RU191921U1 - Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде - Google Patents
Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде Download PDFInfo
- Publication number
- RU191921U1 RU191921U1 RU2019113290U RU2019113290U RU191921U1 RU 191921 U1 RU191921 U1 RU 191921U1 RU 2019113290 U RU2019113290 U RU 2019113290U RU 2019113290 U RU2019113290 U RU 2019113290U RU 191921 U1 RU191921 U1 RU 191921U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- infrared radiation
- radiation
- source
- concentration
- receiver
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 52
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 10
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 5
- -1 for example Substances 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и касается устройства для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде. Устройство содержит основание с цельной крышкой, между которым образованы по меньшей мере две рабочие камеры. В каждой камере размещен источник инфракрасного излучения и спектрально согласованный с ним приемник инфракрасного излучения. Каждая рабочая камера имеет две выполненные в крышке параболические отражающие поверхности, одна из которых выполнена с возможностью приема излучения, поступающего от источника инфракрасного излучения, а другая выполнена с возможностью приема излучения, отраженного от первой параболической отражающей поверхности, и направления этого излучения на приемник инфракрасного излучения. Источники излучения выполнены с возможностью работы в разных спектральных диапазонах. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения концентрации различных веществ и упрощении конструкции устройства. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящая полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде и могут быть использованы для определения наличия и/или концентрации химических веществ, например таких, как метан, диоксид углерода и др. в промышленных и бытовых условиях.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В настоящее время известно множество газовых датчиков для определения концентрации газов в окружающей среде. В частности, датчики для определения концентрации такого газа как метан используются в горнодобывающей промышленности для измерения концентрации метана в шахтах. Кроме того, при обеспечении пожарной безопасности на предприятиях используют датчики углекислого газа. Такие датчики, будучи актуальными в производстве и в промышленности для измерения концентрации целевых газов, становятся актуальными для бытового применения. С ухудшением экологической обстановки в крупных городах все чаще возникает необходимость использования подобного рода датчиков в бытовых условиях. Подобные сценарии применения обуславливают собой необходимость использовать простые в изготовлении и эксплуатации устройства, имеющие невысокую стоимость, но при этом обладающие требуемой точностью измерений.
В заявке на патент KR 20180064724 A (G01N21/35, публ. 15.06.2018, LG ELECTRONICS INC)е раскрыт газовый датчик, в котором источник излучения и приемник излучения лежат в одной плоскости, а система отражателей обеспечивает прохождение оптического излучения параллельно указанной плоскости по меньшей мере на части оптического пути с многократным переотражением. Кроме того, система отражателей выполнена модульной для установки дополнительных источников и приемников излучения. Универсальность такого датчика с возможностью надстройки дополнительных источников и приемников приводит к сложной конструкции, подверженной возможным люфтам и нарушению оптического пути излучения, что в свою очередь влияет на точность измерения.
Из патента US 7880886 B2 (G01N21/00, публ. 01.02.2011, Robert Bosch GmbH), выбранного в качестве прототипа, известен газовый датчик для измерения концентрации газов в системе контроля климата транспортного средства, содержащий основание с закрепленной на нем крышкой, между которым образована измерительная камера. В указанной измерительной камере размещен источник инфракрасного излучения, представляющий собой светодиод, и согласованный с ним приемник инфракрасного излучения, разнесенные в продольном направлении основания. На подложке закреплена крышка, на внутренней поверхности которой выполнены две отражающие параболические поверхности, расположенные на концах измерительной камеры и выполненные с возможностью переотражения излучения от источника инфракрасного излучения к приемнику инфракрасного излучения. В непосредственной близости с источником инфракрасного излучения установлено экранирующее устройство, исключающее прохождение излучения от источника к приемнику непосредственно вдоль оптической оси. Однако, использование дополнительных элементов в виде экранирующих устройств усложняет конструкцию устройства, что может усложнить его изготовление и эксплуатацию. Кроме того, данное устройство имеет только одну измерительную камеру и не предназначено для определения концентраций нескольких целевых газов.
Таким образом, техническая проблема заключается в расширении арсенала устройств для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде, обеспечивающих одновременное определение концентрации нескольких различных газов, а также подходящих для массового производства.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в создании простой в изготовлении и эксплуатации конструкции устройства, обеспечивающей возможность определения концентрации нескольких химических веществ в анализируемой среде.
