Advanced

Developments of detection of X-ray scattering in combustion - characterization of noise levels of an A/D sampling device

Annby Andersson, Björn LU (2016) FYSK02 20161
Department of Physics
Combustion Physics
Abstract
A simple investigation about the noise of the acquisition cards NI PXI-4495, provided by National Instruments, was performed. Standard deviations were calculated for data acquired from a signal generator, a constant voltage source and when the input channels were grounded, to estimate the noise. The obtained noise is in the order of a few millivolts when acquiring signals from the devices while the noise when grounding the system is in the order of microvolts. The device's ability to resolve the presence of graphite in a simple model of a graphite/air mixture is presented. Possible situations in which the acquisition device can be utilized are when measuring single event processes. Measurements on combustion engines or chemical reactors... (More)
A simple investigation about the noise of the acquisition cards NI PXI-4495, provided by National Instruments, was performed. Standard deviations were calculated for data acquired from a signal generator, a constant voltage source and when the input channels were grounded, to estimate the noise. The obtained noise is in the order of a few millivolts when acquiring signals from the devices while the noise when grounding the system is in the order of microvolts. The device's ability to resolve the presence of graphite in a simple model of a graphite/air mixture is presented. Possible situations in which the acquisition device can be utilized are when measuring single event processes. Measurements on combustion engines or chemical reactors are two proposed situations. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Under förbränningsprocesser bildas mycket små partiklar av storleksordningen 1-100 nanometer och kallas därför nanopartiklar. Nanopartiklar utgör beståndsdelarna i det vi känner som sot. En nanometer är en etthundramiljontedels meter. Detta är svårt att föreställa sig. Istället kan man jämföra längden av ett par centimeter med längden av en resa runt ekvatorn.

Nanopartiklar är så otroligt små att de är omöjliga att se med blotta ögat. Istället måste speciella tekniker användas för att detektera dem. En metod som används i dagens forskning är baserad på röntgenspridning. Som namnet föreslår, är det röntgenstrålning som används, alltså samma typ av strålning som används för att ta röntgenbilder av skelettdelar. När undersökningar kring... (More)
Under förbränningsprocesser bildas mycket små partiklar av storleksordningen 1-100 nanometer och kallas därför nanopartiklar. Nanopartiklar utgör beståndsdelarna i det vi känner som sot. En nanometer är en etthundramiljontedels meter. Detta är svårt att föreställa sig. Istället kan man jämföra längden av ett par centimeter med längden av en resa runt ekvatorn.

Nanopartiklar är så otroligt små att de är omöjliga att se med blotta ögat. Istället måste speciella tekniker användas för att detektera dem. En metod som används i dagens forskning är baserad på röntgenspridning. Som namnet föreslår, är det röntgenstrålning som används, alltså samma typ av strålning som används för att ta röntgenbilder av skelettdelar. När undersökningar kring nanopartiklar inom förbränning ska genomföras skickar man röntgenstrålningen in i en (brinnande) flamma. Strålningen sprider sig sedan av sot- och nanopartiklar i olika riktningar. Den spridda strålningen som samlas in kan ge svar på vilka partiklar som faktiskt finns inne i flamman, vilken storlek och struktur de har och i vilken koncentration de förekommer.

En fråga som bör ställas är; hur kan kunskapen om sot- och nanopartiklar utnyttjas? Partiklar av nanostorlek kan å ena sidan vara skadliga för hälsan och miljön men å andra sidan vara viktiga inom industrin. Hälsobesvär kan uppkomma vid inhalation av nanopartiklar då de fastnar i våra luftvägar. Väl inne i kroppen tar de sig lätt igenom biologiska vävnader och orsakar skador på inre organ men även på cellmembran. Sotpartiklarna som befinner sig i atmosfären absorberar solljus och värmer upp den omgivande luften. Sot kan också deponeras på is och ge ytterligare smältning av glaciärer och isar. Jordens temperaturökning är en aktuell fråga och forskningen kring sot- och nanopartiklar kan bidra till en reducering av temperaturökningen.

Hur kan då dessa små, små partiklar vara användbara? I ett samhälle där tekniska apparater blir mindre och mindre krävs metoder för att tillverka material som har speciella mikroskopiska egenskaper. Om mekanismerna bakom bildandet av nanopartiklar och deras aggregation kartläggs kan nanomaterial tillverkas genom kontrollerade processer i, till exempel, flammor. Dessa material kan sedan användas i industrier som medicin och elektronik. Inom medicin används redan nanomaterial för att transportera aktiva substanser inom kroppen.

Under detta kandidatarbete har ett datoriserat insamlingssystem för röntgenspridningsdata testats. Systemet är utrustad med hårdvara som skall registrera signaler upptagna av detektorer. Datainsamlingen sker parallellt i 64 kanaler, där varje kanal representerar en viss spridningsvinkel i datainsamlingen. En undersökning av insamlingssystemets prestanda har gjorts med hjälp av en signalgenerator för att bestämma de signalnivåer som man kan vänta sig att upplösa. Dessa nivåer ger då en uppfattning av vilka koncentrationer av små nanopartiklar som kan detekteras. I detta arbete har nanometerstora grafitpartiklar i luft valts som teoretiskt exempel. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Annby Andersson, Björn LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20161
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
keywords
detector resolution, noise, detection, X-ray scattering, Combustion physics
language
English
id
8886282
date added to LUP
2016-07-15 18:05:36
date last changed
2016-07-15 18:05:36
@misc{8886282,
  abstract     = {A simple investigation about the noise of the acquisition cards NI PXI-4495, provided by National Instruments, was performed. Standard deviations were calculated for data acquired from a signal generator, a constant voltage source and when the input channels were grounded, to estimate the noise. The obtained noise is in the order of a few millivolts when acquiring signals from the devices while the noise when grounding the system is in the order of microvolts. The device's ability to resolve the presence of graphite in a simple model of a graphite/air mixture is presented. Possible situations in which the acquisition device can be utilized are when measuring single event processes. Measurements on combustion engines or chemical reactors are two proposed situations.},
  author       = {Annby Andersson, Björn},
  keyword      = {detector resolution,noise,detection,X-ray scattering,Combustion physics},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Developments of detection of X-ray scattering in combustion - characterization of noise levels of an A/D sampling device},
  year         = {2016},
}