EA030530B1

EA030530B1 - Анализатор состава жидких и твердых веществ

Info

Publication number: EA030530B1
Application number: EA201600067A
Authority: EA
Inventors: Карина Вадимовна КАЛИНИНА; Сергей Сергеевич МОЛЧАНОВ; Андрей Александрович ПЕТУХОВ; Николай Деев СТОЯНОВ
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи"
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2018-08-31
Also published as: EA201600067A1

Abstract

Изобретение в целом относится к анализаторам состава веществ и, в частности, к анализаторам состава жидких и твердых веществ, работающих в спектральном диапазоне 900-2500 нм. Предложено устройство для определения химического состава анализируемого вещества, представляющего собой твердое вещество, жидкое вещество или их смесь, содержащее оптический блок, содержащий светодиодный излучатель, излучающий в спектральном диапазоне 900-2500 нм, и широкополосный фотодиод, причем светодиодный излучатель расположен с возможностью направления своего излучения на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с указанным анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод расположен с возможностью приема излучения от светодиода после взаимодействия этого излучения с указанным анализируемым веществом, электронный блок, и плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком, причем светодиодный излучатель содержит светодиодные чипы, установленные на одной подложке, а электронный блок выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.

Description

Настоящее изобретение в целом относится к анализаторам состава веществ, и, в частности, к анализаторам состава жидких и твердых веществ, работающих в спектральном диапазоне 900-2500 нм.

Обзор уровня техники

В настоящее время известны различные анализаторы состава веществ. Однако, как правило, они обладают большими размерами, длительным временем работы, высоким энергопотреблением и используют дорогостоящие компоненты.

Например, из документа RU 2347212 C2 известен спектрометр, включающий осветитель с источником линейчатого и сплошного излучения, отсек для образцов, в который может быть установлена одна из взаимозаменяемых ячеек для образца, кювета, держатель твердых образцов, диспергирующий узел и позиционно-чувствительный фотоприемник, способный менять свою ориентацию относительно направления дисперсии диспергирующего узла. Для обеспечения возбуждения спектров флуоресценции монохроматическим излучением с плавно изменяемой длиной волны в отсеке для образцов расположена ячейка, содержащая поворотную дифракционную решетку с отсчетным механизмом, выходную щель с регулируемой шириной, кювету с исследуемым веществом и объектив.

Данное устройство использует возбуждение излучения исследуемого вещества, и требует аппарат для определения длины волны этого излучения -дифракционную решетку с шаговым двигателем, поэтому имеет большие размеры и очень инерционен.

Также из документа RU 2487337 С2 известно устройство для контроля вещества в атмосфере, использующее способ, при котором в атмосфере, потенциально содержащей вещество, выдерживают в течение заданного периода времени по меньшей мере один датчик, направляют световой пучок в первом диапазоне длин волн на по меньшей мере один датчик и получают первый сигнал, соответствующий количеству света первого диапазона длин волн, отраженного от по меньшей мере одного датчика, направляют световой пучок во втором диапазоне длин волн на по меньшей мере один датчик и получают второй сигнал, соответствующий количеству света второго диапазона длин волн, отраженного от по меньшей мере одного датчика, сравнивают первый и второй сигналы для получения сигнала сравнения и устанавливают соответствие сигнала сравнения с заранее полученной кривой отражения, посредством чего получают оценку концентрации, соответствующую концентрации определяемого вещества в атмосфере.

Указанное устройство частично решило недостатки известных устройств, но содержит датчик, оптические свойства которого меняются в зависимости от наличия и концентрации в атмосфере определяемого вещества, что сужает область применения такого устройства.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для определения химического состава анализируемого вещества с высокой точностью, которое может работать в широком спектральном диапазоне с твердыми и жидкими веществами, имеет малые размеры и низкое энергопотребление и высокое быстродействие.

Предложено устройство для определения химического состава анализируемого вещества, представляющего собой твердое вещество, жидкое вещество или их смесь, содержащее оптический блок, содержащий светодиодный излучатель, излучающий в спектральном диапазоне 900-2500 нм, и широкополосный фотодиод, причем светодиодный излучатель расположен с возможностью направления своего излучения на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод расположен с возможностью приема излучения от светодиодного излучателя после взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, электронный блок, и плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком, причем светодиодный излучатель содержит светодиодные чипы, установленные на одной подложке, а электронный блок выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.

