تحلیل گاز به دلیل کاربردهای فراوان و متنوع از اهمیت بالایی برخوردار است. کنترل کیفیت مواد غذایی و محصولات کشاورزی، تشخیص بیماری ها، پایش آلودگی های محیطی، تشخیص مواد منفجره و مواد شیمیایی سمی، تحلیل محصولات پتروشیمی، تشخیص آتش سوزی و شامه مصنوعی از جمله این کاربردها هستند. سامانه های کروماتوگرافی گاز و طیف نگاری جرمی از حدود 60 سال پیش برای تحلیل گاز مورد استفاده قرار می گیرند و اخیرا با استفاده از حسگرهای گاز نیمه هادی سامانه هایی تحت عنوان “بینی الکترونیکی” برای این کار توسعه یافته اند. سامانه های کروماتوگرافی-طیف نگاری به دلیل حجم زیاد و قیمت بالا برای بسیاری از کاربردهای فوق مناسب نیستند. سامانه های بینی الکترونیکی نیز از رانش حسگرها رنج می برند. با وجود تلاش هایی که برای کوچک سازی سامانه های کروماتوگرافی-طیف نگاری و بهبود عملکرد سامانه های بینی الکترونیکی انجام شده است، همچنان نیاز به یک سامانه تحلیل گر گاز با قیمت مناسب و اندازه کوچک بی جواب مانده است. در کار حاضر، فرآیند نفوذ و جذب ملکول های گاز در لوله های مایکروفلوئیدیک مورد بررسی قرار گرفته از نتایج حاصل برای تحلیل گازها استفاده شده است. این کار با استفاده از یک “حسگر گاز مجهز به لوله نفوذ” انجام می گیرد: نمونه ی گاز مورد نظر به صورت آنی به ابتدای لوله اعمال می شود و پاسخ حسگر گاز به صورت تغییرات زمانی تراکم گاز در انتهای لوله ثبت می شود. به دلیل تفاوت در ضرایب نفوذ و جذب، الگوهای متفاوتی برای گازهای مختلف حاصل می شود. با استفاده از اطلاعات متمایز کننده ای که از الگوهای ثبت شده استخراج می شود، نوع گاز و ترکیب مخلوط های گازی تعیین می گردد. نمونه های مختلفی از حسگر گاز مجهز به لوله نفوذ طراحی و ساخته شد. مدلی برای پیش بینی پاسخ های گذرای حسگر گاز مجهز به لوله نفوذ به گازهای خالص و مخلوط های گازی به دست آمد. با شبیه سازی این مدل، اثر پارامترهای مختلف، چون ابعاد لوله، جنس لوله، نوع گاز و تراکم گاز بر تفاوت پاسخ های ناشی از گازهای مختلف بررسی شد. از نتایج حاصل برای اصلاح ساختار حسگر گاز مجهز به لوله نفوذ و بهبود عملکرد آن استفاده شد. آزمایش های متعددی برای ارزیابی عملکرد حسگر گاز مجهز به لوله نفوذ انجام شد. از مدل نفوذ-جذب، روش های کلاسیک شناسایی الگو و یک روش ابداعی مبتنی بر خطی سازی پاسخ ها برای تحلیل نتایج آزمایش ها استفاده گردید. در نهایت امکان تشخیص 24 گاز خالص و تعیین نسبت برخی از مخلوط های دوتایی و سه تایی آنها با استفاده از سامانه ساخته شده نمایش داده شد. در قسمت آخر نیز منابع خطا شناسایی شده تاثیر آنها به صورت تئوری و عملی بررسی گردید. حسگر گاز مجهز به لوله نفوذ به دلیل قیمت مناسب و ابعاد کوچک گزینه مناسبی برای تحلیل گاز است. این سلول حسگری، به همراه یک سامانه اعمال گاز، به صورت یک بینی الکترونیکی قابل استفاده می باشد.

