بررسی تجربی و بهینه سازی عملکرد حرارتی سلول طیف سنج تحرک یونی

طیف سنجی تحرک یونی به عنوان یکی از روش های آشکارسازی بر اساس یونیزاسیون مواد معدنی، آلی و شیمیایی در ماموریت‍های سرنشین ‍دار و رباتیک فضایی، سال‍ها به‏طور کارآمدی مورد استفاده قرار گرفته است. کاربردهای فضایی این ابزارها، شامل پایش محیطی فضاپیماها و همچنین شناسایی مواد آلی و معدنی در نمونه‏های گردآوری‍شده از کیهان می باشد. در این بین، جهت پاک‍سازی و انتقال یون‍ها در ناحیه رانش سلول آشکارساز، نیاز به گرمایش وجود دارد. با توجه به نیاز به کوچک‍سازی و بهینه ‍ سازی توان مورد نیاز آشکارسازهای فضایی، بررسی تجربی گرادیان حرارتی و عوامل موثر بر آن بسیار اهمیت دارد. جهت انجام بررسی تجربی حرارتی سلول، برنامه و تجهیزات ثبت دما همچون سامانه کنترل دما، ثبت کننده اطلاعات، حسگرهای ترموکوپل، نمایشگر، حسگر دمای مقاومتی و همچنین اجزای اصلی سیستم آشکارساز شامل واجذب کننده و میکروپمپ ها استفاده شده است. در این پژوهش، با بررسی تجربی زمان گرمایش و گرادیان حرارتی موجود در سلول طیف سنج تحرک یونی در حالت‍های مختلف و چندین دمای هدف، عوامل موثر بر آن شناسایی شد. نتایج نشان داد، ایجاد جریان نوسانی هوا درون سلول می تواند موجب کاهش گرادیان دمایی و زمان رسیدن به پایداری حرارتی شود. در نهایت، راهکارهایی برای بهینه ‍سازی حرارتی ارائه شده است

experimental investigation and optimization of thermal performance of ion mobility spectrometry cell

ion mobility spectroscopy (ims), as one of the detection methods based on the ionization of mineral, organic, and chemical substances, has been used efficiently for many years in manned and robotic space missions. the space applications of these instruments include environmental monitoring of spacecraft and the identification of organic and mineral substances in samples collected from space. in this method, warm-up is required for the cleanup and transport of ions in the drift area of the detector cell. considering the need to miniaturize and optimize the necessary power of space detectors, the experimental investigation of the thermal gradient and factors affecting warm-up time is essential. for conducting the experimental thermal analysis of the ims cell, micropumps, desorber, and temperature recording equipment such as a temperature control system, data logger, thermocouple sensors, monitoring system, and resistance temperature detector have been used. in this research, by experimentally investigating the warm-up time and thermal gradient in the ims cell in different modes and at several target temperatures, the main factors have been determined. the results showed that the oscillating air flow inside the ims cell can reduce the warm-up time and the temperature gradient. finally, several suggestions for better thermal efficiency are presented.