RU2038585C1

RU2038585C1 - Photocolorimetric gas analyzer

Info

Publication number: RU2038585C1
Application number: RU93049073A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Николаев
Original assignee: Юрий Николаевич Николаев
Priority date: 1993-10-26
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: analytical instrumentation. SUBSTANCE: photocolorimetric gas Analyzer is intended for measurement of concentrations of noxious substances in air. It includes indicating element, two light emitting diodes, main and supplementary photodetectors manufactured in the form of planar photodiodes, registering device, thin flat glass with light- reflecting coat and optical trap. Supplementary photodiode is connected to inputs of light emitting diodes through amplifier of negative feedback. Such connection enables control over radiation intensity to be realized which can change depending on change of different external factors. In this case signal from main photodiode will be determined only by change of parameters of indicating element which leads to increased precision of gas Analyzer. EFFECT: increased precision of gas Analyzer. 2 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическим приборам, используемым для измерения концентрации вредных веществ в воздухе, основано на измерении изменения оптических свойств индикаторного элемента под воздействием контролируемого воздуха и может быть использовано в различных областях техники. The invention relates to analytical instruments used to measure the concentration of harmful substances in the air, based on measuring changes in the optical properties of the indicator element under the influence of controlled air and can be used in various fields of technology.

Известен фотоколориметрический газоанализатор, содержащий источник излучения, индикаторный элемент и фотоприемник [1] Недостатком известного газоанализатора является низкая точность измерений вследствие, в частности, нестабильности излучения источника света. Known photocolorimetric gas analyzer containing a radiation source, an indicator element and a photodetector [1] A disadvantage of the known gas analyzer is the low measurement accuracy due, in particular, instability of the radiation of the light source.

Наиболее близким к изобретению является фотоколориметрический газоанализатор, содержащий два источника излучения (два светоизлучающих диода с различными длинами волн), индикаторный элемент и фотоприемник, соединенный с регистрирующим устройством [2] Наличие двух светодиодов позволяет повысить точность измерений, однако она остается достаточно низкой. Это обусловлено нестабильностью интенсивности излучения светодиодов, что является следствием нескольких факторов: нестабильности тока питания светодиодов, наличием зависимости квантового выхода и спектра излучения светодиодов от температуры, временной деградацией светодиодов при работе, например, в запыленном воздухе. Closest to the invention is a photocolorimetric gas analyzer containing two radiation sources (two light-emitting diodes with different wavelengths), an indicator element and a photodetector connected to a recording device [2] The presence of two LEDs allows to increase the measurement accuracy, but it remains quite low. This is due to the instability of the radiation intensity of the LEDs, which is a consequence of several factors: the instability of the power supply current of the LEDs, the presence of the dependence of the quantum yield and emission spectrum of the LEDs on temperature, the temporary degradation of the LEDs during operation, for example, in dusty air.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, что в итоге приводит к повышению точности измерений. The technical result of the invention is the elimination of these disadvantages, which ultimately leads to increased measurement accuracy.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фотоколориметрическом газоанализаторе светодиоды установлены так, что угол между их оптическими осями лежит в пределах от 10 до 45^о, между светоизлучающими диодами и индикаторным элементом симметрично относительно оптических осей светодиодов под углом от 0 до 30^о к плоскости размещения индикаторного элемента расположено тонкое плоское стекло, на поверхность которого, обращенную к светодиодам, нанесено полупрозрачное светоотражающее покрытие, основной фотоприемник выполнен в виде планарного фотодиода и расположен на тонком плоском стекле вне направления распространения излучения светодиодов, в оптической тени основного фотоприемника от света, отраженного от индикаторного элемента в направлении распространения излучения, отраженного от полупрозрачного светоотражающего покрытия и поверхности тонкого плоского стекла, расположен дополнительный фотоприемник, идентичный первому, причем в пределах апертуры дополнительного фотоприемника на направлении распространения излучения, отраженного от индикаторного элемента, расположена оптическая ловушка, а выход дополнительного фотоприемника электрически соединен со входами светодиодов через усилитель отрицательной обратной связи.Said technical result is achieved by that in the known photocolorimetric gas analyzer LEDs are mounted so that the angle between their optical axes lies in the range from 10 ^to 45, between the LEDs and indicator cell symmetrically with respect to the optical axes of the LEDs at an angle of 0 to ³⁰ degrees to the plane the indicator element is located thin flat glass, on the surface of which, facing the LEDs, a translucent reflective coating is applied, the main photodetector is It is located in the form of a planar photodiode and is located on a thin flat glass outside the direction of propagation of LED radiation, in the optical shadow of the main photodetector from light reflected from the indicator element in the direction of radiation propagation reflected from the translucent reflective coating and the surface of thin flat glass, an additional photodetector is identical the first, and within the aperture of the additional photodetector in the direction of propagation of radiation reflected from the indicator optical element, an optical trap is located, and the output of an additional photodetector is electrically connected to the LED inputs through a negative feedback amplifier.

