Contact rapid: 0722 262 118, 0773 340 579, 0722 243 917

VigiAIR - SISTEM INTELIGENT PENTRU MONITORIZAREA CALITĂȚII AERULUI DIN INTERIOR

 

INFORMATII GENERALE DESPRE PROIECT

Denumirea Programului din PN III: Programul 2 - Creșterea competitivității economiei

Denumirea Subprogramului: Subprogramul 2.1 - Competitivitate prin cercetare, dezvoltare și inovare

Tip proiect: Proiect de Transfer la operatorul economic (PTE)

Titlul proiectului: Sistem Inteligent pentru Monitorizarea Calității Aerului din Interior

Cod: PN-III-P2-2.1-PTE-2019-0517

Contract Nr.: 50PTE/2020

Perioada: 2020-2022 (24 luni)

 

CONSORTIU

● Coordonator (CO): ROMELGEN S.R.L. București - Ing. Ion STAN

● Partener 1: INCD pentru Microtehnologie (IMT) București - Dr. Ing. Carmen MOLDOVAN

 

SCOPUL PROIECTULUI

● Dezvoltarea, demonstrarea și transferul tehnologic al unui nou sistem de senzori de gaze pentru monitorizarea calității aerului din interior (din spații închise).

 

OBIECTIVELE PROIECTULUI

● Dezvoltarea unor straturi senzitive pentru senzori de gaze (CO, NH3, NO2, formaldehidă), bazate pe oxid de grafenă

● Dezvoltarea, fabricarea și validarea unui prototip de sistem inteligent pentru monitorizarea calității aerului din interior, bazat pe microsenzori cu straturi senzitive din oxid de grafenă / polianilină. Sistemul va fi dezvoltat până la TRL 6.

● Dezvoltarea unor algoritmi software inteligenți pentru cuantificarea concentrației gazelor-țintă în amestecuri de gaze

● Transferul tehnologiei de fabricare a sistemului inteligent pentru monitorizarea calității aerului

● Întărirea capacității de inovare a întreprinderii – coordonator prin dezvoltarea unui nou produs inovator, cu mare potențial de exploatare: un sistem inteligent pentru monitorizarea nivelului de gaze și substanțe periculoase în aerul din spații închise

 

REZULTATE PRECONIZATE (PROIECT)

● Dezvoltarea straturilor senzitive pentru detecția de gaze, sub formă de „cerneală” pentru InkJet printing

● Fabricarea, caracaterizarea și testarea a 50 de microsenzori

● Dezvoltarea algoritmilor software pentru detecție

● Realizarea prototipului sistemului

● Cerere de brevet si diseminare rezultate

 

REZULTATE 2021 (ROMELGEN)

● Realizarea unei platforme pentru testarea senzorilor de gaze: monoxid de carbon (CO), dioxid de azot (NO2), amoniac (NH3), formaldehida (CH2O), cu 6 surse de gaz ce pot fi amestecate, posibilitate de barbotare, control precis al concentratiei fiecarui gaz, folosind controlere de debit (mass flow controller) si interfata cu calculatorul.VigiAir Platforma masurare senzori 2VigiAir Cutie de test

 

● S-a realizat partea de proiectare si procesare a mastilor de lucru cu ajutorul carora, pe baza unui proces tehnologic predefinit, au putut fi obtinute structurile de test, pe substrat ceramic, structuri senzitive la detectia gazelor de interes (CO, NH3, NO2, formaldehidă). 

VigiAir Structura senzor

 

 

 

 

 

 

Structura de senzor pe substrat ceramic

 S-a realizat un proces de caracterizare si testare functionala a traductorilor obtinuti pe substrat ceramic imediat dupa incheierea procesului tehnologic de fabricare a acestora. Aceasta etapa de caracterizare functionala consta practic intr-o triere din punct de vedere optic si electric a traductorilor pentru depistarea eventualelor scurturi metalice ce ar putea sa existe intre electrozii interdigitate, scurturi aparute in urma parcurgerii fluxului tehnologic.

