Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов



Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов
Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов
Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов
Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов
Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов

 


Владельцы патента RU 2568038:

Горбунов Михаил Алексеевич (RU)
Крутяков Ювеналий Александрович (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов. Способ включает в себя пропускание инфракрасного излучения на рабочей и опорной длинах волн через контролируемый объем. Длины волн выбирают таким образом, чтобы излучение на рабочей длине волны поглощалось, а на опорной длине волны не поглощалось газом. В качестве источников излучения используют два полупроводниковых излучателя, которые работают в импульсном режиме. Излучение от источников фокусируется в плоскости приемника излучения. Излучатели снабжены интерференционными фильтрами для сужения полосы спектра излучения. Длительности импульсов рабочего и опорного излучения равны друг другу. Излучатель на рабочей длине волны запускают тактовыми импульсами от генератора напрямую, а опорный излучатель запускают с задержкой по времени. Полученные от приемника излучения сигналы поступают на два усилителя. При этом, усилитель для опорной длины волны открывается с задержкой. Выходные сигналы усилителей сравниваются системой сравнения. Технический результат заключается в повышении чувствительности. 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способу обнаружения микроконцентраций горючих газов задолго до образования взрывоопасной смеси с воздухом, токсичных и других газов задолго до образования опасных для жизни концентраций, и может быть использовано в решении задач мониторинга зон с возможными утечками этих газов.

В настоящее время в поисковых системах Интернета (Google, Yandex) можно обнаружить большое число предложений приборов газоанализаторов для широкого спектра горючих и токсичных газов. Так, в работах [1, 2, 3, 4, 5, 6] приведены параметры газоанализаторов, работа которых основана на селективном поглощении газами углеводородной группы излучения инфракрасного (ИК) диапазона с длиной волны 2÷5 мкм. Обнаружение токсичных и других газов опасных для человека, основанное на селективном поглощении этими газами ИК излучения, также возможно предлагаемым способом.

В дальнейшем анализ возможной реализации предлагаемого способа будет производиться на примере обнаружения горючих газов углеводородной группы в диапазоне длин волн ИК излучения 2÷5 мкм.

В работе [7], в которой также используется абсорбированное поглощение длин волн в указанном диапазоне, предложено повышение точности измерения концентрации газов и повышение надежности работы за счет исключения механических подвижных частей в приборе.

Описанный в [7] ИК газоанализатор может быть принят в качестве прототипа (аналога) предлагаемого способа по техническому исполнению и достигаемому результату.

Недостатком прототипа, как и многих анализаторов из [1, 2, 3, 4, 5, 6] является невысокая чувствительность при обнаружении горючих газов (не превышает 2·10-3 атм, что в 10 раз меньше взрывоопасного уровня). Этот недостаток вызван в основном маленькими размерами контролируемого объема (малым расстоянием ИК излучатель - ИК приемник).

Другим недостатком прототипа является сложность оптических систем прохождения рабочего и опорного ИК лучей, а также наличие двух ИК приемников при регистрации этих лучей, шумовые характеристики которых могут быть близки, но никогда не совпадают. Последний недостаток важен при регистрации микроконцентраций токсичных газов.

Недостатком газоанализаторов с ИК излучателем в виде He-Ne-лазера является большой вес и высокая стоимость этих приборов.

Техническим результатом предлагаемого способа является устранение перечисленных недостатков прототипа.

Обнаружение утечек горючих газов задолго до образования взрывоопасной смеси с воздухом не менее 0,0002 атм включает в себя операции пропускания двух близких по значению инфракрасных (ИК) излучений на рабочей λраб и опорной λопор длинах волн через контролируемый объем, в котором излучение на λраб горючие газы поглощают, а на λопор не поглощают, при этом выходные сигналы ИК приемника, на который воздействует излучение на λраб и λопор, формируют системой обработки информационный сигнал о наличии утечки и ее масштабе. В соответствии с предложением ИК излучения на длины λраб и λопор осуществляют двумя полупроводниковыми излучателями, которые работают в импульсном режиме и которые располагают рядом друг с другом так, что оси излучателей направляют на центр ИК приемника, а расстояние ИК излучатели - ИК приемник образует контролируемое пространство, при этом оба ИК излучателя снабжают интерференционными фильтрами, которые «сужают» спектр излучения, а сами излучения фокусируют в плоскости приема этих излучений так, что размер сфокусированных излучений устанавливают из условия Dизл≤5 Dпр, длительности импульсов излучения на λраб и λопор равны друг другу, Δtраб=Δtопор, а тактовую частоту Fт, которая задает импульсный режим работы, устанавливают тактовым генератором из равенства

