Инфракрасный детектор для измерения концентрации молекул токсичных газов в воздушном потоке

Авторы патента:

G01N21/35 - с использованием инфракрасного излучения (G01N 21/39 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2484450:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к количественному газовому анализу токсичных веществ по инфракрасным спектрам поглощения. Детектор содержит светодиод, оптически связанный с измерительным и через поворотное зеркало с опорным каналами, каждый из которых состоит из последовательно расположенных фотодиода, дифференциального усилителя и синхронного детектора, а также масштабного усилителя, делителя сигналов, регистрирующего устройства, масштабного усилителя. Выходы синхронных детекторов соединены с вычитающим устройством. Детектор содержит также тактовый генератор, делитель сигналов, усилитель мощности и регистрирующее устройство, причем тактовый генератор соединен с синхронными детекторами измерительного и опорного каналов и через блок усилителя мощности со светодиодом. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения концентрации токсичных газов и надежности работы прибора за счет исключения механических подвижных частей устройства и применения синхронного детектирования. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к количественному газовому анализу токсичных веществ по инфракрасным спектрам поглощения.

Из предшествующих приборов газового анализа известен «Газоанализатор» патент РФ №2035038 G01N 21/61 для контроля выбросов промышленных предприятий в атмосферу и определения концентраций токсичных газов, присутствующих в выхлопах двигателей внутреннего сгорания. Конструкция устройства включает в себя источник инфракрасного излучения, кювету с рабочей и опорными камерами, обтюратор, оптический фильтр с фокусирующей системой, приемник инфракрасного излучения и ряд усилителей и регуляторов, подключенных к аналого-запоминающему устройству и индикатору.

Недостатком известного газоанализатора является низкая надежность работы из-за введения в его конструкцию двух камер (опорной и рабочей), оптического фильтра с фокусирующей системой, что делает его сложным в эксплуатации, а также усложняет процесс его юстировки. Конструктивное выполнение оптического канала с последовательным расположением элементов в одну длинную цепочку увеличивает габаритные размеры прибора, что делает прибор малопригодным, например, для использования в дыхательной арматуре емкостей хранения, а также делает его зависимым от таких факторов, как изменение температуры, давления, влажности и вибрации.

Известен прибор для измерения концентрации горючих и токсичных газов «Инфракрасный абсорбционный газоанализатор» патент РФ №2292039 G01N 21/61. В конструкцию предлагаемого газоанализатора входят источник инфракрасного излучения со сферическим зеркальным отражателем, рабочая и опорные камеры, обтюратор с приводом, оптический фильтр, приемник инфракрасного (ИК) излучения с фокусирующим устройством и блок управления с миниЭВМ.

Недостатком известного газоанализатора является сложность конструкции, включающей сферический зеркальный отражатель, обтюратор с приводом, оптический фильтр и фокусирующее устройство на приемнике излучения. Данное конструктивное выполнение малопригодно для измерения концентрации в местах с агрессивной средой и механическими воздействиями.

Задачей изобретения является создание инфракрасного детектора для измерения концентрации токсичных газов в местах возможных выбросов газовой смеси, который может быть установлен непосредственно в месте источника выброса.

Техническим результатом является повышение точности измерения концентрации токсичных газов и надежности работы прибора за счет исключения механических подвижных частей устройства, применения синхронного детектирования для исключения влияния шумов и несинхронных помех, использования одной измерительной камеры, исключения влияния вибрации на процесс измерения детектором, исключения влияния загрязненности оптических деталей. Также использование опорного канала позволяет исключить нестабильность излучения светодиода. За счет вышеперечисленных признаков прибор имеет небольшие массогабаритные показатели.

Технический результат достигается созданием инфракрасного детектора для измерения концентрации молекул токсичных газов в воздушном потоке, содержащего светодиод, оптически связанного с измерительным и через поворотное зеркало с опорным каналами, каждый из которых состоит из последовательно распложенных фотодиода, дифференциального усилителя и синхронного детектора, вычитающего устройства, масштабного усилителя, делителя сигналов, регистрирующего устройства, масштабного усилителя, тактового генератора и усилителя мощности, причем выход синхронного детектора измерительного канала последовательно соединен с входом вычитающего устройства, масштабным усилителем, делителем сигналов и регистрирующим устройством, а выход синхронного детектора опорного канала последовательно соединен с входом вычитающего устройства и параллельно соединен через масштабный усилитель с входом делителя сигналов и регистрирующим устройством, кроме того тактовый генератор соединен с синхронными детекторами измерительного и опорного каналов и через блок усилителя мощности со светодиодом.

