Elektronika 11-2010-Dwukanalowy Spektrometr EPR

Spektrometr Elektronowego Rezonansu
Paramagnetycznego (EPR), do pomiaru liczby
spinów w badanym materiale
dr JAN DUCHIEWICZ, dr ANDRZEJ DOBRUCKI, dr hab. ANDRZEJ FRANCIK
Politechnika Wrocławska, Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki
dr WACŁAW STACHOWICZ,
inż. TADEUSZ OLEŚ,
Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa
Uniwersytet Jagielloński, Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii, Kraków
mgr TOMASZ DUCHIEWICZ,
Spektrometria Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego (EPR) należy do podstawowych metod badania materii.
Wyróżnić można dwa kierunki prowadzenia pomiarów tą metodą:
 Rejestracja sygnałów EPR, umożliwiająca wykrycie
w badanej substancji lub w mieszaninie zawierającej różne
substancje, związków charakteryzujących się obecnością
niesparowanych elektronów (spinów) w cząsteczce, takich
jak centra paramagnetyczne, wolne rodniki oraz jony paramagnetyczne metali. Każdemu z tych związków można
przypisać charakterystyczne widmo EPR. Analiza kształtu
zarejestrowanego widma umożliwia stwierdzenie obecności danego związku paramagnetycznego w badanej próbce oraz w niektórych przypadkach także określenie jego
budowy chemicznej.
 Rejestracja widma sygnału EPR, umożliwiająca nie tylko
wykrycie obecności w badanej substancji składników zawierających niesparowane elektrony, ale również ilościowe określenie ich zawartości wyrażone liczbą spinów. Jest
to niezbędne np. w badaniach dozymetrycznych oraz do
określania wydajności rodnikowych procesów radiacyjnych i fotochemicznych.
Ilościowe pomiary liczby spinów są zatem niezbędne w różnych dziedzinach nauki i techniki, ponieważ pozwalają określić nie tylko sam fakt obecności danego związku paramagnetycznego w badanej próbce, ale również jego procentową
zawartość. W badaniach często zachodzi potrzeba określenia
ich składu ilościowego, czyli wprost określenia liczby spinów,
produktów paramagnetycznych biorących udział w badanym
procesie. Potrzeba takich pomiarów ilościowych występuje
np. w pracach związanych z ochroną środowiska (większość
procesów degradacyjnych jest związana z obecnością wolnych rodników), w gospodarce żywnościowej (wolne rodniki
w żywności powstają np. wskutek działania promieniowania
jonizującego), w przemyśle chemicznym (produkty pośrednie), paliwowym (surowa ropa naftowa jest najczęściej zanieczyszczona związkami wanadu z porfirynami oraz związkami
węgla, doskonale wykrywalnymi metodą EPR).
Pomiary ilościowe są, jak wspomniano, absolutnie niezbędne w radiacyjnej dozymetrii EPR, ponieważ umożliwiają
określenie dawki promieniowania za pomocą kalibrowanego
dozymetru np. alaninowego dołączanego do dowolnego napromieniowanego materiału, jak również oszacowanie dawki
promieniowania, jaką zastosowano podczas radiacyjnej pasteryzacji danego produktu żywnościowego. Jest to szczególnie istotne z uwagi na ustalenia Kodeksu Żywnościowego
WHO/FAO dopuszczającego napromieniowanie żywności jedynie w określonych granicach dawek określonych dla każdej
grupy produktów spożywczych, nie przekraczających 10 kGy.