در این پروژه یک کانال میکروفلوئیدیک به همراه یک حسگر گاز اکسید قلع بر روی زیرپایه ای از جنس pmma(polymethyl methacrylate) و با هدف ساختن یک تحلیلگر گاز مینیاتوری، مجتمع سازی شده است. گاز هدف با نفوذ در کانال بر روی حسگر گاز نصب شده در میکروکاواکِ واقع در انتهای کانال، اثر می گذارد. نرخ نفوذ گاز در کانال به ضریب نفوذ آن در هوا و اندرکنش مولکول های آن با دیوارهای کانال وابسته است. اطلاعاتی مرتبط با نوع گاز هدف، از پاسخ های گذرای دریافت شده از حسگر استخراج می-شود. این اطلاعات قابل نمایش در یک فضای ویژگی سه بعدی می باشند و دسته بندی گازهای هدف را ممکن می سازند. بر اساس نتایج آزمایشگاهی مشخص گردید که سامانه ی ساخته شده بر اساس یک کانال میکروفلوئیدیک با ابعاد 80 ?m x 3 mm x 50 mm توانایی تشخیص تمام گازهای تک جزئی اعمال شده به آن را دارد، این قابلیت دستگاه با جداسازی چهار ایزومر بوتانول از یکدیگر به اثبات رسیدی. همچنین نشان داده شد این افزار قابلیت تحلیل برخی مخلوط های گازی دو جزئی را دارد، از این نوع، مخلوط دو جزئی 1-بوتانول و 2-بوتانول است در این مورد قابلیت آن با تشخیص 15 ppm گاز 2-بوتانول در هوای آلوده شده به 1500 ppm گاز 1-بوتانول به نمایش در آمد که نشان از موفقیت سامانه ی میکروفلوئیدیک ساخته شده در تمیز دادن تمامی ترکیبات تک جزئی و مخلوط های گازی مورد آزمایش است. تحلیلگر گاز ساخته شده بادوام، ارزان، قابل حمل و مناسب برای بسیاری از کاربردهاست.

رطوبت از جمله مهمترین کمیت هایی است که باید مقدار دقیق آن در بسیاری از محیط ها اندازه گیری و کنترل شود. اندازه گیری و کنترل رطوبت در بسیاری از کاربردها مانند ساخت تولیدات حساس به رطوبت، مخازن نگهداری، اتاق های کامپیوتر، مدیریت انرژی، بیمارستان ها، موزه ها، صنایع نساجی، پزشکی، کشاورزی و کتابخانه ها اهمیت زیادی پیدا کرده است. انواع مختلفی از حسگرهای رطوبت بر اساس سازوکارهای حسگری مقاومتی، خازنی، مکانیکی، وزن سنجی، گرمایی و نوری توسعه داده شده است. حسگرهای رطوبت خازنی به دلیل مشخصه های حسگری مناسب به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل این امر پایداری حرارتی، کارکردن در محدوده وسیعی از رطوبت و دما، پاسخ خطی به رطوبت، حساسیت بالا، مقاوم بودن در مقابل بخارهای شیمیایی و تولید آسان این حسگرها است. در این حسگرها یک دی الکتریک متخلخل یا جاذب رطوبت محصور شده بین دو الکترود فلزی نقش آشکارساز را ایفا می کند. تغییر میزان آب لایه متخلخل باعث تغییر ثابت دی الکتریک و در نتیجه تغییر ظرفیت خازنی حسگر می شود. موضوع این پروژه ساخت و مشخصه یابی حسگر رطوبت خازنی مبتنی بر ساختار al/al2o3 porous/ag porous است. برای ایجاد اکسید بر روی زیرپایه آلومینیوم از روش آندیزاسیون الکتروشیمیایی استفاده شد. با تنظیم مناسب پارامترهای آندیزاسیون و زدایش، نمونه های مختلفی از اکسید متخلخل بر روی آلومینیوم رشد داده شد. ریزساختار اکسید در نمونه های مختلف توسط تصویربرداری الکترونی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های مناسب از نظر تخلخل اکسید برای ساخت حسگر مورد استفاده قرار گرفتند. به دلیل اینکه الکترود بالایی باید نفوذپذیر خوبی برای آب باشد باید از روشی برای ایجاد آن استفاده کرد که دارای تخلخل مناسبی باشد. به همین دلیل از روش نشانش drop cast برای ایجاد لایه نازک و متخلخل نقره به عنوان الکترود دوم بر روی نمونه ها استفاده گردید. برای اندازه گیری پاسخ حسگر در شرایط محیطی مختلف یک سامانه که امکان انجام آزمایش ها در شرایط مورد نظر را فراهم کند طراحی و ساخته شد. با انجام آزمایش های متفاوت، پاسخ حسگر در رطوبت ها، فرکانس ها و دماهای مختلف اندازه گیری شد و مشخصه هایی مانند اندازه امپدانس، ظرفیت خازنی و مقاومت با استفاده از مدل موردنظر استخراج گردید. نتایج نشان داد که حسگر ساخته شده در رطوبت های بالا دارای حساسیت مناسبی است. همچنین با انجام آزمایش هایی، پایداری، تکرارپذیری، پاسخ گذرا و اثر دما بر روی مشخصه ظرفیت خازنی حسگر نیز بررسی شد. در ادامه با بررسی فرآیند نفوذ-جذب مولکول های آب در دی الکتریک متخلخل، نحوه تغییر ظرفیت خازنی حسگر با رطوبت در مدل ها مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ایزوترم جذب freundlich، مدل خوبی برای جذب بخار آب در آلومینا توسط حسگر ساخته شده است و مدل ارائه شده به خوبی پاسخ حسگر را در کل محدوده رطوبت آزمایش شده توجیه می کند.