Конструктивные особенности инфракрасного детектора позволяют использовать его, например, в узких участках газохода, дыхательной арматуре. Двухлучевая схема детектора реализована в одном измерительном объеме и имеет компактные габаритные показатели за счет минимального расстояния от излучателя до фотодиода опорного канала. Этот фотодиод расположен перпендикулярно к геометрической оси излучателя, также под заданным углом расположено поворотное зеркало на продолжении геометрической оси - фотодиода опорного канала. За счет такого расположения светодиода и фотодиода опорного канала возможно исключение влияния на измеряемый сигнал вибрации, загрязненности поверхности оптических деталей.

На фиг.1 приведена принципиальная схема ИК детектора.

Структурная схема устройства состоит из следующих частей: светодиод 1,фотодиод измерительного канала 2, дифференциальный усилитель измерительного канала 3, синхронный детектор измерительного канала 4, вычитающее устройство 5, масштабный усилитель измерительного канала 6, делитель сигнала 7, фотодиод опорного канала 8, дифференциальный усилитель опорного канала 9, синхронный детектор опорного канала 10, масштабный усилитель опорного канала 11, генератор 12, блок усилителя мощности светодиода 13, поворотное зеркало 14, регистрирующее устройство 15.

Детектор работает следующим образом. Излучение от светодиода 1 проходит через анализируемый токсичный газ и попадает на фотодиод измерительного канала 2 и, отражаясь от поворотного зеркала 14, на фотодиод опорного канала 8. В блок фотодиодов входит дифференциальный усилитель 3,9 и синхронный детектор измерительного и опорного каналов 4, 10 соответственно. Сигнал от светодиода 1 и фотоприемника измерительного канала 2 приходит на вычитающее устройство 5, масштабный усилитель измерительного канала 6 и на делитель сигнала 7. Сигнал от фотодиода опорного канала приходит на масштабный усилитель 11 и на делитель 7. Выход делителя 7 соединен с входом регистрирующего устройства 15, которое может быть соединено с персональным компьютером или другим портативным устройством для вывода конечных данных. Генератор 12 задает частоту модуляции светодиода 1 и управляет работой синхронных детекторов 10 и 4. 13 - усилитель мощности светодиода.

Опорный фотодиод 8 необходим в данной схеме для измерения полезного сигнала, который есть разница между опорным и измеряемым сигналами, а также для обеспечения требуемой точности измерения путем исключения зависимости измерения от внешних воздействий, вибрации, загрязнения поверхности оптических деталей. Дифференциальные усилители 3 и 9 усиливают сигналы, идущие от опорного и измерительного фотодиодов, и устраняют синфазные помехи.

Синхронные детекторы 4 и 10 вычитают из полезного сигнала все шумы и несинхронные помехи.

Показание сигнала измерения снимается на выходе устройства деления сигналов 7, которое затем передается на регистрирующее устройство 15, в качестве которого может быть использован микропроцессор или компьютер для расчета концентрации.

При предложенной реализации детектора выходное напряжение не зависит от вибрации, загрязнения оптических деталей и внешних воздействий. Простота конструкции и юстировки оптических элементов, а также небольшие массогабаритные показатели позволяют использовать прибор в местах возможных выбросов токсичных газов и измерении их концентрации в воздушном потоке (например, газоходы, дыхательная арматура). Использование модулированного излучения позволяет уменьшить колебания интенсивности светодиода.

Инфракрасный детектор для измерения концентрации молекул токсичных газов в воздушном потоке, содержащий светодиод, оптически связанный с измерительным и через поворотное зеркало с опорным каналами, каждый из которых состоит из последовательно расположенных фотодиода, дифференциального усилителя и синхронного детектора, выходы синхронного детектора опорного и измерительного каналов соединены с входом вычитающего устройства, которое в свою очередь последовательно соединено с масштабным усилителем измерительного канала, делителем сигналов и регистрирующим устройством, кроме того, выход синхронного детектора опорного канала последовательно соединен с входом вычитающего устройства и параллельно через масштабный усилитель опорного канала соединен с входом делителя сигналов и регистрирующим устройством, и тактовый генератор, который соединен с синхронными детекторами измерительного и опорного каналов и через блок усиления мощности со светодиодом.

