RU2267775C2 - Gas analyzer based on piezoelectric sensitive elements - Google Patents
Gas analyzer based on piezoelectric sensitive elements Download PDFInfo
- Publication number
- RU2267775C2 RU2267775C2 RU2004106385/28A RU2004106385A RU2267775C2 RU 2267775 C2 RU2267775 C2 RU 2267775C2 RU 2004106385/28 A RU2004106385/28 A RU 2004106385/28A RU 2004106385 A RU2004106385 A RU 2004106385A RU 2267775 C2 RU2267775 C2 RU 2267775C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezosensors
- gas analyzer
- gas
- housing
- analysis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике проведения анализа газовых сред, содержащих органические соединения, и может быть применено для увеличения селективности и чувствительности при анализе многокомпонентных смесей при сохранении экспрессности и простоты детектирования.The invention relates to techniques for analyzing gaseous media containing organic compounds, and can be used to increase selectivity and sensitivity in the analysis of multicomponent mixtures while maintaining expressivity and ease of detection.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров поверхностных акустических волн. Газоанализатор представляет собой корпус с параллельно установленными патрубками для создания проточных условий функционирования. Внутри корпуса находятся пьезосенсоры, расположенные в ряд. Ввод пробы осуществляется через дополнительный инжекционный блок (расположен перед колонкой), в котором компоненты пробы смешиваются с потоком газа-носителя. Воздух, содержащий анализируемую смесь паров, продувают через ячейку детектирования с пьезосенсорами. В результате взаимодействия аналитов с пленками изменяются параметры пьзосенсоров, которые фиксируют последовательно или параллельно для всей матрицы. Многовариантная обработка откликов осуществляется с помощью специальной программы распознавания образцов по алгоритму искусственных нейронных сетей (Carey W.P., Beebe K.R., Kowalski B.R. Multicomponent Analysis Using an Array of Piezoelectric Crystal Sensors //Anal. Chem., 1987. Vol.59. P.1529-1534. Gardner J., Bartlett P. Electronic Noses: Principles and Applications // Oxford University Press, November, 1998. Nagle H.T., Schiffman S., Guitierrez-Osuna R. The How and Why of Electronic Noses // IEEE Spectrum, September 1998, p.22-33).The closest in technical essence and the achieved effect is a gas analyzer based on a matrix of piezosensors of surface acoustic waves. The gas analyzer is a housing with parallel mounted nozzles to create flowing operating conditions. Inside the case there are piezosensors arranged in a row. The sample is introduced through an additional injection unit (located in front of the column), in which the components of the sample are mixed with the carrier gas stream. Air containing the analyzed vapor mixture is blown through the detection cell with piezosensors. As a result of the interaction of analytes with films, the parameters of the piezosensors change, which are fixed sequentially or in parallel for the entire matrix. Multivariate response processing is carried out using a special sample recognition program using an artificial neural network algorithm (Carey WP, Beebe KR, Kowalski BR Multicomponent Analysis Using an Array of Piezoelectric Crystal Sensors // Anal. Chem., 1987. Vol. 59. P.1529- 1534. Gardner J., Bartlett P. Electronic Noses: Principles and Applications // Oxford University Press, November, 1998. Nagle HT, Schiffman S., Guitierrez-Osuna R. The How and Why of Electronic Noses // IEEE Spectrum, September 1998, p. 22-33).
Недостатками существующей ячейки детектирования являются необходимость обработки сигналов матрицы пьезосенсоров и получения конечных результатов по специальному математическому алгоритму; схема расположения пьезосенсоров в ряд существенно сокращает возможность увеличения их количества (для повышения селективности и чувствительности определения) при ограниченном размере корпуса газоанализатора и создает условия для неравномерного взаимодействия пленочных покрытий пьезосенсоров с анализируемыми компонентами в потоке газа-носителя, что снижает метрологическую надежность определения; невозможность анализа газовых смесей в статических условиях, которые позволяют существенно расширить аналитическое применение таких газоанализаторов для анализа газовых сред с низкими концентрациями компонентов.The disadvantages of the existing detection cell are the need to process the signals of the matrix of piezosensors and obtain final results using a special mathematical algorithm; the arrangement of piezosensors in a row significantly reduces the possibility of increasing their number (to increase selectivity and detection sensitivity) with a limited size of the gas analyzer body and creates conditions for uneven interaction of the film coatings of the piezosensors with the analyzed components in the carrier gas stream, which reduces the metrological reliability of determination; the impossibility of analyzing gas mixtures in static conditions, which can significantly expand the analytical application of such gas analyzers for the analysis of gas media with low concentrations of components.