 Au fost sintetizate straturi senzitive bazate pe materiale carbonice cu polimeri conductivi şi au fost prezentate sintezele, metodele de depunere, caracterizările straturilor depuse pe senzori precum şi testarea senzorilor pe gazele ţintite. Noutatea acestui senzor şi implicit a materialului senzitiv este că detecţia de NO2 are loc la temperatura camerei fără a necesita o încălzire a senzorului. În etapa următoare a acestui proiect vor fi sintetizate si prezentate şi straturile pentru detectia gazelor CH2O şi CO.  

VigiAir Grafic senzor

Graficul înregistrat la expunerea senzorului cu rGO/PANI la concentraţiile de 5-10-20-50-100-150 şi 300 ppm NH3

  S-au efectuat teste preliminare pentru dezvoltarea unor algoritmi software inteligenți folositi pentru cuantificarea concentrației gazelor-țintă în amestecuri de gaze.

 

Platforma pentru caracterizarea si testarea senzorilor de gaze contine:

VigiAir Platforma masurare senzori 3
1. Cinci butelii de alimentare cu gaze cu urmatoarele caracteristici:

- Azot -N (99,999%), ca gaz purtator in butelie 10L/200bar
- Amestec 1000ppm monoxid de carbon-CO in azot in butelie 10L/150bar
- Amestec 100ppm dioxid de azot-NO2 in aer in butelie 10L/150bar
- Amestec 500ppm amoniac-NH3 in azot in butelie 10L/150bar
- Amestec 20ppm formaldehida-CH2O in azot in butelie de 10L/150bar
2. Cinci regulatoare de presiune din care:
- Un regulator din alama cromata 200/4bar pentru butelia de azot
- Patru regulatoare din INOX 200/4bar pentru celelalte butelii
3. Sase manometre din INOX, 0-2,5bar pentru monitorizarea presiunii gazelor
4. Sase robineti cu bila din INOX care permit/blocheaza circulatia gazelor spre camera de testare
5. Sase controlere de debit masic (mass flow controller) care regleaza debitul masic.
6. Sase electrovalve care permit/blocheaza circulatia gazelor spre camera de testare
7. Circuitul de comanda al electrovalvelor
8. Un robinet cu bila cu trei cai care permite accesul gazului umidificat spre camera de testare sau evacuarea gazului in exterior
9. Barbotor (umidificator) care permite umidificarea gazelor pentru testarea senzorilor
10. Camera de testare care permite testarea a patru senzori la un gaz sau la un amestec de gaze
11. Controler pentru comanda controlerelor de debit
12. Interfata pentru achizitia de date si definirea rutinelor de testare

 

REZULTATE 2022 (ROMELGEN)

● Realizarea unui prototip al unui sistem inteligent pentru monitorizarea calității aerului din interior, bazat pe microsenzori cu straturi senzitive.
In urma a mai multor masuratori cu rezistoare test (in cadrul carora eroarea de repetabilitate a fost de 0%) s-a observat ca eroarea de masura este mai mică de ± 1%.

Canal 0 Canal 1 Canal 2 Canal 3
R test 21.9 98.2 3.25 50.6
R medie 1 21.76 97.81 3.27 50.38
Eroare 1 0.64% 0.40% -0.62% 0.43%
R medie 2 21.79 97.85 3.27 50.39
Eroare 2 0.50% 0.36% -0.62% 0.42%


Principalele componente sunt:

VigiAir Prototip

1. o cutie de plastic rezistent (lxLxh 10x18x5 cm) cu fante laterale pentru absorbtia aerului

2. un alimentator (pentru priza normala de 230VAC) care asigura functionarea optima a tuturor componentelor

3. placa de dezvoltare Raspberry Pi4, pe care ruleaza algoritmul de masura, realizat in mediul de dezvoltare Python 3
4. un ecran color LCD 2x16 caractere, care comunica prin interfata I2C

5. un convertor analog-digital, cu 4 canale de tip single-ended, rezolutie 16 biti, consum redus de curent (150µA) si comunicatie prin interfata I2C

6. un PCB, realizat special pentru caracteristicile de impendata ale microsenzorilor dezvoltati in proiect
7. microsenzori cu impedanta variabila care se leaga cu cate 2 terminale la PCB, prin intermediul unor conectoare special dezvoltate (baza din teflon si conectoare din tombac aurit). Conectorul pentru microsenzori este prezentat in figura de mai jos.

