoakusztikus módszer alapelve
Fotoakusztikus vízgőzmérés (Magas)légköri vízgőzmérések motivációi Klímakutatás (üvegházhatás, légkörkémia, stb) Időjárás előrejelzés pontosítása Kondenzcsík keletkezés mérséklése
Fotoakusztikus vízgőzmérés A műszerrel szembeni elvárások Érzékenységi tartomány: 4-40000 ppm Válaszidő: 1 s Mérjen vízgőzt, és teljes víztartalmat Működési tartomány: +30-60 C, 200 1000 mbar Megbízhatóság
Fotoakusztikus vízgőzmérés Problémák: nyomásfüggés M. Szakáll et. al. Infrared Phys. Techn. 48, (2006) 192-201
Fotoakusztikus vízgőzmérés Nyomásfüggés kiküszöbölése M. Szakáll et. al. Infrared Phys. Techn. 48, (2006) 192-201
Fotoakusztikus vízgőzmérés Hőmérsékletfüggés kiküszöbölése M. Szakáll et. al. Infrared Phys. Techn. 51, (2007) 113-121
Fotoakusztikus vízgőzmérés Sikeres tesztek a CARIBIC projektben
Fotoakusztikus vízgőzmérés Sikeres tesztek a CARIBIC projektben
H 2 O (ppmv) H 2 O (ppmv) cloud (ppmv) Fotoakusztikus vízgőzmérés Sikeres tesztek a CARIBIC projektben CARIBIC flight LH-158 Manila - Guangzhou 10000 1000 10000 1000 CARIBIC flight LH-311 Total Frankfurt water - Osaka (vapor 23. + cloud) September 2010 Water vapor Total Water (vapor + cloud) CR2 frost-point hygrometer photoacoustic laser spectrometer Water vapor photoacoustic laser spectrometer 100 100 150 2006.07.06 12:20 2006.07.06 12:50 2006.07.06 13:20 10 Date / Time 5 9/23/2010 12:00 9/23/2010 15:00 9/23/2010 18:00 9/23/2010 21:00 Date / Time 100 50 0
Fotoakusztikus kénhidrogénmérés Alkalmazás: földgázipar, biogáz előállítás stb Földgáz kénmentesítése A. Varga et. al. Appl. Phys. B 85, (2006) 315-321
Fotoakusztikus kénhidrogénmérés A mérési feladat A. Varga et. al. Appl. Phys. B 85, (2006) 315-321
Fotoakusztikus kénhidrogénmérés A megoldás A. Varga et. al. Appl. Phys. B 85, (2006) 315-321
Fotoakusztikus kénhidrogénmérés
Fotoakusztikus kénhidrogénmérés
Ammóniamérés Az ammónia: A harmadik legnagyobb N forrás a légkörben Alapvető szerepet játszik a felhő és eső kémiában Fontos tényező a vizek és talajok savasodásában Szerepet játszik az aerosol képződésben
Kompakt ammóniamérő Ammóniamérés Érzékenység: 50 ppb H. Huszár et. al. Sens. Act. B 134, (2008) 1027-1033
Ammóniamérés Nagyobb érzékenység szükséges! Megoldás: prekoncentrátor Érzékenység: 0,5 ppb! A. Pogány et. al. Environ. Sci. Tech. 43, (2009) 826-830
Ammonia concentration [ppb] Ammóniamérés Az igazi probléma a kibocsátás mérése. 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 1,1m 1,1m 1,1m fertilization 2,4m 1,1m 0,5m 0 Aug 28 Aug 29 Aug 30 Aug 31 Detektálható fluxus: 60 ng/(s.m 2 ) A. Pogány et. al. Atmos. Environ. 44, (2010) 1490-1496
Légköri aeroszolok mérése
PA signal(*10-6 cm -1 ) Légköri aeroszolok mérése Négyhullámhosszú rendszer Kezdeti eredmények 1,8 1,6 1,4 1,2 Inorganic soot Organic soot Dust 1,0 0,8 0,6 0,4 200 400 600 800 1000 1200 Wavelength (nm)
Légköri aeroszolok mérése Alapos kalibráció Karlsruhe-ban. C. Linke et. al. Atmos. Chem. Phys. 6, (2006) 3315-3323
Légköri aeroszolok mérése A műszer továbbfejlesztése: Angström exponens mérése. T. Ajtai et. al. J. Aerosol. Sci. 41, (2010) 1020-1029
Angström exponens Légköri aeroszolok mérése Angström exponens mérése terepen. 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 250 300 350 400 450 500 550 Hullámhossz (nm) Tél nappal Tél éjszaka Nyár