Достигаемый технический результат заключается в возможности работы предлагаемого устройства для определения химического состава анализируемого вещества в виде твердого вещества, жидкого вещества или их смеси в широком спектральном диапазоне, при этом указанное устройство имеет благодаря своей конфигурации малые размеры, низкое энергопотребление и высокое быстродействие.

Кроме того, в предложенном устройстве увеличена точность определения химического состава анализируемого вещества, а также с его помощью возможно определить большее количество химических веществ в составе анализируемого вещества, посредством обеспечения возможности смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.

Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения светодиодный излучатель содержит по меньшей мере четыре светодиодных чипа.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на разных длинах волн.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения широкополосный фотодиод характеризуется красной границей 2500 нм

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство содер- 1 030530

жит корпус, который выполнен с возможностью вставки в слот мобильного устройства. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство выполнено с возможностью обмена информацией с мобильным устройством.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство дополнительно содержит приемник для размещения пробы анализируемого вещества, причем светодиодный излучатель и фотодиод расположены с противоположных сторон от приемника для размещения пробы анализируемого вещества.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения котором светодиодный излучатель и фотодиод расположены с одной стороны от анализируемого вещества.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодный излучатель и фотодиод уставлены на одной подложке таким образом, что светодиодные чипы установлены на подложке по окружности вокруг фотодиода.

В качестве альтернативы светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны соосно в узел, обеспечивая возможность направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия излучения фотодиодом.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения верхняя поверхность фотодиода расположена ниже верхних поверхностей светодиодных чипов.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны в узел с их пространственным разделением, а указанное устройство содержит по меньшей мере две линзы, выполненные с возможностью направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия излучения фотодиодом.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство дополнительно содержит опорный фотодиод, установленный рядом со светодиодным излучателем.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодные чипы выполнены на основе гетероструктур, которые имеют подложку, содержащую GaSb, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор GaInAsSb, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AlGaAsSb, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий GaSb, и буферный слой, содержащий твердый раствор GaInAsSb.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения буферный слой гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения фотодиод выполнен на основе гетероструктуры, содержащей последовательно расположенные подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий GaInAsSb, слои электрического и оптического ограничения, содержащие AlGaAsSb, и контактный слой, содержащий GaSb.

Также предложен способ определения химического состава анализируемого вещества с помощью устройства для определения химического состава анализируемого вещества, в котором обеспечивают наличие анализируемого вещества, подают импульсы на светодиодные чипы, причем подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени, и определяют химический состав анализируемого вещества посредством сравнения спектра, полученного на основе сигналов, сформированных фотодиодом, с по меньшей мере одним известным опорным спектром.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения предварительно создают по меньшей мере один опорный спектр посредством функционирования устройства без наличия анализируемого вещества при имеющихся атмосферных условиях.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения дополнительно определяют концентрацию веществ в составе анализируемого вещества.

Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения подача импульсов на светодиодные чипы дополнительно содержит подачу импульсов по меньшей мере на одну пару светодиодных чипов, максимумы спектров излучения которых характеризуются соседними длинами волн, при этом при подаче импульсов на по меньшей мере одну пару светодиодных чипов импульсы подают одновременно на каждый светодиодный чип указанной пары светодиодных чипов таким образом, что каждый светодиодный чип включают с различной мощностью.

Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на более чем одну пару светодиодных чипов со сдвигом во времени.

Другие аспекты настоящего изобретения могут быть понятны из последующего описания предпочтительных вариантов реализации и чертежей.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан пример электрической платы для светодиодной излучателя, содержащего 24 светодиодных чипа.

На фиг. 2 показан пример рабочей головки, в которой электрическая плата с фотодиодом смонтиро- 2 030530

вана под электрической платой со светодиодным излучателем.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации

Настоящее описание раскрывает варианты и особенности устройства для определения химического состава анализируемого вещества в виде твердого вещества, жидкого вещества или их смеси, которое в настоящем описании также может именоваться анализатором состава жидких и твердых веществ. Необходимо отметить, что раскрываемые особенности указанного устройства в любом варианте реализации могут быть присущи различным вариантам реализации в любой их комбинации, если не указано иначе.

Устройство для определения химического состава анализируемого вещества представляет собой небольшое портативное устройство, работающее в спектральном диапазоне 900-2500 нм на основе методов молекулярной спектроскопии.