при этом ИК излучатель на λраб запускают тактовыми импульсами от генератора напрямую, а излучатель на λопор запускают тактовыми импульсами, которые задерживают на время в диапазоне

и обеспечивают временное разнесение импульсов ИК излучения на λраб и λопор, а выходные импульсные сигналы ИК приемника подают на входы двух усилителей, которые закрыты по входу в исходном состоянии и их открывают синхронно с появлением выходных импульсов ИК приемника, для чего усилитель на λраб открывают тактовыми импульсами напрямую от генератора, а усилитель на λопор открывают тактовыми импульсами, которые задерживают на время Тзад, при этом время работы усилителей устанавливают равным 0,9 Δtраб, а выходные сигналы усилителей сравнивают в схеме сравнения, для чего выходной сигнал усилителя на λраб задерживают на время Тзад; где Dизл и Dпр - соответственно размер сфокусированных излучений на λраб и λопор в плоскости ИК приемника и размер входного окна приемника, Тт - период повторения тактовых импульсов, q - скважность импульсного режима.

Еще в одном варианте предложенного способа общее время работы Тсис ограничивают по времени в соответствии с выражением

а схему сравнения снабжают функцией накопления разностных сигналов, которые возникают на каждом периоде Тт, число которых задают равным N.

В дальнейшем пояснение при обосновании реализации предложенного способа подтверждается чертежами.

Фиг. 1 - спектральные характеристики рекомендуемых ИК излучателей серии ИЛ 151 А на Δраб=3,39 мкм и λопр=3,0 мкм;

Фиг. 2а - упрощенная блок-схема ИК излучателей,

где 1 и 2 - излучатели на λраб и λопор,

3 и 4 - оптические фильтры на λраб и λопор,

5 и 6 - фокусирующие линзы РЖ диапазона,

7 и 8 - формирователи импульсов, которые запускают (включают) излучатели 1 и 2,

9 - линия задержки на время Тзад,

10 - тактовые импульсы;

Фиг. 2б - временная диаграмма работы блока ИК излучателей;

Фиг. 3 - спектральные обнаружительные способности рекомендуемых фотоприемников серии РД-36 и РД-43;

Фиг. 4а - упрощенная блок-схема ИК приемника,

где 11 - фотоприемник серии РД-36 или РД-43,

12 и 13 - усилители выходных сигналов фотоприемника (закрытых в исходном состоянии),

14 и 15 - электронные ключи, отпирающие усилители 12 13 синхронно с приходами на их входе сигналов фотоприемника,

16 - генератор тактовых импульсов с частотой FT (периодом повторения Тт),

17 - схема сравнения выходных сигналов с усилителей 12 и 13,

18 - усилитель разностного сигнала со схемы сравнения,

19 - индикаторный блок с указанием измеренного уровня концентрации токсических газов в контролируемом объеме;

Фиг. 4б - временная диаграмм работы блока приемника.

Возможность практической реализации предложенного способа далее обосновывается на примерах смеси углеводородов с воздухом. Нижний предел взрывоопасности для таких газов составляет ~2%, то есть при атмосферном давлении опасной считается добавка этих газов (от метана до бутана) в количестве 0,02 атм, как указано [8, 9].

Предлагаемый способ базируется на следующих исходных данных:

- коэффициент поглощения ИК излучения α углеводородами колеблется от 7 см-1 атм-1 до 23 см-1 атм-1, что позволяет использовать для расчетов среднее значение поглощения - 15 см-1 атм-1 [10];

- поглощение ИК излучения подчиняется закону Бугера-Бера [11] вида

где Ро и Ρ - соответственно мощность ИК источника излучения и мощность этого излучения на расстоянии L от источника.

В таблице 1 приведены расчетные значения отношения Р/Ро при различных значениях α и L, при этом содержание углеводородов в воздухе выражено в % и в давлении. Отметим, что содержание горючих газов в воздухе равно 0,2% (2·10-3 атм), в 10 раз меньше взрывоопасного уровня, содержание, равное 0,02% (2·10-4 атм), - в 100 раз меньше взрывоопасного уровня и содержание 0,002% (2·10-5 атм) - в 1000 раз меньше взрывоопасного уровня, что соответствует нормальному их содержанию в атмосфере.