Технические задачи изобретения - увеличение чувствительности и селективности определения легколетучих соединений в газовых смесях за счет увеличения числа измерительных элементов без изменения геометрических параметров корпуса газоанализатора; возможность анализа сложных многокомпонентных ароматов пищевых и непищевых продуктов неизвестного состава для установления фактов фальсификации, порчи, стабильности, безопасности образцов; упрощение стадии представления суммарного аналитического сигнала газоанализатора в виде кинетических «визуальных отпечатков», анализ которых не требует сложных математических алгоритмов, специального обучения персонала; создание условий для анализа как в проточном (динамическом), так и статическом (стационарном) режимах.The technical objectives of the invention is to increase the sensitivity and selectivity of determining volatile compounds in gas mixtures by increasing the number of measuring elements without changing the geometric parameters of the body of the gas analyzer; the ability to analyze complex multicomponent flavors of food and non-food products of unknown composition to establish facts of falsification, deterioration, stability, safety of samples; simplification of the stage of presentation of the total analytical signal of the gas analyzer in the form of kinetic "visual prints", the analysis of which does not require complex mathematical algorithms, special training of personnel; creation of conditions for analysis in both flow (dynamic) and static (stationary) modes.
Технические задачи изобретения достигаются тем, что в газоанализаторе на основе матрицы пьезосенсоров, включающем корпус с патрубками, внутри которого расположены пьезосенсоры с чувствительными пленочными покрытиями для фиксирования основных компонентов газовой смеси, устройства для возбуждения колебаний и фиксирования сигналов пьзосенсоров, новым является то, что корпус выполнен в виде цилиндра с двумя крышками, на которых по кругу расположены держатели для двенадцати пьзосенсоров с различными пленочными покрытиями сорбентов, патрубки для ввода и вывода газовой смеси в проточном или статическом режиме расположены по горизонтальной оси симметрии корпуса, при этом патрубки снабжены полиуретановыми прокладками и съемными заглушками, а крышки соединены с цилиндрическим корпусом посредством резьбы.The technical objectives of the invention are achieved in that in a gas analyzer based on a matrix of piezosensors, including a housing with nozzles, inside which piezosensors with sensitive film coatings are located to fix the main components of the gas mixture, a device for exciting oscillations and fixing the signals of piezosensors, the new thing is that the housing is made in the form of a cylinder with two covers, on which in a circle there are holders for twelve piezosensors with various film coatings of sorbents, pat cuttings for introducing and discharging the gas mixture in flowing or static mode are located on the horizontal axis of symmetry of the housing, while the nozzles are equipped with polyurethane gaskets and removable plugs, and the lids are connected to the cylindrical housing by a thread.
Технический результат заключается в том, что в предлагаемом газоанализаторе возможен анализ газообразных проб различного состава, в том числе неустановленного, в двух режимах детектирования - проточном или статическом, существенно повышается селективность определения за счет увеличения количества сенсоров при сохранении объема корпуса. Статические условия сорбции позволяют значительно повысить чувствительность детектирования по сравнению с проточными.The technical result consists in the fact that in the proposed gas analyzer, it is possible to analyze gaseous samples of various compositions, including unidentified, in two detection modes - flow or static, significantly increases the selectivity of determination by increasing the number of sensors while maintaining the volume of the body. Static sorption conditions can significantly increase the sensitivity of detection compared with flow.
Фиг.1 - общая схема газоанализатора;Figure 1 - General diagram of a gas analyzer;
фиг.2 - схема газоанализатора при функционировании в проточном режиме;figure 2 - diagram of a gas analyzer when operating in flow mode;
фиг.3 - схема газоанализатора при функционировании в статическом режиме.figure 3 - diagram of a gas analyzer when operating in static mode.
Газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров представляет собой цилиндр 1 с двумя крышками 2, на которых по кругу расположены держатели 3 для 12 пьезосенсоров с различными пленками сорбентов (фиг.1). С помощью резьбы 4 на крышках и цилиндрическом корпусе газоанализатор закрывают герметично. Ввод анализируемой газообразной пробы осуществляется в проточных или статических условиях непосредственно в газоанализатор через патрубки 5 с полиуретановыми прокладками 6. Патрубки расположены по горизонтальной оси симметрии корпуса (фиг.1-3) и имеют съемные заглушки 7 для обеспечения герметичности. Если один из патрубков не эксплуатируется (при анализе в статическом режиме), он закрывается заглушкой, при этом ввод пробы осуществляется через полиуретановую прокладку второго патрубка со снятой заглушкой. Если анализ осуществляют в проточном режиме при фронтальном вводе пробы, то оба патрубка открыты (заглушки и прокладки сняты) и соединены газо-проводящими трубками с элементами всей схемы. При этом через один патрубок проба подается в газоанализатор, а через второй выводится из него. Если газоанализатор не функционирует, то оба патрубка 5 закрываются заглушками 7 для создания внутри корпуса герметичности. Фиксируют отклики пьезосенсоров (с 1-го по 12-й) в парах анализируемой пробы в определенной последовательности с применением частотомера. Сигналы передаются в компьютер или обрабатываются оператором, обсчитываются по определенному алгоритму и формируются в кинетический «визуальный отпечаток» запаха, который представляет собой суммарный отклик матрицы пьезосенсоров и несет аналитическую информацию.A gas analyzer based on a matrix of piezosensors is a
Газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров работает следующим образом.A gas analyzer based on a matrix of piezosensors works as follows.