Устройство для определения химического состава анализируемого вещества согласно первому варианту реализации содержит оптический блок, который содержит светодиодный излучатель и широкополосный фотодиод, электронный блок, выполненный с возможностью управления светодиодным излучателем, и плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком. Светодиодный излучатель расположен таким образом, что его излучение направлено на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод установлен с возможностью приема излучения от светодиода после его взаимодействия с анализируемым веществом. Таким образом, в различных вариантах реализации настоящего изобретения анализируемое вещество может находиться вне анализатора или внутри него с сохранением указанной выше возможности направления излучения от светодиодного излучателя на анализируемое вещество и его приема фотодиодом. Кроме того, анализируемое вещество можно взять в виде пробы анализируемого вещества, что обычно применяется в случае, когда анализируемое вещество размещено внутри анализатора. Здесь и далее под анализируемым веществом и пробой анализируемого вещества подразумевается любое количество анализируемого вещества, позволяющее выполнить определение его химического состава посредством устройства согласно настоящему изобретению.

Используемый светодиодный излучатель выполнен в виде по меньшей мере четырех светодиодных чипов, установленных на одной подложке, которые могут излучать в спектральном диапазоне 900-2500 нм. Такой светодиодный излучатель также может быть назван светодиодной матрицей. Светодиодные чипы предпочтительно имеют максимумы спектра излучения на разных длинах волн, однако возможны варианты реализации, в которых два или более светодиодных чипа имеют максимум спектра излучения на одной длине волны. Используемый широкополосный фотодиод имеет красную границу 2500 нм, но возможно использование фотодиодов с отличной красной границей. Например, в одном из вариантов реализации анализатор содержит светодиодный излучатель из 8 светодиодов, излучающих на разных длинах волн (1,3, 1,45, 1,6, 1,7, 1,95, 2,15, 2,25 и 2,35 мкм), и широкополосный фотодиод с красной границей 2400 нм с диаметром чувствительной площадки 2 мм.

Кроме того, указанный анализатор согласно первому варианту реализации дополнительно содержит приемник для размещения пробы анализируемого вещества, который установлен в анализаторе таким образом, что светодиодная матрица и фотодиод расположены с противоположных сторон от приемника для размещения пробы анализируемого вещества. При такой конфигурации анализатора излучение от светодиодного излучателя может проходить через пробу анализируемого вещества для взаимодействия с ним и далее до фотодиода, который принимает излучения после его взаимодействия с указанной пробой и далее передает полученную информацию для дальнейшего анализа. Таким образом, анализатор с указанной конфигурацией может быть назван анализатором, работающим на пропускание. В качестве анализируемых веществ в данном случае могут быть использованы жидкие или твердые вещества, или их смеси, характеризующиеся некоторой степенью пропускания, достаточной для функционирования анализатора. Как правило, для анализатора с указанной конфигурацией в качестве пробы анализируемого вещества используют небольшое количество указанного вещества.

Электронный блок указанного анализатора согласно первому варианту реализации выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов. Это означает возможность подачи питания электронным блоком одновременно на два светодиода одной пары и получение суммарного спектра с максимумом между максимумами отдельных светодиодов указанной пары. Указанная возможность позволяет увеличить точность определения химического состава анализируемого вещества, а также возможность определить большее количество химических веществ в составе анализируемого вещества.

Анализатор состава жидких и твердых веществ согласно второму варианту реализации подобен анализатору согласно первому варианту реализации, однако он не содержит приемника для размещения пробы анализируемого вещества. При такой конфигурации анализатора анализируемое вещество расположено с внешней части анализатора, т.е. при такой конфигурации светодиодная матрица и фотодиод расположены с одной стороны от анализируемого вещества. В анализаторе такой конфигурации излучение от светодиодного излучателя проходит до анализируемого вещества и после взаимодействия с ним отражается в сторону фотодиода, принимающего указанное излучение. Соответственно, анализатор с

- 3 030530

указанной конфигурацией называют анализатором, работающим на отражение, и в качестве анализируемых веществ берут, как правило, твердые вещества. Поскольку в анализаторе с такой конфигурацией нет необходимости использовать приемник для размещения пробы, го анализируемое вещество может быть взято в любом количестве, однако в некоторых вариантах реализации анализируемое вещество может находиться внутри анализатора, например, в виде пробы, размещенной в приемнике для размещения пробы анализируемого вещества.

В указанном анализаторе состава жидких и твердых веществ согласно второму варианту реализации светодиодная матрица и фотодиод установлены на единой подложке таким образом, что светодиодные чипы светодиодной матрицы расположены на подложке по окружности или в периферийной области вокруг фотодиода, так что фотодиод расположен в центре относительно светодиодных чипов с возможностью приема излучения от анализируемого вещества.