Таблица 1
Содержание углеводородов в воздухе % 0,002 0,02 0,2
атм 2·10-5 2·10-4 2·10-3
L=50 см 1,5·10-2 0,15 1,5
α·L 100 см 3·10-2 0,3 3,0
200 см 6·10-2 0,6 6,0
L=50 см 0,99 0,8607 0,2231
Р/Ро 100 см 0,97 0,7408 0,0498
200 см 0,94 0,5480 0,00248

Из табл.1 следует, что с увеличением расстояния прохождения ИК излучения в воздухе L отношение Р/Ро уменьшается, что свидетельствует о росте поглощения мощности в воздухе с различным содержанием горючих газов.

Так, при L=100 см поглощение при содержании газов, равном 2·10-4 и 2·10-5 атм, составляет соответственно 0,26 Ро и 0,03 Ро. Конечно, первое значение поглощения ИК излучения зарегистрировать значительно проще, если Ро имеет достаточно большое значение.

Таким образом, целесообразным следует считать расстояние L между ИК измерителем и ИК приемником при реализации предложенного способа в переносном конструктивном исполнении не менее 100 см.

В качестве ИК излучателей авторы предлагают использовать разработанные и производимые на предприятии ОАО НИИ «Гириконд» (г. Санкт-Петербург) малогабаритные быстродействующие полупроводниковые ИК излучатели серии ИЛ 151 А на основе фрактально структурированных нанокомпозитных пленок соленида свинца и твердых растворов на его основе.

Спектральные характеристики предложенных ИК излучателей приведены на фиг. 1, а характеристики источников излучения в таблице 2 (из [12]).

Таблица 2
Техническая характеристика Ед. изм. ИЛ 151 А-В ИЛ 151 А-Д
Длина волны максимума излучения мкм 3,4 3,00
Ширина спектра излучения (на уровне 0,5) мкм 0,5 0,5
Мощность излучения
(непрерывный режим)
мВт 0,16 0,16
Мощность излучения (импульсный режим) Вт 1,2 1,2
Постоянное прямое напряжение В 10 10
Постоянный прямой ток А од 0,1
Импульсный прямой ток А 2,0 2,0
Скважность 200 200
Длительность импульса МКС 100 100
Время нарастания (спада)
импульсного излучения
МКС 10 10

Длина волны излучения, соответствующая максимуму излучения (то есть фотолюминесценции), находится в прямой зависимости от полупроводникового материала и метода изготовления излучающей пленки. Из фиг. 1 и табл.2 следует, что для предлагаемого способа следует использовать для рабочей длины волны λраб=3,39 мкм излучатель ИЛ 151 А-В с концентрацией CdSe в твердом растворе Pb1-xCdxSe, равной 10%, и излучатель на λопр=3,0 мкм с концентрацией CdSe, равной 20%. Так как ширина спектра поглощения токсичными газами в среднем составляет 20-60 нм [10, 13], то рекомендованный излучатель на λраб необходимо снабдить оптическим интерференционным фильтром, который «сужает» излучаемый спектр (без фильтра спектр на полувысоте составляет 500 нм из табл. 2). Фильтр представляет собой кремниевую пластину толщиной 380 мкм с двусторонним многослойным оптическим покрытием. Ширина спектра узкополостного интерференционного фильтра составляет 40 нм при пропускании не менее 0,7.

Предлагается и на ИК излучателе на λопор установить аналогичный узкополостной фильтр на 3,0 мкм с шириной спектра излучателя 40 мкм и пропусканием не менее 0,7, что существенно упростит настройку на ноль измерительной системы.

Важным при реализации способа является возможность изготовления упомянутых фильтров по специальному заказу на том же предприятии «Гириконд».

Полный угол ИК излучения в приборах серии ИЛ 151 А можно принять равным 40° по аналогии с другими ИК излучателями, выпускаемыми в корпусе КТ-2 (см. [12]) предприятия «Гириконд».

При рекомендованном расстоянии РЖ излучатели - ИК приемник L=100 см и угле излучения 40° излучатели в плоскости приемника формируют пятно диаметром ~73 см. При приемной площадке приемника, например, равной ~4·10-2 см на нее в этом случае поступает излучение ~10-5 от излучающей мощности Ро. С учетом других потерь Ро, о которых будет указано далее, необходимость фокусировки на λраб и λοпοр является обязательной. В предложенном способе размер сфокусированных ИК излучений Dизл на λраб и λопор рекомендуется привязать к размеру входного окна ИК приемника Dпр, а выражение для этой связи будет предложено далее в описании.

Таким образом, каждый излучатель следует также снабдить фокусирующей германиевой линзой [11]. При этом оба излучателя на λраб и λопор располагают рядом друг с другом (возможно касание корпусов), но существенным при конструктивном исполнении устройства, реализующего предлагаемый способ, является следующее - оси излучателей и излучений направляют на центр ИК приемника. Для упрощения исполнения этого требования предлагается ИК излучатели и ИК приемник размещать на единой жесткой опоре с конструктивными элементами, которые при смене приемников и излучателей обеспечивают выполнение указанного требования.