Elektronika 11/2010
ELOKON Polska, Warszawa
Teoretycznie, pomiary ilościowe mogą być dokonywane
niemal na każdym spektrometrem EPR. Jednak w praktyce
jest to bardzo trudne, a często wręcz niemożliwe, ponieważ
wymaga stosowania odpowiednich, nie zawsze dających
się odczytać w widmie EPR wzorców odniesienia. Ponadto,
związek pomiędzy poziomem zarejestrowanego sygnału EPR
a liczbą spinów w próbce zależy od wielu, często trudnych do
określenia czynników. Poniżej przedstawiono trzy wpływające
na ilościowe pomiary liczby spinów czynniki, przy czym dwa
pierwsze są bardzo trudne do określenia:
1. Wartość składowej magnetycznej mikrofalowego pola
elektromagnetycznego wewnątrz badanej próbki. Wartość
ta zależy od właściwości samej próbki, od poziomu mocy
mikrofalowej oraz od konstrukcji i dobroci rezonatora pomiarowego;
2. Stopień sprzężenia badanej próbki z rezonatorem. Zależy
on, między innymi od stosunku objętości samej próbki do
objętości rezonatora;
3. Wzmocnienie skuteczne toru odbiorczego oraz poziom
modulacji pomocniczej – parametry te są stosunkowo najłatwiejsze do określenia.
W jaki sposób są więc dokonywane
pomiary ilościowe w praktyce?
Ponieważ bezpośrednie określenie liczby spinów jest bardzo
trudne, najczęściej do pomiarów ilościowych jest stosowana
metoda porównawcza, polegająca na porównaniu zarejestrowanego sygnału EPR badanej próbki z zarejestrowanym sygnałem EPR próbki wzorcowej o znanej liczbie spinów. Metoda
porównawcza może być realizowana na kilka sposobów:
1) W możliwie tych samych warunkach są dokonywane kolejno dwie, niezależne rejestracje sygnału EPR: dla próbki
wzorcowej oraz dla próbki badanej. Jest to metoda najprostsza, ale najmniej pewna – w praktyce jest niezwykle
trudno zapewnić takie same warunki w obydwu pomiarach,
szczególnie wtedy, gdy różnice gęstości fizycznej i elektronowej oraz liczby spinów pomiędzy próbką wzorcową
i badaną są znaczne.
2) Jest dokonywana jednoczesna rejestracja sygnału EPR
próbki badanej i wzorcowej, umieszczonej wewnątrz
próbki badanej. Jest to metoda znacznie pewniejsza od
poprzedniej – oba sygnały są rejestrowane w tych samych warunkach. Jednak w praktyce jest na ogół trudno
wprowadzić próbkę wzorcową do próbki badanej oraz, co
ważniejsze, występuje bardzo często nakładanie się widm
próbki i wzorca uniemożliwiające praktycznie pomiar.
3) Jest stosowany rezonator podwójny, zawierający dwie
identyczne wnęki pomiarowe o możliwie podobnym rozkła-
117
dzie mikrofalowego pola elektromagnetycznego. W jednej
z nich jest umieszczana próbka badana, w drugiej wzorcowa. Zapewnia to badanie obu próbek w niemal takich samych warunkach. Rezonator podwójny jest konstruowany
np. poprzez odpowiednie złożenie dwóch identycznych rezonatorów prostokątnych o modzie TE102. Powstaje wówczas podwójny rezonator prostokątny o modzie TE104.
Rezonator podwójny dla pasma X oferuje np. firma Bruker
(model ER 4105DR) z informacją, że nadaje się on szczególnie do pomiarów ilościowych. Zastosowanie rezonatora podwójnego zapewnia większą dokładność określenia
liczby spinów w porównaniu z dwoma, powyżej opisanymi
sposobami pod warunkiem, że oba sygnały próbki i wzorca
zawierają zbliżone liczby spinów. Jest tak dlatego, ponieważ oba sygnały EPR są rejestrowane jednocześnie tym
samym torem odbiorczym, więc aby uniknąć maskowania
sygnału słabego przez sygnał silny, poziomy obu sygnałów
muszą do siebie zbliżone. Należy więc zapewnić, aby liczby spinów w obu próbkach były podobne. Jest to najczęściej niemożliwe i staje się konieczne stosowanie wielu pośrednich próbek wzorcowych lub zestawu próbek znacznie
różniących się liczbą spinów. W rezultacie dokładność pomiaru spada i nie jest lepsza jak w przypadku stosowania
wzorca zewnętrznego (p.1).
