RU218729U1 - Анализатор паров этанола в выдыхаемом воздухе - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к приборостроению, а именно к анализатору состава выдыхаемого воздуха по его спектральным характеристикам, и может использоваться на проходных промышленных предприятиях и иных подобных объектах, требующих оперативного бесконтактного определения содержания паров этилового спирта в выдыхаемом подлежащими контролю лицами воздухе (алкотестеры), идентификации факта и степени опьянения и передачи данных в систему мониторинга. Анализатор содержит корпус (1) с проемом (3) для подачи входящего газа и установленные в корпусе (1) модуль подогрева входящего газа (4), инфракрасный спектрофотометр (5) и подключенный к нему модуль обработки сигналов (38). Инфракрасный спектрофотометр (5) включает корпус в виде газовой кюветы (9), установленной с возможностью прохождения через ее внутреннее пространство инфракрасного излучения, и оптический узел, имеющий излучатели и приемники инфракрасного излучения. Кювета имеет стенки (10, 11, 12, 13), несущие защитные стекла (14, 15), а также средства термостабилизации кюветы, содержащие нагреватели, размещенные на стенках (10, 11, 12, 13) и защитных стеклах (14, 15), и термистор. Технический результат - повышение точности работы анализатора в широком диапазоне температур. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

[01] Область техники

[02] Полезная модель относится к приборостроению, а именно к анализатору состава выдыхаемого воздуха по его спектральным характеристикам, и может использоваться на проходных промышленных предприятий и иных подобных объектах, требующих оперативного бесконтактного определения содержания паров этилового спирта в выдыхаемом подлежащими контролю лицами, воздухе (алкотестеры), идентификации факта и степени опьянения и передачи данных в систему мониторинга.

[03] Уровень техники

[04] Анализаторы состава выдыхаемого воздуха (алкотестеры) с использованием инфракрасного излучения обладают рядом преимуществ по отношению к аналогам с электрохимическими датчиками. Устройства имеют ресурс около 100 000 часов, что определяется ресурсом свето- и фотодиодов, показания не зависят от количества измерений и не подвержены деградации чувствительности в процессе работы.

[05] При низкой температуре воздуха выдох человека сопровождается конденсацией водяных паров. Без специальных мер это приводит к некорректному определению концентрации паров этанола и других компонентов в выдыхаемом воздухе человека.

[06] В публикации заявки США US 2011283770, 24.11.2011 описан анализатор паров этанола, который имеет корпус с проемом для подачи входящего газа, в котором размещен инфракрасный спектрофотометр, включающий корпус спектрофотометра (измерительную ячейку), образующий канал для прохождения входящего газа и снабженный средствами стабилизации в виде нагревателя, а также оптический узел, имеющий излучатели и приемники инфракрасного излучения. Кроме того, устройство содержит модуль обработки сигналов (микропроцессор), подключенный к инфракрасному спектрофотометру.

[07] Недостатком указанного устройства является сравнительно узкий диапазон рабочих температур, что приводит к снижению точности измерении в условиях пониженных температур.

[08] Наиболее близким аналогом полезной модели является анализатор для определения содержаний паров этанола в выдыхаемом воздухе, описанный в публикации заявки США US 2016356764 A1, 08.12.2016. Устройство содержит корпус с проемом для подачи входящего газа и установленные в корпусе инфракрасный спектрофотометр и подключенный к нему модуль обработки сигналов. Инфракрасный спектрофотометр включает корпус, снабженный средствами термостабилизации, а также оптический узел, имеющий излучатели и приемники инфракрасного излучения. В проеме корпуса анализатора перед кюветой размещен модуль подогрева входящего газа. При этом средства термостабилизации включают нагреватели зеркал, источника света и детектора.

[09] Недостатком указанного аналога является сравнительно узкий диапазон рабочих температур. Так при пониженных температурах происходит конденсация водяных паров на внутренних частях корпуса, что приводит к снижению точности измерений.

[010] Таким образом, технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является разработка надежного и простого в обслуживании анализатора выдыхаемого воздуха, работающего в широком диапазоне температур.

[011] Раскрытие сущности полезной модели

[012] Техническим результатом полезной модели является повышение точности работы анализатора в широком диапазоне температур.