Как следует из таблицы 2, максимальную мощность излучения позволяет реализовать импульсный режим излучения, который рекомендуется авторами.

На фиг. 2а представлена блок-схема работающих в импульсном режиме ИК излучателей, где под 1 и 2 обозначены излучатели на λраб и λοпοр, которые снабжены узкополосными оптическими фильтрами 3 и 4 и фокусирующими линзами 7 и 8. Излучатели 1 и 2 включают формирователи импульсов 7 и 8, которые запускают тактовыми импульсами от генератора. Для временного смещения импульсов излучения на λраб и λопор излучение на λопор задерживают на время Тзад, для чего тактовые импульсы 10 запускают формирователь импульса 8 через линию задержки 9. Так как рекомендуемые ИК излучатели должны работать в импульсном режиме с известными характеристиками (см. табл. 2), то эти характеристики и являются рабочими. Поэтому длительность излучения на λраб и λопор следует устанавливать равными Δtраб=λtопор=100 мкс. Рекомендуемая скважность излучений q=200, тактовая частота Fт тактового генератора оказывается равной

где Τт - период повторения импульсов.

Значение Fт может изменяться (для данных табл. 2 в связи с этим и импульс излучения может быть длительностью, меньшей 100 мкс, и скважность q может быть больше значения 200 (при этих изменениях параметры излучений не изменяются).

Если длительность ИК излучения λtраб и λtопор взять из табл. 2, то время задержки Тзад авторы предлагают равным Тзад=(0,4÷0,6) Тт. В этом случае при с задержка Тзад=(8÷12)·10-3 с и при ее среднем значении Тзад=0,5 Тт импульсы излучения на λраб и λопор окажутся разведенными по времени и будут восприниматься ИК фотоприемником как импульс с частотой 100 Гц. Предложенный диапазон изменения задержки Тзад связан с тем, что временной интервал между импульсами излучения меньше 0,4 Тт (то есть меньше 8·10-3 с), по мнению авторов, может вызвать затруднения при приеме таких импульсов фотоприемником.

На фиг. 2б приведена описанная выше временная диаграмма работы блока излучателей. Каждая диаграмма изображает положение основных импульсов в главных точках схемы на временной оси:

т.А - импульсы тактового генератора,

т.В - тактовые импульсы, задержанные на Тзад и иллюстрация положения импульсов излучения на λраб и λопор на временной оси.

В качестве приемника излучений на λраб и λопор предлагаются фотоприемники ИК диапазона, которые выпускает компания ООО «АИБИ» (IBSG Co.Ltd) в сотрудничестве с лабораторией ИК оптоэлектроники ФТИ им. А.Ф.Иоффе (г. Санкт-Петербург). На фиг. 3 представлены спектральные распределения обнаружительной способности выпускаемых фотоприемников серии РД-36 или РД-43, у которых чувствительная площадка составляет 2×2 мм, а обнаружительная способность составляет либо 5·109 Вт-1, Гц1/2, см для РД-36, либо 7·108 для РД-43.

Достоинствами предлагаемых фотоприемников следует считать:

- высокое быстродействие,

- высокое значение обнаружительной способности,

- комнатная температура работы.

Так как фотоприемники указанной серии, выполненные в корпусе ТО-5 или ТО-8, имеют внешний размер 1÷2 см (это размер Dпр), то фокусирующие пятна излучений на Δраб и λопор диаметром Dизл в зоне ИК фотоприемника предложено устанавливаться выражением

Например, при Dпр=1 см пятно Dизл не должно превышать 5 см.

Мощность излучения, которая воздействует на фоточувствительный элемент фотоприемника площадью 4·10-2 см2 при приеме импульсных ИК излучений на λраб и λопор определяется из выражения

где Ро - мощность излучения; Κ1 - коэффициент пропускания λраб и λопор узкополостными оптическими фильтрами (K1=0,7); К2 - коэффициент пропускания излучений фокусирующей линзой (К2≅0,35); К3 - коэффициент, учитывающий площадь приемной площадки и размер пятна излучений в зоне ИК приемника (например, при Dизл=5 см, Κ3=5,1·10-4); К4 - коэффициент, учитывающий возможное увеличение ширины спектра излучения на λраб и

λ опор, равной 40 нм, и истиной ширины поглощения углеводородами (примем К4≅0,5).