4) Jest stosowany rezonator podwójny (podobnie jak w wyżej
opisanej metodzie) oraz dwa niezależne tory odbiorcze sygnału EPR: jeden dla sygnału próbki badanej, drugi dla sygnału próbki wzorcowej. W celu uniknięcia wzajemnych interferencji, częstotliwości pracy obu torów powinny znacznie się
różnić pomiędzy sobą; optymalnym wydaje się tutaj wybór
częstotliwości 100 kHz dla toru próbki badanej oraz 1 kHz
dla toru próbki wzorcowej. Ponieważ parametry (amplituda
modulacji pomocniczej, wzmocnienie skuteczne, szerokość
pasma) obu torów odbiorczych mogą być dobierane niezależnie, więc intensywności (amplitudy) sygnałów EPR obu
próbek mogą się różnić między sobą nawet o kilka rzędów
wielkości. Przy takiej konfiguracji rezonatora jedna próbka
wzorcowa może być stosowana do pomiarów wielu próbek
o znacznie różniących się liczbach spinów. Jest oczywiście
konieczny specjalny system komputerowy, umożliwiający
jednoczesną rejestrację sygnałów z obu torów.
Dwukanałowy spektrometr EPR
Idea spektrometru dwukanałowego jest znana i opisana w podręcznikach dotyczących zagadnień technicznych spektrometrii EPR [1, 2] – jest jednak bardzo rzadko wykorzystywana
w praktyce. Przyczyną tego jest fakt, że system taki składa się
niemal z dwóch spektrometrów, współpracujących jednocześnie z jednym, podwójnym rezonatorem. Według posiadanych
informacji, żadna z firm komercyjnych nie oferuje dziś takiego
spektrometru. W roku 1982 [3, 4] przebudowano spektrometr
EPR na pasmo X firmy Varian: wyposażono go w dodatkowy tor
odbiorczy o małej częstotliwości (od spektrometru na pasmo
Q) na dwukanałowy spektrometr, umożliwiający jednoczesną
rejestrację sygnału dwóch próbek w paśmie X. Jako rezonator
podwójny zastosowano dwa rezonatory prostokątne o modzie
TE102, złączone ze sobą węższymi ściankami, tworząc w ten
sposób rezonator 2-komorowy o modzie TE104. Rozwiązanie
takie umożliwiło przeprowadzanie pomiarów ilościowych oraz
pomiary współczynnika g z dużą dokładnością – nie osiągalną
w spektrometrze klasycznym. Uproszczony schemat blokowy
spektrometru dwukanałowego jest przedstawiony na rys. 1.
Rezonator podwójny
Najistotniejszym elementem dwukanałowego spektrometru
EPR jest rezonator podwójny, zapewniający możliwie podobne warunki rejestracji sygnałów obu próbek. Wyróżnić tutaj
można dwa rozwiązania:
a. rezonator podwójny, składający się z dwóch rezonatorów
tworzących w sumie jeden rezonator 2-wnękowy,
b. dwa niezależne, identyczne rezonatory, włączone w taki
sposób, aby nawzajem na siebie nie wpływały, natomiast
aby ich sygnały wyjściowe się dodawały.
Rys. 1. Schemat blokowy dwukanałowego spektrometru EPR Fig. 1. Block diagram of the two-channel EPR spectrometer
118
Elektronika 11/2010
Rezonator prostokątny 2-wnękowy
Rezonator 2-wnękowy typu Loop-Gap
Rezonator 2-wnękowy prostokątny najprościej można utworzyć
przez odpowiednie złożenie dwóch identycznych rezonatorów
prostokątnych o modzie TE102 – zostanie wówczas utworzony
rezonator TE104, posiadający dwie, ściśle sprzężone ze sobą
wnęki. Przykład takiego rezonatora na pasmo X jest przedstawiony na rys. 2. Ograniczeniem są tutaj rozmiary rezonatora prostokątnego, które są odwrotnie proporcjonalne do częstotliwości
pracy generatora mikrofal. Stąd też opisane rozwiązanie jest
w zasadzie stosowane tylko dla pasma X oraz Q. Schemat poglądowy dwukanałowego spektrometru na pasmo X jest przedstawiony na rys. 3. Zastosowano w nim 2-wnękowy rezonator
przedstawiony na rys. 2.