Указанный технический результат реализуется посредством создания устройства для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде, содержащего основание с цельной крышкой, между которым образованы по меньшей мере две рабочие камеры, в каждой из которых размещен источник инфракрасного излучения и спектрально согласованный с ним приемник инфракрасного излучения, которые установлены на основании и разнесены друг от друга в продольном направлении основания, при этом каждая рабочая камера имеет две параболические отражающие поверхности, выполненные в крышке, одна из которых выполнена с возможностью приема излучения, поступающего от источника инфракрасного излучения, а другая выполнена с возможностью приема излучения, отраженного от первой параболической поверхности и направления этого излучения на приемник инфракрасного излучения, а источники инфракрасного излучения, расположенные в разных рабочих камерах выполнены с возможностью работы в разных спектральных диапазонах.
Выполнение отражающих поверхностей указанных по меньшей мере двух рабочих камер непосредственно в крышке устройства, а также выполнение крышки цельной позволяет значительно упростить конструкцию устройства, и, следовательно, снизить затраты на изготовление устройства, его сборку и эксплуатацию.
Крышка может быть образована посредством штампования листа материала, посредством фрезерования заготовки или посредством литья.
Источник инфракрасного излучения может быть выполнен с возможностью излучения в диапазоне длин волн 3-4 мкм или 4-5 мкм.
Источник или приемник инфракрасного излучения может быть выполнен на основе полупроводникового диода, содержащего оптическое покрытие на основе сложной полупроводниковой халькогенидной системы, содержащей As, S, Se, и по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, содержащей I, Br, Cl. Использование подобного оптического покрытия позволяет значительно сузить диаграмму направленности и увеличить внешний квантовый выход.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее предложенная полезная модель описана более подробно со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 схематически изображает вид сбоку предлагаемого устройства для определения химических веществ в анализируемой среде;
фиг. 2 схематически изображает вид сверху крышки, используемой в устройстве для определения химических веществ в анализируемой среде, показанном на фиг. 1.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
На фиг. 1 схематически изображен вид сбоку предлагаемого устройства для определения химических веществ в анализируемой среде согласно одному варианту его осуществления. Предлагаемое устройство содержит основание 1 со встроенной электроникой (на фигуре не показана) и цельную крышку 2, между которыми образованы две измерительные камеры 3 и 4 (фиг. 2). В каждой измерительной камере расположены источник 5 инфракрасного излучения и спектрально согласованный с ним приемник 6 инфракрасного излучения. Источник 5 и приемник 6 установлены на основании и разнесены друг от друга в продольном направлении основания.
Каждая из рабочих камер 3 и 4 имеет рефлектор, образованный частью крышки 2, и имеющий две параболические отражающие поверхности 7 и 8, расположенные на концах камер 3 и 4 таким образом, что источник 5 и приемник 6 находятся по существу в фокусе указанных отражающих поверхностей 7 и 8. Однако возможен вариант реализации, согласно которому источник 5 и приемник 6 могут быть смещены как вдоль оси параболических отражающих поверхностей 7 и 8, так и перпендикулярно к ней. Между отражающими поверхностями 7 и 8 расположена прямолинейная часть 9, в верхней части которой выполнены отверстия 10 для прохождения исследуемой среды. Длина каждой из рабочих камер 3 и 4 определяется расчетом исходя из условий оптимальной длины оптического пути для детектирования конкретного газа. При этом фокальный параметр отражающей параболической поверхности определяется с учетом общей длиной рефлектора, а также допустимого внешнего диаметра рефлектора. Отражающие параболические поверхности в общем случае представляют собой эллиптический параболоид, а в частном, параболоид вращения.
Как показано стрелками на фиг. 1, луч света от источника 5, испытав отражение последовательно от параболической отражающей поверхности 7, а затем от параболической отражающей поверхности 8, падает на приемник 6.
