Sensore a fibra ottica per idrogeno gassoso a temperature criogeniche

Descrizione

Sensore a fibra ottica capace di rilevare basse concentrazioni di idrogeno, al di sotto del limite di esplosione ( 5%), in aria o nel vuoto a temperature criogeniche e, contemporaneamente,  di monitorare la temperatura dell’ambiente in cui è inserito.
Il sensore è realizzato utilizzando una fibra ottica alla cui estremità sono depositati uno o più strati sottili di nanotubi di carbonio. Il principio di funzionamento, basato sulla misura della variazione di una proprietà ottica, la riflettività, ne consente l’utilizzo in condizioni di estrema sicurezza anche in ambienti esplosivi.

Vantaggi

Rispetto ai rilevatori di idrogeno esistenti in commercio, quello che proponiamo è in grado di rilevare idrogeno gassoso a concentrazioni inferiori al suo limite di esplosione, 5%, e a temperature criogeniche di circa 113°K (-160°C). Inoltre, a differenza di altri dispositivi basati su misure di tipo elettrico,  questo sensore misura la variazione di una proprietà ottica, la riflettività, e quindi può operare con estrema sicurezza anche  in ambienti potenzialmente esplosivi.

Campo di applicazione

Viste le sue caratteristiche, il sensore è adatto ad essere impiegato ogni qualvolta sia necessario rilevare la presenza di idrogeno.
Tra i possibili impieghi:
-nel settore aerospaziale e militare, per monitorare la percentuale di idrogeno gassoso nei serbatoi di propellente nei veicoli di lancio, al fine di rilevarne eventuali perdite.
-nelle aree protette e sorvegliate dove sono stoccate, ad esempio scorie nucleari, esplosivi, armi e  munizioni, o sostanze tossiche e/o nocive, per monitorare in tempo reale la formazione di eventuali miscele esplosive di idrogeno
-inoltre, può essere impiegato nel settore riguardante il “ciclo industriale dell’idrogeno”, per monitorare le diverse fasi di produzione, stoccaggio, trasporto e utilizzo.

Scheda tecnica

Il funzionamento del sensore si basa sulla misurazione della variazione della riflettività di un fascio di luce che si propaga all’interno della fibra ottica, variazione che avviene  nell’interfaccia tra la fibra ottica  e lo strato di nanotubi a seguito dell’assorbimento di idrogeno da parte dei nanotubi stessi.
Il sensore viene realizzato depositando su una estremità di una fibra ottica strati sottili Langmuir-Blodgett* di nanotubi di carbonio a singola parete. Tra la fibra ottica e lo strato di nanotubi viene depositato uno o più strati di un materiale che va a formare un cuscinetto che serve ad aumentare l’adesione dei nanotubi e/o la sensibilità del sensore.
Il materiale cuscinetto può essere costituito da arachidato di cadmio, arachidato di nichel, arachidato di ferro, beenato di nichel, beenato di cadmio, beenato di ferro. Essendo il funzionamento del sensore basato sulla sola discontinuità tra fibra e strato sensibile, è possibile utilizzare qualsiasi fibra ottica,  monomodale, multimodale o a mantenimento di polarizzazione.
Per misurare anche la temperatura ambiente, all’interno della fibra ottica viene precedentemente realizzato un reticolo di Bragg.

Note

Langmuir-Blodgett: particolare metodo seguito per la formazione di film sottili di nanocompositi
Riflettività: indica, in ottica, la proporzione di luce incidente che una data superficie è in grado di riflettere. Riflessione, assorbimento e trasmissione sono le tre proprietà che manifesta un corpo sottoposto a irraggiamento luminoso o termico.
Reticolo di Bragg: permette l'integrazione di diversi sensori su un'unica interfaccia.

Titolo BrevettoSensore a fibra ottica per idrogeno gassoso a temperature criogeniche
InventoriPenza Michele - Cutolo Antonello - Aversa Patrizia - Cusano Andrea -
Consales Marco - Cassano Gennaro - Giordano Michele
Data Deposito05-04-2006
N° brevetto ENEA
605
N Dom BrevRM2006A000192
Stato del brevettoDepositato
Paesi di vigenza
Italia
TitolareENEA 34% - OPTOSMART 28% - CNR 22% - CeRICT 16%
ContattiMichele Penza