Для анализа газовых проб или равновесных газовых фаз над твердыми или жидкими образцами в проточных условиях (динамический режим) газоанализатор подготавливают, как представлено на фиг.2. К обеим крышкам 2 газоанализатора подсоединены микросхемы 8 для управления генерацией двенадцати пьезосенсоров 9 (по шесть на каждой крышке) и фиксирования их откликов частотомером. Оба патрубка 5 при анализе в проточном режиме являются рабочими, при этом снимаются заглушки 7 и полиуретановые прокладки. К патрубкам подсоединяются газопроводящие шланги, по одному из которых проба поступает в газоанализатор, а по другому выводится из него,For the analysis of gas samples or equilibrium gas phases over solid or liquid samples under flowing conditions (dynamic mode), a gas analyzer is prepared as shown in FIG. 2.
Для анализа газовых проб или равновесных газовых фаз над твердыми или жидкими образцами в статических условиях (стационарный режим) газоанализатор подготавливают, как представлено на фиг.3. К крышкам 2 газоанализатора подсоединены микросхемы 8 для управления генерацией двенадцати пьезосенсоров 9 (по шесть на каждой крышке) и фиксирования их откликов частотомером. Один боковой патрубок 5 при анализе газовых проб в статическом режиме с инжекторным вводом пробы герметично закрыт заглушкой 7. Через полиуретановую прокладку второго патрубка 5 шприцем 10 вкалывают определенный объем анализируемой пробы параллельно патрубкам и горизонтальной оси ячейки. Для регенерации пьезосенсоров после фиксирования сигналов открывают заглушку и продувают корпус чистым газом-носителем.For the analysis of gas samples or equilibrium gas phases over solid or liquid samples under static conditions (stationary mode), a gas analyzer is prepared as shown in Fig. 3.
При тестировании проб с помощью газоанализатора на основе матрицы 12-ти пьезосенсоров с различными пленками сорбентов на электродах суммарный отклик формируется в кинетический «визуальный отпечаток» запаха каждой пробы с учетом времени и последовательности опроса пьезосенсоров. Регистрация откликов отдельных элементов матрицы осуществляется частотомером с одним или несколькими входами. При наличии одного входа (например, частотомер марки Ч3-57) перед частотомером помещается переключатель для последовательной регистрации частоты каждого пьезосенсора в матрице по определенному алгоритму. Показания частотомера записываются оператором или передаются в компьютер для дальнейшей обработки. Преобразование частоты в аналоговые сигналы проводится встроенным серийно выпускаемым адаптером. Каждому виду пробы соответствует характерный геометрический образ аромата. Распознавание и идентификация анализируемого образца, качественный и количественный анализ пробы проводятся по результатам сопоставления «визуальных отпечатков» запаха тестируемой пробы и стандартного образца, а также по сигналам «базовых» пьезосенсоров с наиболее селективными или чувствительными покрытиями на электродах.When testing samples using a gas analyzer based on a matrix of 12 piezosensors with various sorbent films on the electrodes, the total response is formed into a kinetic “visual imprint” of the smell of each sample, taking into account the time and sequence of interrogation of piezosensors. The responses of the individual elements of the matrix are recorded by a frequency meter with one or more inputs. If there is one input (for example, a frequency meter of the brand Ch3-57), a switch is placed in front of the frequency meter for sequential recording of the frequency of each piezosensor in the matrix according to a certain algorithm. The frequency meter readings are recorded by the operator or transmitted to a computer for further processing. Frequency to analogue signals are converted by an integrated commercially available adapter. Each type of sample corresponds to a characteristic geometric image of the aroma. Recognition and identification of the analyzed sample, qualitative and quantitative analysis of the sample are carried out by comparing the "visual fingerprints" of the smell of the test sample and the standard sample, as well as the signals of the "base" piezosensors with the most selective or sensitive coatings on the electrodes.
Сравнение некоторых характеристик предлагаемого технического решения и ближайшего аналога представлено в таблице.A comparison of some characteristics of the proposed technical solution and the closest analogue is presented in the table.