При этом источники инфракрасного излучения, расположенные в разных рабочих камерах выполнены с возможностью работы в разных спектральных диапазонах. В частности, один источник инфракрасного излучения может работать в диапазоне длин волн 3-4 мкм, т.е. может использоваться для определения концентрации метана, основная полоса поглощения которого в инфракрасной области составляет 3,2-3,4 мкм, а другой источник может работать в диапазоне длин волн, например, 4-5 мкм и использоваться, например, для определения концентрации диоксида углерода, основная полоса поглощения которого в инфракрасной области составляет 4,2-4,3 мкм. Специалисту понятно, что предлагаемое устройство может быть легко приспособлено для работы с другими видами газов посредством выбора соответствующих источников и приемников инфракрасного излучения, а также изменения параметров рабочих камер, в частности рефлекторов, сформированных в крышке.
Для изготовления крышки 2 могут быть использованы различные технологии, в частности штампование листа материала, фрезерование заготовки, литье или литье под давлением. При этом в качестве материала для изготовления крышки 2 может быть использован как метал, например, сталь, сплавы алюминия и другие материалы, так и пластмасса. В случае использования пластмасс осуществляют металлизацию внутренней поверхности крышке в области камер 3 и 4 посредством гальванизации, вакуумного напыления, магнетронного напыления и других известным способов.
Предложенная конструкция позволяет сократить расстояние между источником и приемником и при этом удлинить световой путь, и, следовательно, обеспечить более высокую чувствительность устройства при сохранении его компактных размеров.
Основание 1 содержит электронный блок, в состав которого может входить: микропроцессор; импульсный источник тока для питания светодиодов, связанный с микропроцессором; блок дифференциального усилителя напряжения на p-n переходе светодиода, используемого для определения концентрации одного газа, например, метана; блок дифференциального усилителя напряжения на p-n переходе светодиода, используемого для определения концентрации второго газа, например, диоксида углерода; блок предварительного усилителя фотодиода, используемого для определения концентрации одного газа, например, метана; блок предварительного усилителя фотодиода, используемого для определения концентрации второго газа, например, диоксида углерода; блок схемы выборки и хранения для синхронного детектирования температурного сигнала и сигналов фотодиодов, связанный на входе с указанными блоками дифференциального усилителя напряжения и блоками предварительно усиления фотодиодов, и связанный на выходе с микропроцессором.
Источник и приемник инфракрасного излучения могут быть выполнены на основе полупроводникового диода для среднего инфракрасного диапазона спектра содержащий по меньшей мере один полупроводниковый чип, выполненный на основе гетероструктуры, имеющий токопроводящие контакты и размещенный на теплопроводной основе, а также оптическое покрытие из материала на основе сложной полупроводниковой халькогенидной системы, содержащей As, S, Se, причем халькогенидная система может дополнительно содержать по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, содержащей I, Br, Cl. Указанная гетероструктура может представлять собой, например, структуру типа InAs/InSbP/InAsSbP. Нанесение оптического покрытия из халькогенидного стекла позволяет сузить диаграмму направленности примерно до 30° и увеличить внешний квантовый выход до 6 раз. Предложенная конструкция диода может быть использована для создания как светодиодов, так и фотодиодов. При этом в качестве полупроводникового чипа используется соответственно светодиодный чип или фотодиодный чип.
Claims (10)
1. Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде, содержащее
основание с цельной крышкой, между которым образованы по меньшей мере две рабочие камеры, в каждой из которых размещен источник инфракрасного излучения и спектрально согласованный с ним приемник инфракрасного излучения, которые установлены на основании и разнесены друг от друга в продольном направлении основания,
при этом каждая рабочая камера имеет две параболические отражающие поверхности, выполненные в крышке, одна из которых выполнена с возможностью приема излучения, поступающего от источника инфракрасного излучения, а другая выполнена с возможностью приема излучения, отраженного от первой параболической отражающей поверхности, и направления этого излучения на приемник инфракрасного излучения, а источники инфракрасного излучения, расположенные в разных рабочих камерах, выполнены с возможностью работы в разных спектральных диапазонах.
2. Устройство по п. 1, в котором крышка образована посредством штампования листа материала.
3. Устройство по п. 1, в котором крышка образована посредством фрезерования заготовки.
4. Устройство по п. 1, в котором крышка образована посредством литья.
5. Устройство по п. 1, в котором источник инфракрасного излучения выполнен с возможностью излучения в диапазоне длин волн 3-4 мкм.