Подставив исходные значения коэффициентов при Ρο=1,2·10-3 Вт, мощность ΔΡпр на приемном элементе фотоприемника оказывается равной ~7,5·10-8 Вт, что на порядок превышает обнаружительную способность фотоприемника РД-36 и, следовательно, обеспечивает надежную регистрацию импульсных излучений на λраб и λопор·

В предложенном способе присутствие горючих газов в контролируемом пространстве обнаруживают и определяют их концентрацию после установления нуля на шкале отсчета. Этот ноль устанавливают, когда в контролируемой зоне токсичные газы отсутствуют, и выходные сигналы фотоприемника от импульсов на λраб и λопор оказываются равными друг другу. В схему сравнения эти сигналы должны поступать одновременно, для чего выходной сигнал от λраб следует задержать на то же время задержки Тзад.

Таким образом, предлагается следующая работа блока ИК приемника, условная схема которого представлена на фиг. 4а. На фиг. 4а под 11 представлен фотоприемник серии РД-36, выходные сигналы которого поступают на два усилителя 12 и 13, закрытых по входу в исходном состоянии. Усилители открывают синхронно с поступлением выходных сигналов фотоприемника электронными ключами 14 и 15, которые запускают тактовыми сигналами от тактового генератора 16 с частотой Fт. При этом тактовые сигналы на электронный ключ, которые открывают усилитель на λопор, подают через линию задержки 9, т.е. задерживают на время Тзад. Электронные ключи открывают усилители на время, равное 0,9Δtpaб, т.е. с задержкой на время 0,1Δtраб импульсов электронных ключей 14 и 15 относительно момента прихода на усилители выходных сигналов фотоприемников. Такая задержка, по мнению авторов, необходима для исключения влияния переходных процессов во входных цепях усилителей 12 и 13 при поступлении переднего фронта выходного сигнала фотоприемника на работу схемы сравнения 17.

Одновременность поступления выходных сигналов усилителей в схему сравнения обеспечивают включением в цепь усилителя на на λраб линии задержки 9 на время Тзад. Разностный сигнал со схемы сравнения усиливают усилителем 18 до уровня, который необходим для индикаторного блока 19, формирующего шкалу измерения концентрации обнаруженных горючих газов.

Временная диаграмма работы блока приемника представлена на фиг. 4б, где каждая диаграмма изображает положение основных импульсов в главных точках схемы на временной оси: т. Ρ - выходные импульсы с фотоприемника, т. Ε - тактовые импульсы тактового генератора 16, т. F и т. Μ - соответственно импульс электронного ключа 15, открывающего усилитель на λопор 13 и выходной сигнал усилителя 13, т. N - выходной сигнал усилителя на λраб 12, т. Ρ - разностный сигнал на выходе схемы сравнения (18). В кружках на диаграммах в увеличенном виде показано смещение по времени на 0,1Δtpaб относительно прихода сигналов фотоприемника (t.D) импульсов электронных ключей, открывающих усилители 12 и13 на время Δtраб.

Максимальный выходной сигнал на выходе схемы сравнения 17 получают, когда одно из излучений на λраб или на λопор отсутствует. Как уже отмечалось, при отсутствии горючих газов ноль шкалы измерения концентрации определяют при равенстве мощности излучения на λраб и λопор и равенстве выходных сигналов с фотоприемника, идентичности и равенстве характеристик усилителей 12 и 13.

Если при регистрации концентрации горючих газов в 46% или 26% от максимального значения не представляет сложности для специалистов в области электронной схемотехники, то регистрация уровней концентрации 3÷5% сложна.

Регистрацию и измерение таких низких концентраций предлагается осуществлять, ограничивая общее время регистрации величиной Тсис, которую предложено определять из выражения

где Ν - число импульсов со схемы сравнения, несущих информацию о наличии горючих газов. Например, если задать число таких импульсов N=200, то общее время Тсис=2 с. Схему сравнения в этом случае следует снабдить функцией накопления разностного сигнала. Подобные накопления используются в аналоговом телевидении, когда строчные синхроимпульсы накапливаются в емкостном накопителе (через диодный ключ) до значения, которое по времени накопления соответствует времени кадровой развертки и моменту ее включения. Определяющим условием накопления таким образом разностного сигнала является стабильность работы ИК излучателей, усилителей сигналов фотоприемника и их порогов, определяющих нулевое значение шкалы отсчетов.

Предложенный импульсный режим работы, ограничение времени измерения низких уровней концентрации токсичных газов Тсис, ограничение по времени работы усилителей выходных сигналов фотоприемника Δtраб, по мнению авторов, позволит осуществить регистрацию токсичных газов с концентрацией 2÷10-5 атм.