В других вариантах реализации анализатора состава жидких и твердых веществ может быть выполнена компоновка светодиодной матрицы и фотодиода, при которой светодиодная матрица и фотодиод установлены на собственные подложки, которые собраны соосно в узел в виде единой головки таким образом, чтобы позволять направлять излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и далее принятия этого излучения, отраженного от анализируемого вещества, фотодиодом. Пример электрической платы для светодиодной матрицы на 24 светодиодных чипа, по 3 чипа на каждую длину волны, показан на фиг. 1. Светодиодные чипы приклеиваются на токопроводящие площадки, самые близкие к внутреннему диаметру платы (например, которые показаны на чертеже позициями 11, 12 и 13), и соединяются между собой последовательно. При указанной компоновке фотодиод с чувствительной площадкой большой площади (в данном примере его диметр 2 мм) монтируется на отдельной электрической плате, причем диаметр контактной площадки фотодиода должен быть меньше внутреннего диаметра электрической платы для светодиодной матрицы.

При сборке светодиодной матрицы и фотодиода, установленных на собственные подложки, в виде единой рабочей головки электрическая плата 4 с фотодиодом монтируется под электрической платой 3 со светодиодной матрицей, что проиллюстрировано на фиг. 2, изображающей пример такой рабочей головки Такая конфигурация обеспечивает отсутствие прямого попадания излучения с боковых граней светодиода прямо на фотодиод, что было возможно в случае расположения фотодиода в одной плоскости со светодиодами. На платы надевается металлическая крышка-отражатель 2 с отполированной внутренней стенкой для фокусировки излучения. Вся головка помещается в общий металлический корпус 5 со стеклом 1, прозрачным в спектральном диапазоне 1-2,5 мкм (сапфир, кварц, BaF₂, CaF₂). Вместо стекла может быть использована двояковыпуклая линза.

Важно отметить, в некоторых вариантах реализации, в которых светодиодная матрица и фотодиод установлены на единой подложке или установлены на собственные подложки, которые собраны соосно в узел, как указано выше, верхняя поверхность фотодиода, направленная в сторону анализируемого вещества, расположена ниже верхних поверхностей светодиодных чипов, также направленных в сторону анализируемого вещества, Таким образом, излучение от светодиодной матрицы, не прошедшее взаимодействие с анализируемым веществом, не попадает на фотодиод и не влияет на результаты работы анализатора.

Также в некоторых других вариантах реализации анализатора светодиодная матрица и фотодиод установлены на собственные подложки, но эти подложки собраны в узел с их пространственным разделением. В данном случае в указанный узел добавляют линзы для фокусировки излучения, и эти линзы обеспечивают направление излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и направления излучения от анализируемого вещества для его принятия фотодиодом.

Кроме того, возможны варианты реализации, в которых дополнительно имеется опорный фотодиод, установленный рядом со светодиодной матрицей.

Анализатор состава жидких и твердых веществ согласно первому и второму вариантам реализации имеет внешний корпус, форма которого позволяет вставлять анализатор в слот мобильного устройства, например мобильного телефона, смартфона, коммуникатора, карманного компьютера, мобильного компьютера типа "ноутбук" или "нетбук", или в слот вычислительного устройства, такого как стационарный компьютер.

В других вариантах реализации анализатор состава жидких и твердых веществ может совершать обмен информацией с мобильным устройством или вычислительным устройством любым известным способом, включая в качестве примера универсальную последовательную шину (USB), RS-232, RS-485, WiFi, Bluetooth или любое другое подходящее соединение. Дополнительно или в качестве альтернативы анализатор состава жидких и твердых веществ может иметь запоминающее устройство (например, энергонезависимое или энергозависимое запоминающее устройство, такое как флэш-память, ОЗУ, магнитный носитель и т.д.) или может быть выполнено с возможностью записи информации на другой машиночитаемый носитель (например, оптические диски и т.д.).