Похожие патенты:

Портал // 2484449

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности, например, в аэропортах. .

Работающий в режиме реального времени датчик для отслеживания химических примесей в рабочих жидкостях гидравлических систем // 2476859

Способ обнаружения зараженности различных поверхностей токсичными химикатами пассивными инфракрасными спектрометрами дистанционного действия // 2474811

Изобретение относится к оптическим методам измерения физико-химических характеристик газовых сред. .

Способ измерения отделяемости льняной тресты // 2464547

Изобретение относится к стандартизации льняного сырья и может быть использовано на предприятиях первичной обработки льна для определения отделяемости льняной тресты.

Способ определения содержания влаги в листьях растений in vivo // 2461814

Изобретение относится к аграрным технологиям и может быть использовано в мелиорации для контролируемого и оптимального орошения растений независимо от типа почв как в полевых условиях, так и в теплицах.

Газоанализатор и оптический блок, используемый в нем // 2451285

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к приборам контроля содержания углеводородов в атмосфере. .

Способ получения уксусной кислоты // 2446142

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения уксусной кислоты, который включает следующие стадии: (а) карбонилирование метанола и/или его реакционноспособного производного моноксидом углерода в первой реакционной зоне, включающей жидкую реакционную смесь, содержащую катализатор карбонилирования и промоторный металл для катализатора карбонилирования, метилиодид, метилацетат, уксусную кислоту и необязательно воду, где в жидкой реакционной смеси находятся в равновесии по меньшей мере первый растворимый каталитический материал с промоторным металлом и второй растворимый каталитический материал с промоторным металлом, причем среди материалов, находящихся в равновесии, первый каталитический материал с промоторным металлом является наименее промоторно активным; (б) отвод из упомянутой первой реакционной зоны жидкой реакционной смеси совместно с растворенными и/или захваченными моноксидом углерода и другими газами; (в) необязательное пропускание упомянутой отводимой жидкой реакционной смеси через одну или несколько последующих реакционных зон для израсходования по меньшей мере части растворенного и/или захваченного моноксида углерода; (г) направление упомянутой жидкой реакционной смеси со стадии (б) и необязательной стадии (в) на одну или несколько стадий разделения однократным равновесным испарением с получением паровой фракции, которая включает способные конденсироваться компоненты и отходящий газ низкого давления, причем способные конденсироваться компоненты содержат получаемую уксусную кислоту, метилиодид, метилацетат и необязательную воду, а отходящий газ низкого давления содержит моноксид углерода и другие газы, растворенные и/или захваченные отводимой жидкой реакционной смесью; и жидкой фракции, которая включает катализатор карбонилирования, промоторный металл для катализатора карбонилирования и уксусную кислоту как растворитель; (д) возврат жидкой фракции со стадии разделения однократным равновесным испарением в первую реакционную зону; (е) определение (I) концентрации первого каталитического материала с промоторным металлом и/или (II) отношения концентрации первого каталитического материала с промоторным металлом к концентрации второго каталитического материала с промоторным металлом, находящихся в равновесии между собой, содержащихся в жидкой реакционной смеси на любой из стадий с (а) по (г) и/или присутствующих в жидкой фракции на стадии (д); и (ж) поддержание (I) и/или (II) ниже предопределенного значения.

Способ дистанционного обнаружения тонкодисперсных аэрозолей токсичных веществ в местах их хранения и уничтожения при возникновении нештатных ситуаций с помощью пассивных инфракрасных спектрометров // 2441220

Изобретение относится к оптическим методам измерения физико-химических характеристик аэрозольных сред. .

Способ диэлектрической спектроскопии тонкого слоя на поверхности твердого тела в инфракрасном диапазоне // 2432579

Изобретение относится к оптическим методам исследования тонких слоев на поверхности металлов и полупроводников, а именно к инфракрасной (ИК) спектроскопии диэлектрической проницаемости.

Способ определения концентрации углекислого газа в атмосфере // 2422807

Изобретение относится к области экологии, в частности к дистанционным методам мониторинга природных сред. .