Схемы сравнения, усилители разностного сигнала и блок формирования информации о содержании горючих газов (на фиг. 4а элементы 17, 18 и 19) для их содержания до 2·10-4 атм могут быть заимствованы у действующих газоанализаторов, указанных в работах [1÷6]. Для измерения концентраций токсичных газов до 2·10-5 атм могут быть рекомендованы методы и схемы, которые применяют при исследовании далекого космоса, связанные с регистрацией фотонов и накопления этих сигналов в условиях сигнал/шум меньше единицы.

Достоинством предложенного способа следует считать достижение указанного технического результата, а именно:

- регистрация и измерение в контролируемом пространстве низких уровней содержания токсичных газов углеводородной группы от 2·10-4 атм (в 100 раз ниже взрывоопасного уровня) до 2·10-5 атм (в 1000 раз ниже взрывоопасного уровня, которое практически соответствует нормальному присутствию горючих газов в атмосфере);

- малый вес и габариты устройства, реализующего предложенный способ;

- идентичность РЖ излучателей и фокусирующих линз на λраб и λопор;

- идентичность формирователей импульсов, усилителей сигналов фотоприемника, электронных ключей, открывающих усилители, линий задержки на Тзад.

Таким образом, по мнению авторов, предложен способ обнаружения горючих газов задолго до образования взрывоопасной смеси с воздухом и токсичных газов задолго до образования опасных для жизни концентраций.

Использованная литература

1. П.И.Бреслер «Оптические абсорбционные газоанализаторы и их применение» - Л.: «Энергия», Ленин., отд., 1980 г.

2. «Газоанализаторы - течеискатели горючих газов, природного газа», производственно-коммерческая группа «Гранат», http://granat-e.ru/catalog-gtggpg.html; E-mail: mailto:marketing@granat-e.ru.

3. «Увидеть небольшие утечки углеводородов с безопасного расстояния», http://www.fliimemadia com/MMC/THG/Brohures/Y820587-PH.pdf.

4. А.Г.Завадовский, И.И.Плюснин, С.Н.Сысоев «Малогабаритный лазерный локатор утечек метана», журнал «Датчики и системы», Челябинский ОУНБ, №4, 2007 г. (УДК 621.018.8656.56, ББК 31.32+39.7).

5. «Газоанализаторы» - «Радикал» г. Воронеж, http://www.radicom.ru/c237-gazoanalizatory.html.

6. «Газоанализаторы ДВК углеводородов» - «АНАЛИТПРИБОР». RU. Г. Смоленск. http://www.analitpribors.ra/gazoanalizatory-dvk-uglevodorodov. html

7. А.О.Васильев, В.Г.Шенанин, П.В.Чартий «Инфракрасный детектор для измерения концентраций молекул токсичных газов в воздушном потоке», патент №2484450, G01N 21/35 от 24.11.2011 г., опубл. 10.06.2013 г., бюл. №16.

8. ГОСТ 12.1.011-78, переиздан и утвержден 06.1988 г. (ИУС-5-82, 10-88).

9. «Взрывоопасные газы и калибровочный газ», «Аррас», Франция, 11.2011 г., http://www.oldhamgas.eom/ru/hode/l1048.

10. А.Н.Попов «Лазерный абсорбционный анализ и его применение», препринт - М.: МИФИ, 1982 г.

11. А.З.Криксунов «Справочник по основам ИК техники» - М.: Сов. радио, 1978 г.

12. Н.Тропинин, А.Тропининд «Полупроводниковые источники излучений для ИК области спектра», журнал «Компоненты и технологии» №11, 2008 г.; E-mail: mailto:tropal@mail.ru.

13. Б.Т.Тотуев, В.И.Левченко, О.Н.Гейко, Н.С.Желязо «Использование лазерного абсорбционного метода для определения макроконцентраций углеводородов в воздухе» - Киев, сб. «Аналитическое приборостроение» ВНИИАП, 1985 г.