[013] Указанная проблема решается, а технический результат достигается в полезной модели за счет того, что анализатор выдыхаемого воздуха содержит корпус с проемом для подачи входящего газа и установленные в корпусе модуль подогрева входящего газа, инфракрасный спектрофотометр и подключенный к нему модуль обработки сигналов. Инфракрасный спектрофотометр включает корпус, снабженный средствами термостабилизации, и оптический узел, имеющий излучатели и приемники инфракрасного излучения. Корпус спектрофотометра выполнен в виде газовой кюветы, установленной с возможностью прохождения через ее внутреннее пространство инфракрасного излучения и содержащей стенки и несущие защитные стекла. Средства термостабилизации кюветы включают нагреватели, размещенные на стенках и защитных стеклах, а также термистор.

[014] Указанный технический результат также достигается в частных вариантах реализации полезной модели за счет того, что:

[015] - модуль подогрева входящего газа включает рамку, в которой размещен нагреватель с термодатчиком и проходной теплообменник, выполненный в форме гироида или сетки, при этом модуль подогрева входящего газа выполнен съемным с возможностью замены на сквозное обрамление;

[016] - оптический узел инфракрасного спектрофотометра состоит из канала воды, образованного светодиодом, фотоприемником, светофильтром и объективом, и канала спирта, образованного светодиодом, двумя фотоприемниками, двумя светофильтрами и объективом;

[017] - кювета имеет боковой входной проем для входящего газа и два выходных газохода;

[018] - стенки и защитные стекла кюветы выполнены в виде печатных плат из стеклотекстолита, при этом нагреватели средств термостабилизации выполнены путем печатного монтажа;

[019] - кювета выполнена вертикальной с удлиненным боковым входным проемом, герметизированным от остального объема корпуса накладкой, при этом на торцевых частях кюветы закреплены нижний и верхний модули первых каскадов спектрофотометра (5), выполненные в виде печатных плат;

[020] - модуль обработки сигналов выполнен в виде печатной платы, на которой дополнительно установлен датчик температуры и влажности;

[021] - анализатор включает установленные в корпусе графический дисплей (31), световой и звуковой индикаторы и модуль взаимодействия с системой контроля и управления доступом.

[022] В заявленном анализаторе корпус спектрофотометра представляет собой кювету, приспособленную для прохождения через ее внутреннее пространство входящего газа (выдыхаемого воздуха) и инфракрасного излучения, что позволяет повысить точность определения концентрации паров в широком диапазоне температур по сравнению с устройствами, где происходит отражение излучения, как это реализуется в аналоге. Кроме того, средства термостабилизации кюветы (корпуса спектрофотометра) представляют собой нагреватели стенок и стекол, которые препятствуют образованию конденсата при низкой температуре окружающего воздуха. Это позволяет исключить ошибки при определении содержание паров этанола и других компонентов. Таким образом, все рассматриваемые основные признаки полезной модели направлены на достижение единого технического результата, заключающегося в повышении точности работы анализатора в широком диапазоне температур.

[023] Дополнительно достигается повышение вибростойкости, герметичности, упрощение технического обслуживания и снижение времени срабатывания, которые также влияют на точность работы прибора.

[024] Краткое описание чертежей

[025] Полезная модель поясняется фигурами, где:

на фиг. 1 показан общий вид анализатора,

на фиг. 2 показан анализатор в разрезе,

на фиг. 3 показан общий вид спектрофотометра,

на фиг. 4 показана конструкция спектрофотометра,

на фиг. 5 показана конструкция модуля подогрева и сменного обрамления,

на фиг. 6 показан общий вид модуля обработки сигналов.

[026] Элементы конструкции обозначены на фигурах следующими позициями:

1 - корпус,

2 - лицевое стекло корпуса,

3 - проем корпуса (лицевого стекла),

4 - модуль подогрева выдыхаемого воздуха,

5 - инфракрасный спектрофотометр,

6 - входной проем спектрофотометра,

7, 8 - выходные газоходы спектрофотометра,

9 - кювета,

10, 11, 12, 13 - стенки кюветы,

14, 15 - несущие защитные стекла,

16, 17 платы,

18 - нижний модуль первых каскадов,

19 - верхний модуль первых каскадов,

20 - светодиод канала воды,

21 - фотоприемник канала воды,

22 - светофильтр канала воды,

23 - объектив канала воды,

24 - светодиод канала спирта,

25, 26 - фотоприемники канала спирта,

27, 28 - светофильтры канала спирта,

29 - объектив канала спирта,

30 - накладка кюветы,

31 - информационный графический дисплей,

32 - рамка модуля подогрева,

33 - нагреватель модуля подогрева,

34 - термодатчик модуля подогрева,

35 - контактные площадки модуля подогрева,

36 - теплообменник модуля подогрева,

37 - обрамление,

38 - модуль обработки сигналов,

39 - выступ,

40 - динамик звуковой сигнализации.

