Progettazione di un sensore per rivelazione gas con scarica a corona di dimensioni ridotte

My work is focused on the description and project of a particular small sensor (diameter <3.5 cm), whose purpose is to detect gases in air. The sensor is based on different mobility of ions depending on the species to which they belong when they are immersed in a gas and subjected to a constant electric field. Firstly we introduced the instrument to detect the ion mobility (Ion Mobility Spectrometry or IMS) through its creation and use over the years, and the various applications that it can have in many areas of use. Then we described both the basic principle of function, that is the ionization of the gas with the subsequent detection of created ions, and the three methods to detect the mobility with the IMS. Afterwards, we deepen in details the measuring method used in the experimental device, namely the IMS to flight time, by analyzing all the possible parts, that can compose it, and its characteristics. Lastly, we built small hand tool (drift tube), using as a source of corona discharge ionization. Then we tested it both with only air of the atmosphere, and with several gases. The signals detected by the instrument were first examined through an oscilloscope and then sent to a PC, that through a Labview program has processed and saved the data.

Nella tesi viene descritto e progettato un particolare sensore di dimensioni ridotte (diametro minore di 3,5cm), per rivelare i gas presenti in aria, che si basa sulle differenti mobilità degli ioni a seconda della specie a cui appartengono quando sono immersi in un gas e sottoposti ad un campo elettrico costante. Nella prima parte si è inizialmente introdotto lo strumento per rilevare la mobilità ionica (Ion Mobility Spectrometry o IMS) attraverso la sua creazione e l’utilizzo negli anni, nonché le varie applicazioni che questo può avere in numerosi campi. Poi si è descritto il principio base sia di funzionamento, cioè la ionizzazione del gas con la successiva rivelazione degli ioni creati, sia i tre metodi per rilevare la mobilità con l’IMS. In seguito si è approfondito maggiormente il metodo di misurazione utilizzato nello strumento progettato sperimentalmente, ossia l’IMS a tempo di volo, analizzando tutte le possibili parti che lo possono comporre e le sue caratteristiche. Infine si è costruito artigianalmente lo strumento di dimensioni ridotte, utilizzando la scarica a corona, come sorgente di ionizzazione. Il dispositivo è stato poi testato sia con la sola aria dell’ambiente circostanze, sia con alcuni gas. I segnali rilevati dallo strumento sono stati esaminati prima tramite un oscilloscopio e poi inviati a un PC, che attraverso un programma di Labview, li ha elaborati e salvati.