Klasyczna konstrukcja rezonatora typu Loop-Gap, posiadającego dwie wnęki sprzężone ze sobą szczeliną jest przedstawiona na rys. 4 [5].
W ramach projektu rozwojowego NCBiR nr N R01 0018 04
pt. „Prototyp spektrometru EPR do badań dozymetrycznych i identyfikacji napromieniowanej żywności” opracowano i wykonano kompletny spektrometr EPR na pasmo
L, w którym zastosowano rezonator typu Loop-Gap, którego
widok jest przedstawiony na rys. 5 [6–10].
Na rysunku 6 jest przedstawiony widok rezonatora typu
Loop-Gap przewidzianego do zastosowania w dwukanałowym spektrometrze na pasmo L.
Ze względu na stosunkowo małą odległość pomiędzy obiema wnękami pomiarowymi rezonatora, średnica cewek modulacyjnych powinna być na tyle mała, aby wytwarzane przez
nie pola magnetyczne nie wpływały wzajemnie na siebie.
Dwa rezonatory niezależne
Rys. 2. Podwójny rezonator 2-wnękowy o modzie TE104 na pasmo X
Fig. 2. X-Band double resonator with mode TE104
Rezonator podwójny można również utworzyć z dwóch identycznych rezonatorów włączonych do systemu tak, aby nawzajem na siebie nie oddziaływały, natomiast aby sygnały
pochodzące od nich dodawały się. Przykładowy sposób podłączenia dwóch rezonatorów w bloku mikrofalowym przedstawiono na rys. 7.
Rys. 3. Schemat poglądowy dwukanałowego spektrometru EPR na pasmo X z rezonatorem o modzie TE104
Fig. 3. Illustrative schema of the two-channel X-Band EPR spectrometer with the TE104 mode double resonator
Rys. 4. Rezonator typu Loop-Gap z dwiema wnękami, sprzężonymi szczeliną: A- konstrukcja stosowana dla niższych pasm (UHF,
L, S), B – konstrukcja stosowana dla wyższych pasm (X, Q). Oznaczenia: h, r – odpowiednio długość oraz promień pojedynczej wnęki, W, t – odpowiednio szerokość oraz długość szczeliny
Fig. 4. Loop-Gap resonator with two cylindrical cavity coupled with a gap.: A- construction used for lower frequency bands (UHF,
L, S), B – construction used for higher frequency bands (X, Q). where h, r – length and radius of the cavity respectively, W, t – width
and length of the gap respectively
Elektronika 11/2010
119
Rys. 5. Rezonator typu Loop-Gap zastosowany w opracowanym
spektrometrze EPR na pasm L
Fig. 5. Loop-Gap resonator used in the designed L-Band EPR
spectrometer
Rys. 7. Sposób włączenia dwóch rezonatorów
Fig. 7. Manner of proper connection of two resonators in microwave unit
Program sterujący
Rys. 6. Rezonator typu Loop-Gap do dwukanałowego spektrometru EPR na pasm L
Fig. 6. Loop-Gap resonator for two-channel L-Band EPR spectrometer
Opracowano specjalny program komputerowy EPR System
do sterowania poszczególnymi blokami spektrometru (stabilizator pola magnetycznego, odbiorniki cyfrowe 1 i 100 kHz
oraz blok mikrofalowy) poprzez interfejs USB, zapewniający jednoczesną rejestrację obu sygnałów EPR. Dodatkowo,
program umożliwia zawansowaną obróbkę cyfrową zarejestrowanych sygnałów (wygładzanie, sumowanie, całkowanie, wzajemne porównywanie, różniczkowanie itp.). Program
może też współpracować z innymi, dodatkowymi przyrządami
pomiarowymi (sterowanymi w standardzie USB lub RS232),
którymi mogą być np. jądrowy miernik pola magnetycznego,
miernik częstotliwości i mocy mikrofalowej oraz regulator temperatury badanej próbki i inne. Okno główne programu EPR
System przedstawiono na rysunku 8. Z uwagi na zastosowanie interfejsu USB, program EPR System może być zainstalowany zarówno w komputerze stacjonarnym (desktop) jak
w komputerze przenośnym (laptop).