На фиг.1 и 2 представлены варианты выполнения газоанализатора. Figures 1 and 2 show embodiments of a gas analyzer.

Газоанализатор содержит светодиоды 1 2, индикаторный элемент 3, основной фотоприемник 4, тонкое плоское стекло 5, дополнительный фотоприемник 6, регистрирующее устройство 7, усилитель 8 обратной связи, полупрозрачное светоотражающее покрытие 9, оптическую ловушку 10, выполненную, например, в виде черного экрана или черного конуса. The gas analyzer contains LEDs 1 2, an indicator element 3, a main photodetector 4, a thin flat glass 5, an additional photodetector 6, a recording device 7, a feedback amplifier 8, a translucent reflective coating 9, an optical trap 10, made, for example, in the form of a black screen or black cone.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Индикаторный элемент (например, ленту) обдувают исследуемым воздухом и в момент начала обдува поочередно включают светодиоды 1 и 2, излучающие различные длины волн. Излучение светодиодов проходит через тонкое плоское стекло 5 и, отразившись от индикаторного элемента 3, попадает на основной фотоприемник 4. Свет, отраженный от тонкого плоского стекла 5 и полупрозрачного светоотражающего покрытия 9, попадает на дополнительный фотоприемник 6. Излучение, отраженное от индикаторного элемента 3 и рассеянное на элементах конструкции, поглощается в оптической ловушке 10, которая выполняется в виде конуса, экрана и т.п. с зачерненной поверхностью. Сигнал от дополнительного фотодиода 6 через усилитель 8 обратной связи поочередно подается на светодиоды 1, 2. По существу, сигнал от дополнительного фотоприемника 6 "отслеживает" колебания интенсивности излучения светодиодов 1, 2. Поскольку основной и дополнительный фотоприемники идентичны, при изменении параметров излучения светодиодов фототок основного фотодиода остается неизменным. Он не зависит от изменения квантового выхода и спектра излучения светодиодов при изменении температуры, не зависит от временной деградации светодиодов, от пыли, осаждающейся на светодиодах. Сигнал основного фотодиода зависит только от параметров индикаторного элемента, что приводит к повышению точности измерений. An indicator element (for example, a tape) is blown with the test air and, at the moment of the start of the blow, the LEDs 1 and 2, which emit different wavelengths, are alternately turned on. The radiation of the LEDs passes through a thin flat glass 5 and, reflected from the indicator element 3, enters the main photodetector 4. The light reflected from the thin flat glass 5 and a translucent reflective coating 9 enters the additional photodetector 6. The radiation reflected from the indicator element 3 and scattered on structural elements, is absorbed in the optical trap 10, which is in the form of a cone, screen, etc. with a blackened surface. The signal from the additional photodiode 6 through the feedback amplifier 8 is alternately supplied to the LEDs 1, 2. Essentially, the signal from the additional photodetector 6 "monitors" the fluctuations in the radiation intensity of the LEDs 1, 2. Since the main and additional photodetectors are identical, when the radiation parameters of the LEDs change, the photocurrent The main photodiode remains unchanged. It does not depend on the change in the quantum yield and emission spectrum of the LEDs with a change in temperature, does not depend on the temporary degradation of the LEDs, or on dust deposited on the LEDs. The signal of the main photodiode depends only on the parameters of the indicator element, which leads to increased measurement accuracy.

Claims

A PHOTOCOLORIMETRIC GAS ANALYZER containing an indicator element, on one side of which two light-emitting diodes are installed, the optical axes of which are located in the same plane at equal angles to the plane of placement of the indicator element, and a main photodetector, the output of which is connected to a recording device, characterized in that the LEDs are arranged so that the angle between the optical axes of the LEDs 10-45 ^o, between the LEDs and indicator cell symmetrically with respect to optical axis vetodiodov angle of 0-30 ^o by placing the plane of the display element is set thin flat glass, the surface of which facing towards the LEDs, a semitransparent reflective coating is applied, the main photodetector is formed as a planar photodiode, arranged on a thin flat glass by the LEDs is their propagation direction radiation, in the optical shadow of the main photodetector from the radiation of the LEDs reflected from the indicator element, in the direction of propagation of the radiation of the LED s, reflected from the translucent reflective coating and from the surface of thin flat glass, there is an additional photodetector identical to the main one, while an optical trap is placed on the direction of propagation of radiation reflected from the indicator element within the aperture of the additional photodetector, and the output of the additional photodetector is electrically connected to the inputs LEDs through a negative feedback amplifier.