पृथ्वी से प्राकृतिक गैस निकालने और पाइपलाइनों के माध्यम से परिवहन की प्रक्रिया वातावरण में मीथेन को रिलीज करती है, जो प्राकृतिक गैस का मुख्य घटक है और एक ग्रीनहाउस गैस है जो ग्लोबल वार्मिंग के 25 गुना से प्रभावित करती है, वायुमंडलीय गर्मी बहुत प्रभावी है। एक नया चिप-आधारित मीथेन स्पेक्ट्रोमीटर, जो एक कोने के सिक्का से छोटा होता है, एक दिन मीथेन लीक के बड़े क्षेत्रों पर निगरानी रखने में अधिक कुशल और आसान हो सकता है।
यॉर्कशायर, न्यूयॉर्क में आईबीएम थॉमस जे वाटसन रिसर्च सेंटर के वैज्ञानिकों ने एक नए प्रकार के मीथेन स्पेक्ट्रोमीटर विकसित किया है जो वर्तमान मानक स्पेक्ट्रोमीटर से छोटा और अधिक महंगा है। ऑप्टिक्स उच्च प्रभाव फैक्टर पत्रिका "ऑप्टिक" शोधकर्ताओं ने नए स्पेक्ट्रोमीटर को विस्तार से वर्णित किया और दिखाया कि यह मीथेन गैसों को कम से कम एक दस हज़ारवां का पता लगा सकता है।
उच्च प्रभाव प्रतिरोध के साथ ही रखरखाव की एक छोटी राशि
यह स्पेक्ट्रोमीटर सिलिकॉन फोटोनिक्स पर आधारित है, जिसका अर्थ है कि यह सिलिकॉन ऑप्टिक्स से बना है, जो कि कंप्यूटर चिप सामग्री बनाने में उपयोग किया जाता है। कंप्यूटर चिप्स के उपयोग के लिए इस चिप-आधारित निर्माण के लिए समान उच्च-क्षमता प्रसंस्करण विधियों का इस्तेमाल किया जा सकता है मीथेन स्पेक्ट्रोमीटर, तो स्पेक्ट्रोमीटर एक साथ शेल और बैटरी या सौर ऊर्जा के साथ, अगर बड़े पैमाने पर उत्पादन, लागत के रूप में कई सौ डॉलर के रूप में कम हो सकता है।
"आज उपलब्ध हजारों व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मीथेन डिटेक्शन ऑप्टिकल सेंसर की लागत के साथ, बड़ी क्षमता वाली मशीनिंग चिप स्पेक्ट्रोमीटर को एक अधिक महत्वपूर्ण मूल्य प्रस्ताव बना सकती है।" आईबीएम अनुसंधान टीम के प्रमुख विलियम ग्रीन ने कहा, "और कोई नहीं है" चलने वाले भागों, और इस तरह के सेंसर की बुनियादी आवश्यकताओं का कोई सटीक तापमान नियंत्रण कई वर्षों तक चल सकता है और लगभग कोई रखरखाव नहीं हो सकता है।
यह कम लागत वाली, उच्च गुणवत्ता वाली स्पेक्ट्रोमीटर रोमांचक नए अनुप्रयोग ला सकता है, उदाहरण के लिए, आईबीएम टीम तेल और गैस उद्योग में एक भागीदार के साथ काम कर रही है जिससे एक ऐसा प्रोजेक्ट विकसित किया जा सके जो एक स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करने के लिए मीथेन लीक का पता लगा सके, साइट की खोज और मरम्मत के हजारों लीक साइटें, आप कंपनी के समय और धन को बचा सकते हैं।
"प्राकृतिक गैस निष्कर्षण और वितरण की प्रक्रिया में, मिथेन वायु में रिसाव कर सकता है जब अच्छी तरह से उपकरण विफल हो जाता है, वाल्व में फंस जाता है या पाइप टूट जाता है।" हम एक प्रकार की चिप की खोज कर रहे हैं जिसे कुएं पर वितरित किया जा सकता है सेंसर नेटवर्क, उदाहरण के लिए, इन सेंसरों द्वारा एकत्र किए गए डेटा को रिसाव के स्थान और रिसाव की मात्रा को स्वचालित रूप से निर्धारित करने के लिए आईबीएम के भौतिक विश्लेषण सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जाएगा।
मीथेन गैस का एक निशान है जो पृथ्वी के वायुमंडलीय मात्रा का 1% से भी कम हिस्सा है। हालांकि शोधकर्ताओं ने मीथेन परीक्षण का प्रदर्शन किया है, वही तरीका अन्य व्यक्तिगत ट्रेस गैसों की उपस्थिति का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जिसका उपयोग एक साथ किया जा सकता है गैस का पता लगाने
हमारा दीर्घकालिक दृष्टिकोण इन प्रकार के सेंसर को रोजमर्रा की चीजों जैसे मोबाइल फोन या वाहनों में शामिल करना है जो कि दूषित पदार्थों, कार्बन मोनोऑक्साइड के खतरनाक स्तर या ब्याज के अन्य अणुओं का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। टीम के सदस्य एरिक झांग ने कहा, "क्योंकि यह स्पेक्ट्रोमीटर बहु-प्रजाति परीक्षण के लिए एक मंच प्रदान करता है, एक दिन शायद इसका इस्तेमाल स्वास्थ्य निगरानी के लिए सांस विश्लेषण के लिए भी किया जा सकता है।"