Rys. 8. Okno główne programu EPR System. Fig. 8. Main window of the program EPR System
120
Elektronika 11/2010
Rys. 9. Dwukanałowe spektrometry EPR na pasmo X na Akademii Medycznej w Bydgoszczy oraz na Uniwersytecie w Białymstoku
Fig. 9. X-Band two-channel EPR spectrometers in the Medical Academy in Bydgoszcz and in the University in Bialystok
Przykłady realizacji
Jak już wcześniej zaznaczono, żadna firma komercyjna nie
oferuje dwukanałowego spektrometru EPR, nadającego się
do względnych pomiarów intensywności sygnałów EPR.
Spektrometr taki można np. uzyskać w ramach modernizacji starszego modelu spektrometru. W ostatnich latach grupa
pracowników Politechniki Wrocławskiej zbudowała trzy dwukanałowe spektrometry EPR na pasmo X, które zostały przedstawione poniżej.
a. Akademia Medyczna w Bydgoszczy oraz Uniwersytet
w Białymstoku.
Dwukanałowe spektrometry EPR na pasmo X zestawiono na
bazie spektrometrów EPR wykonanych niegdyś przez nieistniejącą już firmę Radioman w Poznaniu.
b. Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie
Dwukanałowy spektrometr EPR na pasmo X zestawiono na
bazie spektrometru EPR, wykonanego przez Politechnikę
Wrocławską.
Podsumowanie
Z przedstawionych informacji i przykładów konkretnych rozwiązań wynika, że przy stosunkowo niewielkim nakładzie
kosztów można uzyskać zupełnie nowe narzędzie badawcze, dotychczas nie oferowane przez światowy przemysł
aparaturowy. Możliwość dokładnych pomiarów intensywności sygnałów EPR ma duże znaczenie niemal we wszystkich
dziedzinach nauki i techniki, w których wykorzystuje się spektrometrię EPR.
Do budowy takiego spektrometru szczególnie nadaje się
opracowany przez nasz zespół spektrometr na pasmo L.
Uzupełniając ten spektrometr o dodatkowy, cyfrowy odbiornik
sygnału EPR częstotliwości 1 kHz oraz nieznacznie zmieniając konstrukcję zastosowanego rezonatora Loop-Gap, uzyskuje się dwukanałowy spektrometr EPR na pasmo L nowej
generacji.
Spektrometr taki nadaje się szczególnie do pomiarów
dozymetrycznych, m.in. napromieniowanej żywności różnego rodzaju. Ponieważ tłumienie pola elektromagnetycznego
wnoszone przez wodę w paśmie L jest znacznie mniejsze niż
w przypadku wyższych pasm częstotliwości (X, K, Q), więc
spektrometr na pasmo L jest szczególnie przydatny w badaniach substancji o dużej zawartości wody (tj. próbek z natury mokrych), co jest typową cechą większości żywności oraz
materiałów biologicznych. W przeciwieństwie do pasma L,
próbki lite o dużej zawartości wody są trudno mierzalne lub
też w ogóle niemierzalne w wyższych pasmach częstotliwości
(X, K, Q).
Można przyjąć, że spektrometr taki znalazłby zastosowanie nie tylko w stacjach sanitarno-epidemiologicznych, lecz
również w jednostkach badawczych i firmach zajmujących
się zarówno badaniem jak też przetwarzaniem i dystrybucją
materiałów biologicznych oraz wszelkiego rodzaju żywności
krajowej, jak też importowanej.