1. Способ обнаружения микроконцентраций горючих и токсичных газов, включающей в себя операции пропускания двух близких по значению инфракрасных (ИК) излучений на рабочей λраб и опорной λопор длинах волн через контролируемый объем, в котором излучение на λраб горючие или токсичные газы поглощают, а на λопор не поглощают, при этом выходные сигналы ИК приемника, на который воздействуют излучения на λраб и λопор, формируют системой обработки информационный сигнал о наличии и концентрации газов, отличающийся тем, что ИК излучения на длинах волн λраб и λопор осуществляют двумя полупроводниковыми излучателями, которые работают в импульсном режиме и которые размещают рядом друг с другом так, что оси излучателей направляют на центр ИК приемника, а расстояние ИК излучатели - ИК приемник образует контролируемое пространство, при этом оба ИК излучателя снабжают интерференционными фильтрами, которыми «сужают» спектр излучения, а сами излучения фокусируют в плоскости приема этих излучений так, что размер сфокусированных излучений устанавливают из условия Dизл≤5Dпр, длительности импульсов излучения на λраб и λопор, равны друг другу, Δtраб=Δtопор, а тактовую частоту Fт, которая задает импульсный режим работы, устанавливают тактовым генератором из равенства

при этом ИК излучатель на λраб запускают тактовыми импульсами от генератора напрямую, а излучатель на λопор запускают тактовыми импульсами, которые задерживают на время в диапазоне

и обеспечивают временное разнесение импульсов ИК излучения на λраб и λопор, а выходные импульсные сигналы ИК приемника подают на входы двух усилителей, закрытых по входу в исходном состоянии и их открывают синхронно с появлением выходных импульсов ИК приемника, для чего усилитель на λраб открывают тактовыми импульсами напрямую от генератора, а усилитель на λопор открывают тактовыми импульсами, которые задерживают на Тзад, при этом время работы усилителей устанавливают равным 0,9Δtраб, а выходные сигналы усилителей сравнивают схемой сравнения, для чего выходной сигнал усилителя на λраб задерживают на время Тзад, где Dизл и Dпр - соответственно пятна излучения на λраб и λопор в плоскости ИК приемника и размер входного окна приемника, Тт - период повторения тактовых импульсов, q - скважность импульсного режима работы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общее время работы Тсис ограничивают во времени в соответствии с выражением

а схему сравнения снабжают функцией накопления разностных сигналов, которые возникают на периоде Тт, число которых за время Тсис задают равным N.



 

Похожие патенты:

Предложена система наблюдения. Система включает одно полое оптическое волокно, проходящее через зону с людьми.

Изобретение относится к области техники тревожной сигнализации. .

Изобретение относится к технологии контроля качества измерений, проводимых с использованием компьютерных систем анализа изображений, и может быть использовано для оценки систематической погрешности морфологических характеристик структуры материалов тел в конденсированном состоянии.

Изобретение предназначено для определения компонентов текучего неоднородного вещества в среднем инфракрасном диапазоне. Система измерения затухания содержит проточную трубку (4), средство (10) переноса для создания потока образца через трубку (4), средство (14) измерения затухания в среднем инфракрасном диапазоне и средство (18) вычисления, причем средство (14) измерения затухания функционирует с синхронизацией по времени со средством (10) переноса, а средство (18) вычисления обеспечено прогнозирующей моделью.

Предложена система наблюдения. Система включает одно полое оптическое волокно, проходящее через зону с людьми.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и может быть использовано в контрольно-аналитических лабораториях при проведении анализа флавоноидов в лекарственном растительном сборе «Желчегонный сбор №3».
Изобретение относится к способу и системе для анализа или проверки людей или других объектов на наличие несвойственных или присущих материалов. Способ использует метод спектроскопии в параллельном режиме, согласно которому формируют зондирующий сигнал, одновременно содержащий электромагнитное излучение с шириной полосы пропускания в диапазоне от 10 ГГц до 25 ТГц.

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в атомной энергетике, охране окружающей среды для высокочувствительного контроля долгоживущего глобального радионуклида 14C в газовой фазе технологического процесса переработки отработавшего ядерного топлива в режиме реального времени.

Изобретение относится к экологии, а именно мониторингу состояния окружающей среды методом биоиндикации. Способ определения аммонийных соединений в атмосфере животноводческих комплексов включает сбор образцов лишайника с деревьев, растущих в фоновой зоне, не имеющей выбросов поллютантов в атмосферу.

Изобретение относится к микроскопии отдельных биологических организмов в жидком образце. Изображения, на которых могут быть идентифицированы отдельные биологические организмы, объединяют для создания наборов оптических срезов биологических организмов, и наборы оптических срезов анализируют для определения значения по меньшей мере одного параметра, описывающего микробную активность указанного отдельного биологического организма в каждом контейнере для образца.

Изобретение относится к области мониторинга радиационной обстановки и установления факта появления в атмосфере облака радиоактивных веществ. С помощью спектрорадиометра инфракрасного излучения определение присутствия в воздухе радиоактивных газов и аэрозолей осуществляется путем установления повышения в воздухе содержания озона, образующегося из кислорода под действием ионизирующих излучений радионуклидов.