Optikai abszorpció [Mm -1 ] Légköri aeroszolok mérése Legújabb eredmények. 2250 2000 1750 266 nm 900 750 355 nm 1500 600 1250 1000 750 450 300 500 250 0 150 0 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 500 532 nm 250 1064 nm 400 200 300 150 200 100 100 50 0 0 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00 Idõ [óra] 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 24:00
Optikai abszorpció [Mm -1 ] Optikai abszorpció [Mm -1 ] Légköri aeroszolok mérése Legújabb eredmények. 140 120 100 80 60 40 20 0 b AE31 (370nm-521nm) =-1.99±0.05 b AE31 (520nm-950nm) =-1.29±0.04 b PA (266nm-355nm) =-3.73 b PA (355nm-532nm) =-2.24 b PA (532nm-1064nm) =-1.26 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Hullámhossz[nm] R=0.9985 R=0.9998 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 b AE31 (370nm-521nm) =-2.37±0.1 b AE31 (520nm-950nm) =-1.57±0.03 b PA (266nm-355nm) =-2.54 b PA (355nm-532nm) =-2.50 b PA (532nm-1064nm) =-1.61 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Hullámhossz[nm] R=0.9985 R=0.9998 4λ-PAS 7λ-Aethalometer α 266-355nm α 355-532nm α 532-1064nm α 370-520nm α 520-950nm Nappal 3.73 2.24 1.26 2.29 1.29 Délután 2.54 2.50 1.61 2.37 1.58
Gáz áteresztőképesség mérése Kísérleti elrendezés Z. Filus et. al. Polymer Testing 26, (2007) 606-613
Gáz áteresztőképesség mérése Mérési eredmények Z. Filus et. al. Polymer Testing 26, (2007) 606-613
Amount of permeated H 2 S (cm 3 /m 2 ) Gáz áteresztőképesség mérése Anomális (?) diffúzió 4000 3500 50 C 3000 2500 2000 1500 25 C 1000 500 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Time (hour)
Gáz áteresztőképesség mérése Mérés délibábbal 1000 bar, 120 C 1000 bar
Diffúziós gázáram sebessége [cm Gáz áteresztőképesség mérése Diffúziós anyagtranszport a szénhidrogén bányászatban 3 /m 2 /perc] 2500 2000 1500 1000 500 kiszárított 5 percig áztatott 15 órán át áztatott 0 0 1 2 3 4 5 6 Idő [óra] Kőzetminták mérése
Diffúziós gázáram sebessége [cm Gáz áteresztőképesség mérése Diffúziós anyagtranszport a szénhidrogén bányászatban 3 /m 2 /perc] 250 200 150 25 C 75 C 150 C 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 Idő [óra] Cementminták
További eredmények Fotoakusztika O 3 mérő (0,1 ppb) Glikol víztartalmának mérése Glikol és földgáz BTEX tartalmának mérése Biogáz analizátor
Tervek: Fotoakusztika Gombaölő szerek mérése Bőrgyógyászati alkalmazások Halitózis vizsgálata (H 2 S) Optikai mikrofon fejlesztése
Ablatív aeroszol generálás Kísérleti elrendezés Kalibráció grafittal T. Ajtai et. al. Appl. Phys. accepted
Ablatív aeroszol generálás Eltérés az UV tartományban T. Ajtai et. al. Appl. Phys. accepted
Optikai szonda
Optikai szonda Probléma: savkoncentráció idő és helyfüggő mérése akkumulátorokban Megoldás: miniatűr optikai szonda G. Gajdátsy et. al. Rev. Sci. Instr. 80 (2009) 125108 (4pp)
Optikai szonda Eredmények G. Gajdátsy et. al. Rev. Sci. Instr. 80 (2009) 125108 (4pp)
Küzdelem a fényelhajlással: tomografikus optikai mikroszkóp
CT működési elve
F
Tomografikus optikai mikroszkóp Működési elv G. Gajdátsy et. al. J. Opt. 12 (2010) 115505 (8pp)
Tomografikus optikai mikroszkóp Kísérleti elrendezés G. Gajdátsy et. al. J. Opt. 12 (2010) 115505 (8pp)
Tomografikus optikai mikroszkóp Eredmények G. Gajdátsy et. al. J. Opt. 12 (2010) 115505 (8pp)