В некоторых вариантах реализации светодиодные чипы светодиодной матрицы могут быть выполнены на основе гетероструктур, раскрытых в патенте ЕА 01830 того же заявителя с названием Гетероструктура на основе твердого раствора GaInAsSb, способ ее изготовления и светодиод на основе этой гете- 4 030530

роструктуры". Указанные гетероструктуры имеют подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий твердый раствор GaInAsSb и расположенный над подложкой, ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AlGaAsSb и расположенный над активным слоем, контактный слой, содержащий GaSb и расположенный над ограничительным слоем, и буферный слой, содержащий твердый раствор GaInAsSb. Буферный слой первой гетероструктуры представляет собой низколегированный буферный слой р° с составом, близким к GaSb, благодаря которому обратновключенный р-n переход p°-GaInAsSb/n-GaInAsSb обеспечивает локализацию дырок в активной области вблизи гетерограницы между буферным слоем и активным слоем. Кроме того, выращивание структурносовершенного с минимальной концентрацией примесей и дефектов слоя p°-GaInAsSb позволяет минимизировать влияние дефектов, прорастающих из подложки в активную область, что приводит к уменьшению глубоких акцепторных уровней и, соответственно, доли безызлучательной рекомбинации ШокклиРид-Холла. Кроме того, благодаря тому, что гетероструктуру выращивают с низким уровнем легирования буферного слоя р°, т.е. уровнем, близким к собственной концентрации, получают существенное увеличение квантовой эффективности, причём прямое рабочее напряжение такой гетероструктуры увеличивается незначительно, т.е. не в несколько раз, как это имеет место в структурах тиристорного типа. При этом в процессе выращивания буферного слоя согласно настоящему изобретению не используют свинец в качестве нейтрального растворителя. В некоторых вариантах реализации буферный слой расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.

В свою очередь, в некоторых вариантах реализации фотодиод выполнен на основе гетероструктуры, технология изготовления которой описана в Евразийском патенте № 018300 "Гетероструктура на основе твёрдого раствора GaInAsSb, способ её изготовления и светодиод на основе этой гетероструктуры" настоящего заявителя. Указанная гетероструктура содержит последовательно расположенные подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий GaInAsSb, слои электрического и оптического ограничения, содержащие AlGaAsSb, и контактный слой, содержащий GaSb.

При определении химического состава анализируемого вещества с помощью анализатора по любому из указанных вариантов реализации сперва обеспечивают наличие анализируемого вещества, в частности, в приемнике для пробы анализируемого вещества при его наличии или рядом с анализатором, и далее подают импульсы на светодиодные чипы, так что излучение от них взаимодействует с анализируемым веществом (происходит частичное поглощение излучения, интенсивность которого пропорциональна количеству вещества) и направляется в сторону фотодиода, принимающего это излучение и формирующего соответствующие сигналы. Во время подачи импульсов их последовательно подают на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени. В конце сравнивают спектр, полученный на основе сигналов, сформированных фотодиодом, и содержащих информацию о поглощении света на данной длине волны, с по меньшей мере одним известным опорным спектром и определяют химический состав анализируемого вещества, причем указанный по меньшей мере один опорный спектр обычно создают предварительно или в начале работы прибора посредством функционирования устройства без наличия анализируемого вещества при имеющихся атмосферных условиях, но он может быть также создан другим способом или могут быть использованы известные опорные спектры. Кроме того, в некоторых вариантах реализации, дополнитепьно к определению химического состава анализируемого вещества определяют концентрацию веществ в составе анализируемого вещества.

В некоторых вариантах реализации подача импульсов на светодиодные чипы дополнительно содержит подачу импульсов по меньшей мере на одну пару светодиодных чипов, максимумы спектров излучения которых характеризуются соседними длинами волн, при этом при подаче импульсов на по меньшей мере одну пару светодиодных чипов импульсы подают одновременно на каждый светодиодный чип указанной пары светодиодных чипов таким образом, что каждый светодиодный чип включают с различной мощностью. Предпочтительно при подаче импульсов на светодиодные чипы импульсы последовательно подают на более чем одну пару светодиодных чипов со сдвигом во времени.

Таким образом, импульсное питание светодиодов позволяет реализовать плавное сканирование исследуемого диапазона 900-2500 нм, поскольку спектральное излучение светодиодных чипов имеет вид гауссовой кривой. Подавая питание одновременно на два соседних по длине волны светодиода, можно получить суммарный спектр с максимумом между максимумами отдельных светодиодов. Если малыми шагами уменьшать ток на первом светодиодном чипе из одной пары и синхронно увеличивать ток на втором, то получается достаточно плавный сдвиг максимума суммарного спектра излучения. Разрешающая способность сканирования определяется количеством светодиодных чипов и шириной их спектров. В качестве примера, в одном из вариантов реализации в первый момент времени подается ток только на первый светодиод, потом 75% тока на первый светодиод и 25% на второй светодиод, далее по 50% на оба светодиода и затем 25% тока на первый светодиод и 75% на второй светодиод. В конце питается только второй светодиод. И далее процесс повторяется по всем светодиодам соседних длин волн светодиодной матрицы. Зависимость изменения сигнала от длины волны узнают по временной развертке включения разных светодиодов.

