Urządzenie do wykrywania i rejestracji wybuchów

Zespół:

Istota wynalazku

W pracy magisterskiej wykonanej w 2009 roku na Wydziale Fizyki PW wykazano, że diody elektroluminescencyjne emitują impulsy świetlne pod wpływem impulsów akustycznych (Cecylia Brandt - "Modulacja promieniowania diody elektroluminescencyjnej wywołana akustyczną falą powierzchniową"). Praca ta oraz wykorzystujący badane zjawisko wynalazek ( C. Brandt, I. Gronowska - "Sposób modulacji światła i modulator światła", P-387867 z dnia 23.04.2009) stały się podstawą do dalszych badań.

W następnej pracy magisterskiej z tej dziedziny, wykonanej na Wydziale Fizyki PW (Karol Dulny - "Badanie struktur diod elektroluminescencyjnych zwartych akustycznie z podłożem piezoelektrycznym") wykazane zostało, że efekt świecenia diod pod wpływem impulsów akustycznych jest zwiększony, jeżeli strukturę diody LED (dioda LED bez obudowy) umieści się na podłożu z materiału piezoelektrycznego. Otrzymuje się wówczas impulsy świetlne o znacznie większej amplitudzie. Korzystne jest stosowanie fal z zakresu ultradźwięków. Wyniki wymienionej pracy wykorzystane zostały między innymi w opisie patentowym P-400030 z dnia 18.07.2012.

Istota wynalazku (P-400030) polega na zastosowaniu diody LED umieszczonej na podłożu piezoelektrycznym, na przykład na płytce z ceramiki piezoelektrycznej, do wykrywania fal akustycznych. Źródłem fal akustycznych może być celowo wywołany lub przypadkowo powstały wybuch. Impuls akustyczny powstały w wyniku wybuchu może spowodować emisję impulsu optycznego. Warunkiem jest możliwość propagacji fali akustycznej przez ośrodek o stosunkowo niewielkim tłumieniu. Wiele ciał stałych takich jak skały, cegła, beton, metale, ceramika spełnia ten warunek. Jeżeli płytkę ceramiczną z diodą LED umieścimy na skalnej przeszkodzie, a wybuch nastąpi po jej stronie przeciwnej, to przechodząca przez przeszkodę skalną fala oddziaływuje z płytką piezoelektryczną i z diodą LED na płytce. Powoduje to emisję impulsu świetlnego. Aby zwiększyć bezpieczeństwo ludzi i ochronić aparaturę odbiorczą, impuls świetlny jest doprowadzany do odbiornika za pomocą światłowodu. Na przeszkodzie skalnej może być zamontowanych kilka zestawów diod z płytkami piezoelektrycznymi. Zwiększa to niezawodność wykrywania wybuchów. Rozszerza to również rejestrowane pasmo akustyczne, jeżeli takie zestawy będą się różniły częstotliwością pracy.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Korzyści wynikają z możliwości nowych zastosowań - wykrywanie mikrowybuchów oraz z możliwości poprawy bezpieczeństwa ludzi i aparatury.
Urządzenie do wykrywania i rejestracji wybuchów może mieć następujące zastosowania:
1. w urządzeniach wykorzystujących technologie wybuchowe, takich jak zgrzewanie wybuchowe,
2. jako aparatura ostrzegawcza w kopalniach przed tąpnięciem (wcześniej powstają mikropęknięcia i mikrowybuchy w skałach, które wykryje urządzenie skonstruowane według wynalazku),
3. jako aparatura przeznaczona dla cukrownictwa - do wykrywania mikrowybuchów w bryłach cukru,
3. w urządzeniach rejestrujących zjawiska i zdarzenia pod Ziemią, informacja o zbliżającym się trzęsieniu Ziemi, na podstawie wykrytych mikrowybuchów w skałach,
3. do rejestracji wybuchów na poligonie - zastosowanie w sprzęcie wojskowym, informacja o wybuchach przekazywana za pomocą wiązki światłowodów, co zapewnia bezpieczeństwo obsługi aparatury,
4. jako aparatura monitorująca miejsca zagrożone atakami terrorystycznymi.

Potencjał komercjalizacyjny

Wynalazek może stanowić podstawę do konstrukcji nowego typu aparatury akustyczno-optycznej do zastosowań przemysłowych, badawczych i militarnych. Urządzenie może rejestrować zdarzenie niebezpieczne - wybuchy w sposób zapewniający bezpieczeństwo użytkownika. Urządzenie daje nowe możliwości zastosowań, takich jak wykrywanie mikrowybuchów. Ze względu na szerokie możliwości zastosowań jest atrakcyjne dla polskich firm.

Urządzenie takie będzie zawierało nadajnik ultradźwiękowy i odbiornik optoelektroniczny. Jako partnerzy odpowiednie będą polskie firmy zajmujące się aparatura ultradźwiękową oraz optoelektroniczną. Nawiązany został kontakt z firmą POLAM-ELTA, która nieodpłatnie przekazała struktury LED do badań oraz również nieodpłatnie wykonała montaż tych struktur do podłoża. Dalsza współpraca z firmą POLAM-ELTA jest możliwa i zapowiada się bardzo korzystnie.