سامانه های اویونیک از نظر قابلیت اتکاپذیری جزو قابل اطمینان ترین تجهیزات الکترونیکی هستند. این سامانه ها در یک شبکه نسبتا پیچیده با سایر سامانه ها تعامل دارند و به صورت بلادرنگ وظایف محوله را اجرا می کنند. طراحی این سامانه ها از استخراج نیازمندی ها تا پیاده سازی و ارزیابی نهایی باید مطابق استانداردهای هوایی انجام شود به طوری که ضمن ارائه کارکردهای مورد نیاز، ایمنی سخت افزار و نرم افزار آن نیز قابل اثبات باشد. در مراحل اولیه طراحی، که معماری سطح بالای سامانه ها و سیستم کلی متشکل از آن ها طراحی می شود و جزئیات سخت افزاری و نرم افزاری آن مشخص نیست روش های صوری یک ابزار قدرتمند برای توصیف و ارزیابی سامانه ها فراهم می کنند. در روش های صوری مشخصه ها و رفتار سیستم به زبان ریاضی و منطقی توصیف می شود و از مدل حاصل برای تحلیل عملکرد آن استفاده می شود. از جمله مزیت های روش صوری، پردازش خودکار قوانین و فرضیه های حاکم بر رفتار سیستم و آزمودن سخت افزار و نرم افزار اجزای مختلف آن قبل از نهایی شدن طرح است. زبان aadl یکی از رایج ترین زبان های تحلیل و طراحی معماری است که ویژگی های آن در قالب استاندارد sae as5506 تدوین شده است. این زبان مبتنی برگرافیک و متن است و برای بیان معماری نرم افزاری سامانه ها، بر اساس مدل های ارائه شده مورد استفاده قرار می گیرد. در این پروژه به تحلیل و طراحی صوری سامانه کنترل پرواز هواپیما، به عنوانی یکی از مهم ترین و پیچیده ترین سامانه های اویونیک هواپیما، پرداخته شده است. در ابتدا نیازمندی های سامانه کنترل پرواز با توجه به کارکردهای یک هواپیمای مسافری تجاری استخراج شد. سپس بر اساس نیازمندی های سامانه و همچنین مشخصات مدل های مشابه، یک معماری سطح بالا برای سامانه کنترل پرواز ارائه شد. این معماری توسط نرم افزار تحلیل و مدل سازی aadl به صورت صوری مدل سازی شد. در ادامه ویژگی ها و خصوصیات اجزای مختلف سیستم شامل ورودی-خروجی ها، ارتباطات و اجزای داخلی هر سیستم به مدل مورد نظر اضافه گردید. برای سیستم ها و زیر سیستم های مختلف، مدل های خطا، وضعیت انتشار خطا، تاخیر مسیرها، توان محاسباتی مورد نیاز برای هر فرایند پردازشی و پیوند نرم افزار و سخت افزار در همه بخش های سخت افزاری و نرم افزاری مدل لحاظ گردید. مدل صوری طراحی شده با استفاده ابزارهای aadl و سایر ابزار جانبی مانند agree مورد تحلیل قرار گرفت و بر اساس نتایج حاصل نقص های آن برطرف گردید. در نهایت حالت های خطا، تجزیه و تحلیل های درخت نقص، تحلیل مخاطرات کارکردی، تحلیل لایه های مختلف خطا در سیستم، پیوند سخت افزاری و نرم افزاری، تخصیص منابع محاسباتی مورد نیاز پردازنده و تاخیر مجاز مسیرهای انتقال داده مورد مقایسه و بررسی قرار داده شد و علاوه بر مشخص شدن نقاط حیاتی و کلیدی سیستم یک مدل قابل استناد برای پیاده سازی سامانه کنترل پرواز هواپیما ارائه گردید.

حسگرهای گاز اکسید فلزی به دلیل حساسیت بالا، قیمت کم و قابلیت آشکارسازی گستره وسیعی از گازها در میان انواع دیگر حسگرها پرکاربردتر هستند. البته این حسگرها معایبی نیز دارند از جمله اینکه دمای کاری آن ها بالاست و نیاز به ریزگرمکن دارند، همچنین انتخابگری آن ها ضعیف است. برای استفاده از این حسگرها در ابزار قابل حمل تحلیل گر گاز باید توان کاری آن ها کاهش یافته و انتخاب گری آن ها بهبود یابد. مدولاسیون دمای حسگر یکی از روش هایی است که می تواند هر دو خواسته را برآورده سازد.