Literatura
Rys. 10. Dwukanałowy spektrometr EPR na pasmo X w Instytucie
Fizyki Polskiej Akademii Nauk w Warszawie
Fig. 10. X-Band two-channel EPR spectrometer in the Institute
of Physics of the Polish Academy of Science in Warszawa
Elektronika 11/2010
[1] Poole Jr. C. P., Charles P.: Electron Spin Resonance. Interscience Publication, Y. York, London, Sydney 1967.
[2] Wertz J. E., Bolton J. R.: Electron Spin Resonance. Elementary Theory and Practical Applications. McGraw Hill Co., New York 1972.
[3] Lange J.P., Gutsze A., Karge H.G.: Coke Formation through the
Reaction of Olefins over Hydrogen Modernite. Journal of Catalysis, 114, 136 (1988).
[4] Witzel F., Karge H.G., Gutsze A.: ESR Measurements for the
Characterization of Acidic Lewis Sites in Zeolites. Proc of 9th
121
International Zeolite Conference, Montreal 1992, BulterworthHeinemann 1993, 283.
[5] Ferenc S., Ferenc M. ESR spectrometer with a loop-gap resonator for CW and time resolved studies in a superconducting magnet, Journal of Magnetic Resonance 173 (2005).
[6] Duchiewicz J., Dobrucki A., Francik A., Duchiewicz T., Sadowski
A., Idźkowski B., Kutynia A.: Cyfrowy odbiornik z układem FPGA
do spektrometru EPR. Elektronika – Konstrukcje, Technologie,
Zastosowania, nr 3/2010.
[7] Duchiewicz J., Dobrucki A., Francik A., Duchiewicz T., Sadowski
A., Idźkowski B., Kutynia A,, Błaszczyk J.: Źródło pola magnetycznego do spektrometru Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego (EPR) na pasmo L. Elektronika – Konstrukcje, Technologie, Zastosowania, nr 4/2010
[8] Duchiewicz J., Dobrucki A., Francik A., Duchiewicz T., Sadowski
A., Idźkowski B., Kutynia A,, Błaszczyk J.: Moduł mikrofalowy do
Spektrometru Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego
(EPR) na pasmo L. Elektronika – Konstrukcje, Technologie, Zastosowania, nr 5/2010.
[9] Duchiewicz J., Dobrucki A., Francik A., Duchiewicz T., Sadowski A., Idźkowski B., Kutynia A,, Błaszczyk J.: Spektrometr
Elektronowego Rezonansu Paramagnetycznego (EPR) na pasmo L. Elektronika – Konstrukcje, Technologie, Zastosowania,
nr 6/2010.
[10] Duchiewicz J., Dobrucki A., Francik A., Duchiewicz T., Sadowski
A., Idźkowski B., Kutynia A., Błaszczyk J.: L-Band Electron Paramagnetic Resonance (EPR) Spectrometer. 4th Microwave and
Radar Week MIKON 2010, 14–18 June, 2010 in Vilnius (Litwa).
Moduły lokalizacji oraz testy chipów GNSS
dla elementów systemu PROTEUS
mgr inż. RADOSLAV DARAKCHIEV, mgr inż. PIOTR SITEK, mgr inż. KAROL BRZOSTOWSKI,
mgr inż. ANNA FOKS-RYZNAR, dr inż. MACIEJ KALARUS, mgr inż. RYSZARD ZDUNEK
Centrum Badań Kosmicznych PAN, Warszawa
Celem projektu PROTEUS – „Zintegrowanego mobilnego
systemu wspomagającego działania antyterrorystyczne i antykryzysowe” – jest wykorzystanie innowacyjnych technologii
w stworzeniu demonstratora nowoczesnego mobilnego systemu dla Straży Pożarnej, antyterrorystów, Policji oraz Centrów
Zarządzania Kryzysowego.
Jednym z elementów systemu są roboty mobilne, których
zadaniem będzie wykonywanie czynności niebezpiecznych
dla ludzi. Roboty będą w stanie pracować w ekstremalnych
warunkach środowiskowych, dlatego będą mogły poruszać
się w rejonach niebezpiecznych i zbierać próbki gleby, cieczy
i powietrza. Dzięki wyposażeniu w kamery wizyjne, kamery
termowizyjne oraz inne czujniki, będą umożliwiać podgląd
miejsca akcji.