Способ управления технологическим процессом паровой конверсии // 2491532

Изобретение относится к управлению технологическим процессом паровой конверсии

Датчик с полосовыми фильтрами // 2493554

Изобретение относится к газовым датчикам, в частности для измерения СО в ИК диапазоне. Датчик снабжен фильтрующим устройством, за которым размещено детекторное устройство, к которому подключено устройство оценки. Фильтрующее устройство содержит по меньшей мере первый фильтр, а именно проверочный фильтр, выполненный в виде полосового фильтра, пропускающего первую заданную полосу, а именно проверочную полосу, и по меньшей мере один второй фильтр, а именно по меньшей мере один эталонный фильтр, выполненный в виде полосового фильтра, пропускающего по меньшей мере одну вторую заданную полосу, а именно по меньшей мере одну эталонную полосу (ЭП1 и ЭП2), причем указанное детекторное устройство содержит по меньшей мере один детектор, связанный по меньшей мере с одним из фильтров. Полосы пропускания эталонных фильтров распределены выше и ниже полосы пропускания проверочного фильтра. Изобретение обеспечивает упрощение использования датчика. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

Ик-спектроскопический экспресс-способ определения качества лекарственного растительного сырья // 2493555

Изобретение относится к области фармакологии и медицины, в частности к методам экспресс-анализа с определением подлинности лекарственного сырья методом Фурье-ИК спектроскопии. Способ включает отбор лекарственных растений, измельчение, исследование образцов лекарственного растительного сырья, причем измельчение лекарственного растительного сырья производится до 0,2÷0,5 мм. Полученный образец помещают в приставку НПВО и снимают ИК-спектр на Фурье-ИК спектрометре, идентифицируют значения характеристических частот ИК-спектра, соответствующих химическому составу образца, и определяют подлинность лекарственного растительного сырья по табличным спектральным данным для эталонных образцов лекарственного сырья. По наличию функциональных групп в образце, не свойственных химическому составу лекарственных растений и появившихся в результате антропогенного загрязнения, определяют безопасность и качество лекарственного растительного сырья. Изобретение позволяет повысить эффективность контроля. 2 ил., 1 табл.

Система и способ онлайнового анализа и сортировки свойств свертывания молока // 2497110

Изобретение относится к анализу свойств свертывания молока и заключается в способе сортировки молока в режиме онлайн на основании прогнозируемых свойств коагуляции. Способ включает отбор проб сырого молока из молочной линии от поста дойки до пункта сбора, выполнение спектрального анализа пробы сырого молока, прогнозирование по меньшей мере одного параметра коагуляции в режиме онлайн на основании спектрального анализа и направление молока во время протекания по молочной линии в одно из нескольких мест на основании по меньшей мере одного параметра коагуляции. Способ позволяет улучшить сортировку молока, облегчает сортировку молока в режиме онлайн, улучшает частоту разделения молока, повышает экономическую ценность среднего молока от стада. 3 н. и 20 з.п.ф-лы, 9 ил.

Система и способ анализа процесса алкилирования // 2498274

Изобретение относится к области химического анализа и может быть использовано для контроля процесса алкилирования нефтепродуктов. Согласно заявленному изобретению обеспечивают способ и оборудование для определения концентрации по меньшей мере одного компонента в кислотном катализаторе для конверсии углеводородов, содержащем неизвестную концентрацию кислоты, растворимого в кислоте масла (ASO) и воды. Прибор, сконфигурированный для измерения свойства кислотного катализатора, имеет отклики на концентрации одного из кислоты, ASO и воды, по существу независящие от концентраций остальных: кислотного катализатора, ASO и воды. Температурный датчик конфигурируют для генерирования температурных данных кислотного катализатора. Процессор конфигурируют для сбора данных, генерированных температурным датчиком и прибором, и для применения данных в сочетании с моделью для определения концентрации с температурной компенсацией одного из кислоты, ASO и воды. Произвольно, один или несколько других приборов, сконфигурированных для измерения других свойств жидкостной смеси, также могут быть применены. Технический результат: повышение точности данных анализа. 4 н. и 28 з.п. ф-лы, 9 ил., 4 табл.