 

VigiAir Conector microsenzor

 

 

 

 

 

 

 

  

● Realizarea algoritmului de detectie a gazelor, care are cateva functii importante:

1. realizarea setarilor de comunicatie, de achizitie de date, de salvare a datelor
2. functia principala de achizitie multiplexata de date de la cei 4 microsenzori
3. analiza concentratiei de gaze si compararea fiecareia cu pragurile de alarma
4. stabilirea mesajelor ce vor fi afisate pe ecranul LCD

 

DISEMINARE

 - ARTICOLE

● " A New Hybrid Sensitive PANI/SWCNT/Ferrocene-Based Layer for a Wearable CO Sensor " Savin, M., Mihailescu, C. M., Avramescu, V., Dinulescu, S., Firtat, B., Craciun, G., ... & Moldovan, C. - Sensors 21.5 (2021): 1801

Developing a sensing layer with high electroactive properties is an important aspect for proper functionality of a wearable sensor. The polymeric nanocomposite material obtained by a simple electropolymerization on gold interdigitated electrodes (IDEs) can be optimized to have suitable conductive properties to be used with direct current (DC) measurements. A new layer based on polyaniline:poly(4-styrenesulfonate) (PANI:PSS)/single-walled carbon nanotubes (SWCNT)/ferrocene (Fc) was electrosynthesized and deposed on interdigital transducers (IDT) and was characterized in detail using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), cyclic voltammetry (CV), scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, X-ray photoemission spectroscopy (XPS), and X-ray diffraction (XRD). The sensor characteristics of the material towards carbon monoxide (CO) in the concentration range of 10–300 ppm were examined, showing a minimal relative humidity interference of only 1% and an increase of sensitivity with the increase of CO concentration. Humidity interference could be controlled by the number of CV cycles when a compact layer was formed and the addition of Fc played an important role in the decrease of humidity. The results for CO detection can be substantially improved by optimizing the number of deposition cycles and enhancing the Fc concentration. The material was developed for selective detection of CO in real environmental conditions and shows good potential for use in a wearable sensor.

 " Resistive Chemosensors for the Detection of CO Based on Conducting Polymers and Carbon Nanocomposites: A Review " - Savin, M., Mihailescu, C. M., Moldovan, C., Grigoroiu, A., Ion, I., & Ion, A. C. - Molecules 27.3 (2022): 821

   Nanocomposite materials have seen increased adoption in a wide range of applications, with toxic gas detection, such as carbon monoxide (CO), being of particular interest for this review. Such sensors are usually characterized by the presence of CO absorption sites in their structures, with the Langmuir reaction model offering a good description of the reaction mechanism involved in capturing the gas. Among the reviewed sensors, those that combined polymers with carbonaceous materials showed improvements in their analytical parameters such as increased sensitivities, wider dynamic ranges, and faster response times. Moreover, it was observed that the CO reaction mechanism can differ when measured in mixtures with other gases as opposed to when it is detected in isolation, which leads to lower sensitivities to the target gas. To better understand such changes, we offer a complete description of carbon nanostructure-based chemosensors for the detection of CO from the sensing mechanism of each material to the water solution strategies for the composite nanomaterials and the choice of morphology for enhancing a layers’ conductivity. Then, a series of state-of-the-art resistive chemosensors that make use of nanocomposite materials is analyzed, with performance being assessed based on their detection range and sensitivity.

 - BREVETE

● " Procedeu de realizare film compozit sensibil la amoniac bazat pe electrodepunerea materialului compozit PANI/MWCNT-NH2/PSS " C.A. Moldovan, C.M.Mihăilescu, M. Savin, B. Fîrtat, A. Grigoroiu, C. Brașoveanu, S. Dinulescu, G.S. Mulscalu, V.C. Georgescu, I. Stan. - A/00448 din 25.07.2022

At vero eos et accusamus et iusto odio dignissimos ducimus qui blanditiis praesentium voluptatum deleniti atque corrupti quos dolores et quas...

read more...

Adresa