Изобретение относится к способу измерения заполняющей способности измельченного табака. Для осуществления способа облучают образец табака лучом в ближнем инфракрасном диапазоне и измеряют спектр пропускания и поглощения или спектр диффузного отражения.

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств сталей и сварных соединений и может применяться в различных отраслях промышленности. Сущность: по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца. С помощью оптического микроскопа формируют изображение микроструктуры участка разрушения, по которому определяют величину пакетов бейнитной структуры, и находят параметрические характеристики вязкого и хрупкого разрушения по следующим зависимостям: dя=0,1 dб dфтс=0,6-0,8 dб, для трубных сталей класса прочности до К60, dфтс=0,4-0,6 dб, для трубных сталей класса прочности свыше К60 включительно, где: dя - средний размер ямки в участке вязкого разрушения (мкм), dфтc - средний размер фасетки транскристаллитного скола в участке хрупкого разрушения (мкм), dб - средний размер пакета бейнита (мкм). Технический результат: сокращение времени исследования и упрощение процесса оценки искомых характеристик. 18 ил.

Изобретение относится к оптическим устройствам детектирования и идентификации газовых сред и предназначено для качественного анализа состава молекулярных газов, которое найдет применение в качестве оптоэлектронного идентификатора для детектирования токсичных газов, контроля качества пищевых продуктов, мониторинга окружающей среды и для профилактики болезней дыхания по составу выдыхаемого воздуха. Устройство содержит источник широкополосного инфракрасного излучения, оптический волновод, имеющий несколько волноводных полых каналов, каждый из которых окружен фотонно-кристаллической оболочкой из нескольких слоев микрокапилляров и системы регистрации интенсивности инфракрасного диапазона. При этом информация о составе анализируемого газа, которым заполняются волноводные каналы, представляется в виде уникального многоразрядного бинарного кода. Изобретение обеспечивает детектирование и идентификацию газовых сред с повышенной избирательностью и исключение использования дорогостоящего спектроанализатора инфракрасного диапазона. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влажности древесины в процессе сушки и хранения. Способ измерения влажности древесины заключается в том, что устанавливают источник и приемник ИК-излучения поперек волокон древесины на выбранную глубину, измеряют поток ИК-излучения, прошедший через древесину, сравнивают полученные измерения с заранее определенной калибровочной зависимостью, связывающей изменение потока ИК-излучения, прошедшего через древесину с влажностью древесины, определенной весовым способом в фиксированные моменты времени, и вычисляют влажность древесины. Изобретение позволяет определить абсолютную влажность древесины в диапазоне от 10% до 120% и повысить качество сушки древесины. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии, и может быть использовано для диагностики заболеваний тканей пародонта на разных стадиях. Для осуществления способа исследуют слюну, в качестве показателя воспалительного процесса определяют концентрацию свободного оксипролина спектрофотометрическим методом. При значениях <0,80 мг/л диагностируют отсутствие патологии тканей полости рта; при значениях 0,80 - 1,00 мг/л диагностируют острый катаральный гингивит; при значениях 1,01 - 1,50 мг/л диагностируют хронический гингивит; при значениях >1,50 мг/л диагностируют пародонтит. Использование способа позволяет более точно, в короткие сроки на доступном для всех клинических лабораторий оборудовании диагностировать заболевания тканей пародонта. 1 табл., 8 пр.

Изобретение относится к технике измерений и может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Оптико-электронное устройство для контроля качества моторного масла содержит осветительный блок, блок для захвата изображения, блок обработки изображения, схему управления осветительным блоком, последовательно соединенную с первым цифроаналоговым преобразователем и ЭВМ, электромеханический клапан дозации масла из картера двигателя с блоком управления электромеханическим клапаном, последовательно соединенный с вторым цифроаналоговым преобразователем и ЭВМ, шаговый двигатель, последовательно соединенный с блоком управления шаговым двигателем, с третьим цифроаналоговым преобразователем и ЭВМ, двумя катушками с лентой из фильтровальной бумаги, объектив, ПЗС-матрицу, последовательно соединенную с первым аналого-цифровым преобразователем, DSP-процессором и ЭВМ, термодатчик, последовательно соединенный с усилителем, вторым аналого-цифровым преобразователем и ЭВМ, цифровой индикатор, интерфейс соединения с внешними устройствами. Достигается возможность осуществления непрерывного автоматизированного контроля, повышение точности, оперативности и достоверности измерений. 1 ил.
Наверх