स्पेक्ट्रोमीटर को कम करें
यह नया उपकरण अवशोषण स्पेक्ट्रोस्कोपी नामक एक विधि का उपयोग करता है जिसके लिए आवश्यक है कि लेजर अणु के एकमात्र अवशोषण की तरंग दैर्ध्य पर है जिसके तहत लेजर हवा या नि: डिटेक्टर तक पहुंचने वाली रोशनी का पता लगाने के लिए ब्याज की हवा में अणुओं की मात्रा होती है, और वर्तमान एकाग्रता की गणना की जा सकती है।
नई प्रणाली के लिए एक समान दृष्टिकोण का उपयोग करता है, लेकिन यह डिवाइस का एक खाली स्थान नहीं है, लेकिन एक संकीर्ण सिलिकॉन वेवगाइड जो 10 सेमी की चिप लंबाई ऊपर लंबे सर्पिल पैटर्न स्थित है, के माध्यम से लेजर प्रकाश 16 वर्ग मिलीमीटर की सीमा निर्धारित किया जा सकता। प्रकाश में से कुछ, वेवगाइड के अंदर फंस गया है, जबकि सिलिकॉन में प्रकाश का लगभग 25% के बाहर हवा में फैली हुई है, यह कर सकते हैं एक निकट अवरक्त लेजर (1650 एनएम तरंगदैर्ध्य का उपयोग कर शोधकर्ताओं जहां सेंसर वेवगाइड बातचीत के आसपास के क्षेत्र के माध्यम से पता लगाने गैस के अणुओं ) मीथेन का पता लगाने के लिए।
डिवाइस की संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए, शोधकर्ताओं ने सावधानीपूर्वक मापा और नियंत्रित किया कारकों को नियंत्रित किया जिससे शोर और झूठे अवशोषण संकेतों को प्रेरित किया गया, स्पेक्ट्रोमीटर के डिजाइन को ठीक तरह से बनाया गया और संवेदक परिणाम देने के लिए वेवग्राइड के ज्यामितीय पैरामीटर को निर्धारित किया।
साइड की तुलना के अनुसार
मानक स्पेस स्पेक्ट्रोमीटर के प्रदर्शन के साथ नए स्पेक्ट्रोमीटर के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए, उन्होंने मीथेन की एकाग्रता को रिसाव और नियंत्रित करने, परिवेश कक्ष में उपकरणों को रखा और शोधकर्ताओं ने पाया कि चिप-आधारित स्पेक्ट्रोमीटर एक ही स्तर के फ्री स्पेस डिजाइन से अधिक था नि: शुल्क अंतरिक्ष संवेदक अधिक सटीक हैं और हवा के साथ 75% हवा की बातचीत को कम करते हैं। इसके अलावा, चिप संवेदक की संवेदनशीलता मीथेन एकाग्रता की न्यूनतम देखरेख के द्वारा मात्रा निर्धारित करती है और यह दर्शाती है कि यह अन्य प्रयोगशालाओं द्वारा विकसित मुक्त स्पेस स्पेक्ट्रोमीटर से बेहतर है प्रदर्शन
यद्यपि सिलिकॉन फोटोनिक्स प्रणाली - विशेषकर जो सेंसिंग सिस्टम में अपवर्तक सूचक परिवर्तन का उपयोग करते हैं, उन्हें पहले पता लगाया गया था, लेकिन हमारे काम का नया हिस्सा इस प्रकार के सिस्टम का इस्तेमाल करना है ताकि बहुत कम अवशोषण सिग्नल वाले मीथेन की कम सांद्रता का पता लगा सके और हमारे सेंसर चिप शोर का एक व्यापक विश्लेषण और न्यूनतम पहचान थ्रेसहोल्ड।
स्पेक्ट्रोमीटर प्रकाश के वर्तमान संस्करण की जरूरत है। लेकिन, शोधकर्ताओं काम कर रहे हैं प्रकाश स्रोत और एक डिटेक्टर ऑप्टिकल फाइबर से बाहर चिप के द्वारा चिप पर शामिल किया, यह पैदा करेगा एक बिजली के उपकरण अनिवार्य रूप से एक फाइबर ऑप्टिक कनेक्शन की आवश्यकता नहीं है। विभिन्न रिक्त स्थान के साथ वर्तमान सेंसर , नमूना या ऑप्टिकल चिप प्रकार। अगले साल का कोई विशेष तैयारी, वे सेंसर रखकर स्पेक्ट्रोमीटर की योजना क्षेत्र के परीक्षण के लिए अन्य बड़े नेटवर्क तैयार शामिल हैं।
'हमारा काम चलता है कि सभी ज्ञान सिलिकॉन फोटोनिक्स विनिर्माण, पैकेजिंग और डिजाइन के पीछे घटकों ऑप्टिकल सेंसर, कम लागत सिद्धांत की एक बड़ी मात्रा पर पूरा सेंसर प्रसंस्करण के क्षेत्र में लाया जा सकता है, और अंत में प्रौद्योगिकी के नए अनुप्रयोगों सक्षम करें।' ग्रीन ने कहा।
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