[027] Осуществление полезной модели

[028] Заявленный анализатор (фиг. 1) включает корпус (1), на передней стороне которого размещено лицевое стекло (2) с проемом (3) для подачи выдыхаемого воздуха (далее - входящий газ). В указанном проеме (3) установлен модуль подогрева входящего газа (4). За модулем подогрева (4) в корпусе (1) размещен инфракрасный спектрофотометр (5) с входным проемом (6) (боковой вход) и двумя выходными газоходами (7) и (8) (торцевые выходы) (см. фиг. 2).

[029] Инфракрасный спектрофотометр (5) (см. фиг. 3, 4) включает корпус и оптический узел. Корпус спектрофотометра выполнен в виде кюветы (9), образованной стенками (10,11,12,13) и несущими защитными стеклами (14,15) с платами (16,17), изготовленными по стандартной технологии печатных плат из стеклотекстолита. При этом кювета (9) снабжена средствами термостабилизации, которые включают нагреватели (не показаны), установленные на стенках (10,11,12,13), защитных стеклах (14,15) и платах (16,17), а также один термистор для поддержания заданной температуры более холодного нижнего защитного стекла (14). Нагреватели средств термостабилизации могут быть изготовлены по технологии печатного монтажа. На торцевых частях кюветы (9) с двух сторон установлены нижний (18) и верхний (19) модули первых каскадов, представляющие собой печатные платы.

[030] Оптический узел инфракрасного спектрофотометра (5) включает канал воды, состоящий из светодиода (20), фотоприемника (21), светофильтра (22) и объектива (23) и канал спирта, состоящий из светодиода (24), двух фотоприемников (25,26), двух светофильтров (27,28) и объектива (29).

[031] Кювета (9), предпочтительно, расположена в корпусе вертикально и имеет длинный боковой вход со стороны стенки (10), являющийся входным проемом (6) спектрофотометра (5), который герметизирован от остального объема прибора накладкой (30), изготовленной из эластичного полимера. Здесь также размещены термисторы (условно не показаны) и информационный графический дисплей (31). Дисплей (31) расположен на упругом подвесе, изготовленном по технологии печатных плат, и подсоединен к верхнему модулю (19) первых каскадов.

[032] Модуль подогрева входящего газа (4), устанавливаемый в проем (3) лицевого стекла (2) (см. фиг. 5) представляет собой конструкцию, состоящую из пластмассовой рамки (32), в которой смонтирован нагреватель (33) и металлический теплообменник (36). Нагреватель (33) изготовлен по технологии печатных плат. На нагревателе (33) размещен термистор (34) и контактные площадки (35), обеспечивающие нагрев теплообменника (36). Теплообменник (36) выполнен проходным (газопроницаемым) и может быть изготовлен по технологии селективного лазерного спекания в форме гироида или путем штамповки из металлической сетки, или другим способом, обеспечивающим достаточно малое сопротивление входному потоку газа при достаточном его нагреве. Такое выполнение теплообменника позволяет обеспечить равномерный нагрев входящего газа и повысить точность работы устройства. При работе анализатора в условиях положительных (плюсовых) температур модуль подогрева (4) входящего газа может быть снят пользователем и заменен сквозным обрамлением (37) проема.

[033] В корпусе (1) также установлен модуль обработки сигналов (38), подключенный к спектрофотометру (5). Модуль обработки сигналов (38) представляет собой печатную плату, на выступе (39) которой смонтирован датчик окружающей температуры и влажности (не показан). Модуль (38) также может быть снабжен узлом термостабилизации (не показан) для более устойчивой работы устройства. К модулю (38) подключен динамик звуковой сигнализации (40).

[034] В конструкции анализатора также могут быть предусмотрены модуль взаимодействия с системой контроля и управления доступом (СКУД), а также световым и звуковым индикаторами обнаружения заданной концентрации паров этанола (не показаны)..