Całość działań będzie kierowana z Mobilnego Centrum
Dowodzenia. Będzie ono wyposażone w sieć komputerową,
poprzez którą będą dostępne m.in. aktualne dane o pogodzie, mapy cyfrowe, zdjęcia satelitarne zagrożonego rejonu,
co umożliwi bardziej efektywne dowodzenia akcją ratowniczą. Będą w nim przetwarzane oraz wizualizowane dane ze
wszystkich elementów systemu. Narzędzia multimedialne
oraz mnogość danych o sytuacji zapewnią bardzo dobre warunki do dowodzenia akcją ratowniczą.
Bezzałogowy Statek Latający będzie użyty do obserwacji
strefy objętej sytuacją kryzysową. Będzie w stanie pozostawać w powietrzu przez minimum 8 godzin. Będzie mógł być
kierowany przez osobę nie posiadającą umiejętności pilotażu, w oparciu jedynie o zadane współrzędne geograficzne na
mapie. Kamera wizyjna, kamera termowizyjna oraz ultranowoczesne czujniki płomieni będą dostarczać do Mobilnego
Centrum Dowodzenia wielowarstwowe dane z zagrożonego
rejonu.
Dodatkową możliwością Systemu jest użycie Przenośnego Zestawu Czujników. Jego zadaniem będzie zbieranie fizycznych i chemicznych danych z miejsca, w którym zostanie
umieszczony.
Pełna lista elementów systemu PROTEUS jest następująca:
1. Mobilne Centrum Dowodzenia
2. Mobilne Centrum Operatorów Robotów
122
3. Mały Robot Mobilny
4. Robot Mobilny o Zwiększonej Funkcjonalności
5. Interwencyjny Robot Mobilny
6. Przenośne stanowiska Operatora Robota
7. Bezzałogowy Samolot
8. Przenośny Zestaw Czujników
9. Nasobne Zestawy Czujników
10.Symulator Robota Mobilnego
Elementy systemu wyposażone w moduły lokalizacji konstrukcji CBK PAN zostały podkreślone.
Moduły lokalizacji
Wymagania dla poszczególnych modułów lokalizacji zostały
określone przez ich użytkowników końcowych. Potrzebują
oni rozwiązań specjalistycznych, niekomercyjnych, dedykowanych dla ich zastosowań. Oprócz określonych parametrów
lokalizacyjnych (dostępność i dokładność wyznaczanej pozycji) wymagana jest również łatwość obsługi modułu oraz duża
odporność na warunki środowiskowe.
Pojazdy, czyli Mobilne Centrum Dowodzenia oraz Mobilne Centrum Operatorów Robotów, wymagają dokładności lokalizacji, jaką zapewnia Standard Positioning Service (SPS)
systemu GPS (≤9 m w płaszczyźnie horyzontalnej i ≤15 m
w płaszczyźnie wertykalnej). Masa, zużycie energii oraz wielkość modułów mają mniejsze znaczenie. Jednak wymagana
jest dokładna znajomość kierunku północy oraz kątów inklinacji (+/- 1 stopień) w celu ustawienia anteny dla łączności satelitarnej. Należy pamiętać, że północ geograficzna różni się od
północy magnetycznej – jest to tzw. deklinacja magnetyczna.
Przyczyną tej różnicy jest nie tylko różnica położenia bieguna północnego geograficznego i magnetycznego, lecz także
anomalie pola magnetycznego. W Polsce różnica ta wynosi
3-6 stopni. Północ geograficzna będzie wyznaczana na podstawie pomiarów z magnetometrów.
Roboty mobilne wymagają najlepszej możliwej dokładności
lokalizacji (do 2 m w niektórych przypadkach). Ich pozycja jest
wykorzystywana w Mobilnym Centrum Dowodzenia w celu ich
lokalizacji oraz wyznaczenia trasy przejazdu przez teren akElektronika 11/2010