6. Устройство по п. 1, в котором источник инфракрасного излучения выполнен с возможностью излучения в диапазоне длин волн 4-5 мкм.
7. Устройство по п. 1, в котором источник инфракрасного излучения выполнен на основе полупроводникового диода, содержащего оптическое покрытие на основе сложной полупроводниковой халькогенидной системы, содержащей As, S, Se, и по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, содержащей I, Br, Cl.
8. Устройство по п. 1, в котором приемник инфракрасного излучения выполнен на основе полупроводникового диода, содержащего оптическое покрытие на основе сложной полупроводниковой халькогенидной системы, содержащей As, S, Se, и по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, содержащей I, Br, Cl.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113290U RU191921U1 (ru) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019113290U RU191921U1 (ru) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU191921U1 true RU191921U1 (ru) | 2019-08-28 |
Family
ID=67852273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019113290U RU191921U1 (ru) | 2019-04-29 | 2019-04-29 | Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU191921U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050286054A1 (en) * | 2004-01-05 | 2005-12-29 | Southwest Sciences, Inc. | Oxygen sensor for aircraft fuel inerting systems |
| US7880886B2 (en) * | 2003-12-20 | 2011-02-01 | Robert Bosch Gmbh | Gas sensor |
| RU179257U1 (ru) * | 2017-07-03 | 2018-05-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Оптический датчик дыма |
| WO2018222764A1 (en) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Analog Devices, Inc. | Compact optical gas detection system and apparatus |
-
2019
- 2019-04-29 RU RU2019113290U patent/RU191921U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7880886B2 (en) * | 2003-12-20 | 2011-02-01 | Robert Bosch Gmbh | Gas sensor |
| US20050286054A1 (en) * | 2004-01-05 | 2005-12-29 | Southwest Sciences, Inc. | Oxygen sensor for aircraft fuel inerting systems |
| WO2018222764A1 (en) * | 2017-05-30 | 2018-12-06 | Analog Devices, Inc. | Compact optical gas detection system and apparatus |
| RU179257U1 (ru) * | 2017-07-03 | 2018-05-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) | Оптический датчик дыма |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| GB2583023A (en) | A gas sensor probe and a detection apparatus based on spiral light path with multiple-point reflection | |
| EP1987346B1 (en) | Dome gas sensor | |
| US8193502B2 (en) | Optical absorption gas sensor | |
| US8742370B2 (en) | Gas sensor | |
| CN101105449A (zh) | 双光源双敏感元件红外多气体检测传感器 | |
| US11686673B2 (en) | NDIR detector device for detecting gases having an infrared absorption spectrum | |
| US6989549B2 (en) | Optical gas sensor | |
| TWI513974B (zh) | 檢測器 | |
| US20070200067A1 (en) | Optical gas-detecting device | |
| JP2017015567A (ja) | 受発光装置 | |
| CN114910432A (zh) | 具有用于发射窄带宽的光的led发射体的光学气体传感器 | |
| JP2015127703A (ja) | 波長の中心検出に基づいたセンサ装置および方法 | |
| CN110632008B (zh) | 一种多点反射式光电气体传感器探头及光电气体检测装置 | |
| CN115127673A (zh) | 带环反射器的气体检测器系统 | |
| WO2011050841A1 (en) | Device for radiation absorption measurements and method for calibration thereof | |
| CN210626326U (zh) | 多气体浓度检测装置及报警装置 | |
| CN109358019B (zh) | 基于红外光谱分析的气体传感器 | |
| RU191921U1 (ru) | Устройство для определения концентрации химических веществ в анализируемой среде | |
| KR102522728B1 (ko) | 침착물 센서를 구비한 광 센서 | |
| JP2009014465A (ja) | 赤外ガス分析計 | |
| WO2018217220A1 (en) | Detector for low temperature transmission pyrometry | |
| KR102223821B1 (ko) | 다종 가스 측정 장치 | |
| US11774282B2 (en) | Pyranometer dome soiling detection with light sensors | |
| CN101949838A (zh) | 一种分光型红外吸收式瓦斯检测装置及方法 | |
| JP2020003215A (ja) | フローセル |