В некоторых вариантах реализации при подаче импульсов на светодиодные чипы дополнительно

- 5 030530

последовательно подают импульсы на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени и синхронным усилением сигнала от каждого чипа, что позволяет задействовать все имеющиеся светодиодные чипы и увеличить точность работы.

Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для определения химического состава анализируемого вещества, представляющего собой твердое вещество, жидкое вещество или их смесь, содержащее

оптический блок, содержащий светодиодный излучатель, излучающий в спектральном диапазоне 900-2500 нм, и широкополосный фотодиод, причем светодиодный излучатель расположен с возможностью направления своего излучения на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод расположен с возможностью приема излучения от светодиодного излучателя после взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом,

электронный блок и

плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком,

причем светодиодный излучатель содержит светодиодные чипы, установленные на одной подложке, а

электронный блок выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов,

причем светодиодный излучатель содержит по меньшей мере четыре светодиодных чипа.
2. Устройство по п.1, в котором светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на разных длинах волн.
3. Устройство по п.1, в котором широкополосный фотодиод характеризуется красной границей 2500 нм.
4. Устройство по п.1, содержащее корпус, который выполнен с возможностью вставки в слот мобильного устройства.
5. Устройство по п.1, которое выполнено с возможностью обмена информацией с мобильным устройством.
6. Устройство по п.1, дополнительно содержащее приемник для размещения пробы анализируемого вещества, причем светодиодный излучатель и фотодиод расположены с противоположных сторон от приемника для размещения пробы анализируемого вещества.
7. Устройство по п.1, в котором светодиодный излучатель и фотодиод расположены с одной стороны от анализируемого вещества.
8. Устройство по п.7, в котором светодиодный излучатель и фотодиод установлены на одной подложке таким образом, что светодиодные чипы установлены на подложке по окружности вокруг фотодиода.
9. Устройство п.7, в котором светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны соосно в узел, обеспечивая возможность направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия указанного излучения фотодиодом.
10. Устройство по любому из пп.7-9, в котором верхняя поверхность фотодиода расположена ниже верхних поверхностей светодиодных чипов.
11. Устройство п.7, в котором светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны в узел с их пространственным разделением, а указанное устройство дополнительно содержит по меньшей мере две линзы, выполненные с возможностью направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия указанного излучения фотодиодом.
12. Устройство по любому из пп.6, 9 или 11, дополнительно содержащее опорный фотодиод, установленный рядом со светодиодным излучателем.
13. Устройство по любому из пп.1-12, в котором светодиодные чипы выполнены на основе гетероструктур, которые имеют подложку, содержащую GaSb, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор GaInAsSb, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AlGaAsSb, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий GaSb, и буферный слой, содержащий твердый раствор GaInAsSb.
14. Устройство по п.13, в котором буферный слой гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.
15. Устройство по любому из пп.1-14, в котором фотодиод выполнен на основе гетероструктуры,

- 6 030530

содержащей последовательно расположенные подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий GalnAsSb, слои электрического и оптического ограничения, содержащие AlGaAsSb, и контактный слой, содержащий GaSb.
16. Способ определения химического состава анализируемого вещества с помощью устройства по любому из пп.1-15, в котором

обеспечивают наличие анализируемого вещества,

подают импульсы на светодиодные чипы, причем подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени, и

определяют химический состав анализируемого вещества посредством сравнения спектра, полученного на основе сигналов, сформированных фотодиодом, с по меньшей мере одним известным опорным спектром.
17. Способ по п.16, в котором предварительно создают по меньшей мере один опорный спектр посредством функционирования устройства без наличия анализируемого вещества при имеющихся атмосферных условиях.
18. Способ по п.16, в котором дополнительно определяют концентрацию веществ в составе анализируемого вещества.
19. Способ по п.16, в котором подача импульсов на светодиодные чипы дополнительно содержит подачу импульсов по меньшей мере на одну пару светодиодных чипов, максимумы спектров излучения которых характеризуются соседними длинами волн, при этом при подаче импульсов на по меньшей мере одну пару светодиодных чипов импульсы подают одновременно на каждый светодиодный чип указанной пары светодиодных чипов таким образом, что каждый светодиодный чип включают с различной мощностью.
20. Способ по п.19, в котором подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на более чем одну пару светодиодных чипов со сдвигом во времени.