Sistemi per analisi ottiche
Le sorgenti luminose, quali laser e led, sono sempre più frequentemente impiegate per la realizzazione di sistemi di misura contact-less, ovvero sistemi di misura che permettono la rilevazione di uno o più parametri di interesse senza entrare in contatto fisico con l’oggetto da misurare. Le applicazioni di sistemi di questa tipologia sono molteplici, così come i campi scientifici e industriali all’interno dei quali tali sistemi possono essere impiegati.
Tipicamente, un sistema di analisi ottica fa uso di una sorgente luminosa, che viene indirizzata sul campione da misurare. Il campione altera la radiazione, diminuendone, ad esempio, la potenza ottica oppure alterandone la lunghezza d’onda. Un rilevatore posto a valle del campione rileva la radiazione modificata. Dall’analisi del conseguente segnale vengono estratti i parametri desiderati. L’obiettivo può essere la verifica della concentrazione di un determinato elemento chimico all’interno di un gas o una soluzione liquida, così come la valutazione di parametri fisici come assorbanza e trasmittanza di un determinato materiale ad una radiazione. Attraverso l’implementazione di tecniche fisico-chimiche, è possibile anche individuare la presenza di marker specificatamente inseriti all’interno di un campione di misura.
Da più di un decennio ci occupiamo di progettare sistemi per analisi ottiche per svariate applicazioni, a seconda del campo operativo del cliente. I parametri fisici che governano questi sistemi sono ben chiari ai progettisti e, sebbene i campi di applicazione possano essere apparentemente molto distanti fra loro, i punti chiave del processo di misura sono comuni a tutti.
Si riportano, a titolo di esempio, alcuni campi di applicazione di sistemi di analisi ottica, che sono stati affrontati dai progettisti Microla con conseguente realizzazione di sistemi di misura industriali:
- rilevazione di concentrazione di un elemento chimico disciolto in una soluzione
- rilevazione di concentrazione di un inquinante all’interno di un gas
- rilevazione di trasmittanza di un materiale
- misura in real-time di una temperatura di processo
La rilevazione di un elemento chimico disciolto in una soluzione rappresenta un processo di misura di estrema importanza in diversi settori. Basti pensare alla rilevazione di inquinanti marini in prossimità, ad esempio, di piattaforme petrolifere (Laboratorio Sottomarino) oppure il monitoraggio di falde acquifere in presenza di siti industriali pericolosi. Il team Microla ha realizzato sistemi di misura per il monitoraggio di inquinanti ambientali nelle applicazioni citate. Sono stati messi in produzione sistemi di misura portatili, così come sistemi fissi da laboratorio, a seconda dei requisiti definiti dai clienti. Inoltre, sistemi di misura ottica di inquinanti in siti marini, sono stati installati all’interno di veicoli sottomarini a guida autonoma, al fine di scandagliare un volume marino in prossimità di siti di estrazione petrolifera e siti produttivi inquinanti.
Similmente alla misura di un inquinante disciolto all’interno di una soluzione, è possibile eseguire la misura di un inquinante all’interno di un gas. I parametri fisici che governano il processo di misura risultano simili dal punto di vista ottico. Una sorgente luminosa e il suo percorso ottico devono essere opportunamente definiti, in termini di dimensione del fascio, potenza e lunghezza d’onda, al fine di ottenere una misura quantitativa corretta. Sistemi di misura di questo tipo sono stati realizzati per la misura di concentrazione di etilene e metano all’interno di siti produttivi (Piattaforma Seastar). Moltissimi gas possono essere monitorati. I progettisti Microla sono in grado di eseguire valutazioni di fattibilità, definendo i parametri ottici adeguati alla misura di un inquinante.
Riferendosi ad un altro ambito applicativo, la misura della trasmittanza di un materiale può essere eseguita con l’utilizzo di una opportuna sorgente radiativa, un percorso ottico adeguato e un sensore in grado di rilevare la radiazione residua. Il materiale da analizzare viene fatto attraversare dal fascio luminoso e il sensore, rilevando la radiazione trasmessa, permette la misurazione della sua trasmittanza. Una tipica applicazione di questo sistema è la misura della trasmittanza di polimeri da impiegare in un processo di saldatura laser. La misura può essere eseguita one-time per verificare che il polimero sia applicabile per il processo, oppure su tutti i componenti prodotti, al fine di eseguire un controllo completo pre-saldatura ed evitare scarti a seguito del processo di saldatura. I parametri ottici devono essere accuratamente definiti sulla base del sistema di saldatura che si intende applicare e della presenza di eventuali filler all’interno del polimero.
Sistemi di misurazione termica, quali termocamere o pirometri, oltre a sensori innovativi che sfruttano la variazione di riflettività di un materiale al variare della sua temperatura, vengono comunemente sviluppati per il monitoraggio di processi industriali. Processi di laser annealing, ad esempio, richiedono la misura della temperatura raggiunta dal materiale che subisce il processo, per verificare che il sistema stia funzionando correttamente. Similmente, è possibile monitorare, in real-time, un processo di saldatura laser, con l’obiettivo di individuare tempestivamente eventuali failures del processo e scartare i pezzi corrispondenti.
In generale, i sistemi per misure ottiche sono fortemente dipendenti dall’applicazione del cliente. I progettisti Microla sono sempre attenti a valutare al meglio le specifiche del processo, definendo assieme al cliente la metodologia di misura più adeguata alla sua applicazione.