[035] Устройство работает следующим образом:

[036] Описываемый анализатор устанавливается на устойчивое основание сбоку, справа или слева, от прохода, по которому передвигаются контролируемые на содержание алкоголя люди. Возможна установка прибора прямо на автоматизированный или механизированный турникет. Также возможна установка таким образом, чтобы прибор находился в поле зрения лиц, контролирующих порядок доступа на объект. Прибор устроен таким образом, что производить анализ возможно при выдохе в его приемное окно как справа, так и слева, что удобно при контроле персонала как при входе, так и при выходе при установке прибора с одной стороны прохода.

[037] Подключенный к сети и средствам связи со СКУД-системой предприятия (при наличии таковой и при необходимости) через примерно 5 минут после включения прибор прогревает стенки и защитные стекла кюветы, проходной теплообменник до заданных температур и подает сигнал о готовности в СКУД-систему. Контролируемая персона, проходя мимо стойки с установленным на ней прибором, останавливается и делает выдох в приемное окно прибора (кюветы). Прибор в течение примерно 0,5-1 секунды проводит анализ и, в зависимости от величины концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе, производит следующие действия:

[038] - при концентрации паров алкоголя меньше заданной подает звуковой сигнал, высвечивает на дисплее измеренную концентрацию зеленым цветом, передает данные в СКУД-систему, разблокирует турникет, при наличии такового;

[039] - при концентрации паров алкоголя выше заданной подает громкий прерывистый звуковой сигнал, высвечивает на дисплее измеренную концентрацию красным цветом, передает данные в СКУД-систему, блокирует турникет, при наличии такового, передает сигнал на пост охраны, при необходимости и наличии такового.

[040] Через 1 секунду после измерения прибор готов к следующему анализу.

[041] Таким образом, конструкция анализатора позволяет расширить рабочий диапазон внешних температур прибора благодаря отсутствию запотевания стекол и выпадения конденсата на стенках кюветы, обеспеченное подогревом входящего газа, а также конструктивных элементов кюветы. Кроме того, обеспечивается повышение устойчивости спектрофотометра к вибрациям, которое может негативно сказать на точности работы, за счет изготовления конструкции на основе печатных плат из высокопрочного композиционного материала стеклотекстолита. Также сокращается время проведения анализа до одной секунды, благодаря боковому входу кюветы большой площади и выходным газоходам достаточного сечения. При этом наличие герметичных стыков кюветы, стекол и корпуса прибора обеспечивает упрощение периодического технического обслуживания прибора промывки и стерилизации кюветы, протирки защитных стекол. На базе данной полезной модели заявителем реализована конструкция анализатора «Алкозамок-П-01 Алкорамка».

Claims (5)

1. Анализатор паров этанола в выдыхаемом воздухе, содержащий корпус (1) с проемом (3) для подачи входящего газа и установленные в корпусе (1) модуль подогрева входящего газа (4), инфракрасный спектрофотометр (5) и подключенный к нему модуль обработки сигналов (38), при этом инфракрасный спектрофотометр (5) включает корпус, снабженный средствами термостабилизации, и оптический узел, имеющий излучатели и приемники инфракрасного излучения, отличающийся тем, что корпус спектрофотометра (5) выполнен в виде газовой кюветы (9), установленной с возможностью прохождения через ее внутреннее пространство инфракрасного излучения и содержащей стенки (10, 11, 12, 13) и несущие защитные стекла (14, 15), при этом средства термостабилизации кюветы включают нагреватели, размещенные на стенках (10, 11, 12, 13) и защитных стеклах (14, 15), а также термистор.

2. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что модуль подогрева входящего газа (4) включает рамку (32), в которой размещен нагреватель (33) с термодатчиком (34) и проходной теплообменник (36), выполненный в форме гироида или сетки, при этом модуль подогрева входящего газа (4) выполнен съемным.

3. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что оптический узел инфракрасного спектрофотометра состоит из канала воды, образованного светодиодом (20), фотоприемником (21), светофильтром (22) и объективом (23), и канала спирта, образованного светодиодом (24), двумя фотоприемниками (25, 26), двумя светофильтрами (27, 28) и объективом (29).

4. Анализатор по п.1, отличающийся тем, что кювета (9) имеет боковой входной проем (6) для входящего газа и два выходных газохода (7, 8).

5. Анализатор по п.4, отличающийся тем, что стенки (10, 11, 12, 13) и защитные стекла (14, 15) кюветы выполнены в виде печатных плат из стеклотекстолита, при этом нагреватели средств термостабилизации выполнены путем печатного монтажа.

Images