Предложенный газоанализатор на основе матрицы пьезосенсоров позволяет:The proposed gas analyzer based on a matrix of piezosensors allows you to:
1) повысить чувствительность и селективность определения основных компонентов газовых смесей или легколетучих соединений за счет увеличения числа откликающихся элементов;1) to increase the sensitivity and selectivity of determining the main components of gas mixtures or volatile compounds by increasing the number of responsive elements;
2) существенно упростить стадию получения, обработки аналитической информации и принятия решения без сложных математических алгоритмов по кинетическим «визуальным отпечаткам»;2) significantly simplify the stage of obtaining, processing analytical information and making decisions without complex mathematical algorithms for kinetic "visual fingerprints";
3) осуществлять анализ в двух режимах - проточном и статическом, что существенно расширяет область применения газоанализатора в анализе газовых, жидких, твердых сред.3) carry out the analysis in two modes - flowing and static, which significantly expands the scope of the gas analyzer in the analysis of gas, liquid, solid media.
4) возможность анализа сложных многокомпонентных ароматов пищевых и непищевых продуктов, газовых смесей, воздуха рабочей зоны и жилых помещений.4) the ability to analyze complex multicomponent aromas of food and non-food products, gas mixtures, air from the working area and living quarters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004106385/28A RU2267775C2 (en) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Gas analyzer based on piezoelectric sensitive elements |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004106385/28A RU2267775C2 (en) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Gas analyzer based on piezoelectric sensitive elements |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004106385A RU2004106385A (en) | 2005-08-10 |
RU2267775C2 true RU2267775C2 (en) | 2006-01-10 |
Family
ID=35844914
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004106385/28A RU2267775C2 (en) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Gas analyzer based on piezoelectric sensitive elements |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2267775C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571280C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) | Portable gas analyser with array of piezosensors |
RU2678091C1 (en) * | 2017-09-27 | 2019-01-23 | Татьяна Анатольевна Кучменко | Device for determination of dry residue, non-volatile compounds in drinking, waste, natural waters, fuels, foodstuffs |
RU2821596C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Cell for detecting gases in flow |
-
2004
- 2004-03-04 RU RU2004106385/28A patent/RU2267775C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2571280C1 (en) * | 2014-08-07 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный университет инженерных технологий (ФГБОУ ВПО ВГУИТ) | Portable gas analyser with array of piezosensors |
RU2678091C1 (en) * | 2017-09-27 | 2019-01-23 | Татьяна Анатольевна Кучменко | Device for determination of dry residue, non-volatile compounds in drinking, waste, natural waters, fuels, foodstuffs |
RU2821596C1 (en) * | 2023-12-29 | 2024-06-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Cell for detecting gases in flow |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004106385A (en) | 2005-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7248370B2 (en) | Method to reduce background noise in a spectrum | |
US7251037B2 (en) | Method to reduce background noise in a spectrum | |
US5095206A (en) | Method and apparatus for improving the specificity of an ion mobility spectrometer utillizing sulfur dioxide dopant chemistry | |
CN101146460A (en) | A smoking machine | |
RU2327984C1 (en) | Multi-channel piezo sensor "electronic nose" | |
JPS62212551A (en) | Gas chamber for test used for spectrometer | |
CN110441241A (en) | A kind of device for evaluating performance and method of optoacoustic spectroscopy Multi-Component Gas Analyzing instrument | |
RU2302627C1 (en) | Gas analyzer with an open inlet on the basis of piezosensors | |
Martinelli et al. | Short time gas delivery pattern improves long-term sensor reproducibility | |
RU2267775C2 (en) | Gas analyzer based on piezoelectric sensitive elements | |
US3404962A (en) | Apparatus for detecting a constituent in a mixture | |
US8288163B2 (en) | Apparatus and method for detecting triacetone triperoxide | |
US6492639B1 (en) | Method and apparatus for recognizing properties of a sample based on mass spectroscopy | |
KR20100041370A (en) | Gas extraction apparatus of transformer insulating oil | |
RU2212657C1 (en) | Matrix piezosorption detection cell | |
JP2000346776A (en) | Method and device for gas analysis, record medium with gas analysis program stored, and record medium with gsa analysis data stored | |
RU2288468C1 (en) | All-purpose detection sorption piezo cell | |
Barkó et al. | Application of pattern recognition and piezoelectric sensor array for the detection of organic compounds | |
CN113358806A (en) | Method and system for rapidly screening and detecting meat product characteristic metabolic volatile matters | |
RU2248571C1 (en) | Method of rapidly identifying gasolines | |
JPH02122237A (en) | Method and apparatus for sampling and analyzing fluid hydrocarbon as sample | |
RU2321846C1 (en) | Method for determining micro-concentrations of ethyl spirits in steam-gas mixtures | |
Dyck et al. | Equipment and procedures for the collection and determination of dissolved gases in natural waters | |
Huimin et al. | Extending AOTF-NIR spectrometer to gas measurement | |
JPH05164670A (en) | Method of distinguishing gas |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060305 |