Способ оптического обнаружения и устройство для оптического обнаружения состояния суставов // 2501515

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для оптического обнаружения состояния суставов. Способ заключается в облучении светом части тела, содержащей сустав, и детектирования локального ослабления света частью тела в месте расположения сустава и на еще одном участке части тела. При измерении ослабления временно блокируют кровоток в указанных частях и открывают снова. Индивидуальные измерения локального ослабления для сустава и другой части тела осуществляют до, во время и после блокирования кровотока. Устройство содержит измерительный модуль, модуль блокирования кровотока и блок управления устройством. Использование изобретения позволяет выявить заболевания суставов на ранних стадиях. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ прогнозирования устойчивости технологического потока углеводородов с использованием ближних инфракрасных спектров // 2502984

Изобретение относится к прогнозированию устойчивости технологического потока углеводородов. Способ включает получение проб из одного или более технологических потоков и измерение фактической устойчивости и оптической плотности указанных проб в ближней инфракрасной области спектра. Вначале разрабатывают модель классификации для идентификации подгрупп проб и создают корреляционную модель на основе данных устойчивости и оптической плотности путем включения этих данных в математическую функцию. Затем проводят измерения в технологическом потоке углеводородов в режиме он-лайн или офф-лайн. На первом этапе используют модель классификации для идентификации подгруппы, а затем применяют соответствующую корреляционную модель для прогнозирования устойчивости потока. Изобретение обеспечивает быстрое и эффективное определение устойчивости технологического потока при частых изменениях типа загрузки. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

Анализ субстратов, на которые нанесены агенты // 2505798

Настоящее изобретение относится к медицине и описывает Способ измерения in situ нанесения орального агента из средства для ухода за зубами на субстрат, содержащий: (а) контакт субстрата с оральным агентом для нанесения некоторого количества орального агента на субстрат, причем субстрат покрыт слюной, и (b) анализ субстрата с использованием содержащегося в зубной щетке зонда, применяющегося для спектроскопии в ближней инфракрасной (БИК) области или спектроскопии в ультрафиолетовой (УФ) области, причем длина волны, используемая на этапе b), является характерной для упомянутого орального агента, при этом опорный сигнал средства для ухода за зубами без орального агента вычитается из результата анализа для определения количества орального агента. Способ может применяться в контроле состояния здоровья зубов пациента или в быстром, эффективном скрининге и/или анализе композиций в отношении их применения для нанесения оральных активных веществ на поверхности зубов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 15 ил., 2 пр.

Система визуализации для получения комбинированного изображения из полноцветного изображения в отраженном свете и изображение в ближней инфракрасной области // 2510235

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и системам для получения изображения в видимой и инфракрасной областях спектра. Способ заключается в непрерывном освещении наблюдаемой области синим/зеленым светом, а также красным светом и светом ближней ИК-области спектра. При освещении красный свет и/или свет ближней ИК-области спектра периодически включают и выключают. Синий отраженный свет и зеленый отраженный свет, а также суммарный красный отраженный свет и люминесцентное излучение направляют на формирователи сигналов изображения. Формирователи сигналов выполнены с возможностью раздельного измерения отраженного синего света, отраженного зеленого света и суммарного отраженного красного света и люминесцентного излучения в ближней ИК-области спектра. Красный свет и/или свет ближней ИК-области спектра периодически включают и выключают синхронно с получением изображения красного цвета и изображения ближней ИК-области спектра. Определяют по отдельности спектральную составляющую отраженного красного света и спектральную составляющую люминесцентного излучения в ближней ИК-области спектра на основе сигналов изображения суммарного отраженного красного света и люминесцентного излучения в ближней ИК-области спектра. Выводят на экран полноцветное изображение наблюдаемой области на основе синего отраженного света, зеленого отраженного света и отдельно определенной спектральной составляющей красного света, а также изображение в ближней ИК-области спектра на основе спектральной составляющей люминесцентного излучения в ближней ИК-области спектра. Система содержит источник света, видеокамеру с формирователями сигнала, контроллер и дисплей. Использование изобретения позволяет улучшить разрешение полученного изображения в видимой и инфракрасной областях спектра и уменьшить количество артефактов, обусловленных движением. 2 н.п.ф-лы, 23 з.п.ф-лы, 6 ил.

Светоизлучающий модуль // 2516032

Изобретение относится к светоизлучающему модулю для газового детектора, который содержит источник (110) линейно поляризованного светового излучения (111) и корпус с выходным окном (120), при этом длина волны испускаемого источником (110) света светового излучения (111) может регулироваться. Источник (110) света расположен в корпусе таким образом, что главное направление (ОА) излучения источника (110) света образует с нормалью (N) к главной плоскости (НЕ) выходного окна (120) угол (φ) наклона от 10° до 50°, а направление (P) поляризации светового излучения образует с плоскостью падения на выходное окно (120) угол (θ) поворота от 22,5° до 67,5°. Изобретение позволяет уменьшить зависимость интенсивности светового излучения от длины волны за выходным окном. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.