RU2749211C1 - Оптический датчик влажности - Google Patents
Оптический датчик влажности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2749211C1 RU2749211C1 RU2020136049A RU2020136049A RU2749211C1 RU 2749211 C1 RU2749211 C1 RU 2749211C1 RU 2020136049 A RU2020136049 A RU 2020136049A RU 2020136049 A RU2020136049 A RU 2020136049A RU 2749211 C1 RU2749211 C1 RU 2749211C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- humidity
- moisture
- optical
- sensor
- sensors
- Prior art date
Links
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
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
- G01N21/81—Indicating humidity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth 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 The Use Of Chemical Reactions (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Изобретение относится к анализаторам влажности газов, в частности к датчикам определения влажности воздуха, и может быть использовано при аэрологических исследованиях атмосферы, в замкнутых объемах, в производственных и бытовых помещениях. Оптический датчик влажности включает источник света, регистрирующее устройство и влагочувствительный элемент, состоящий из биополимерной пленки ДНК, активированной органическим красителем, при этом в качестве красителя использован метиловый фиолетовый. Техническим результатом является повышение точности измерений. 1 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к технике измерения влажности газов, в частности к датчикам определения влажности воздуха, которые могут быть использованы при аэрологических исследованиях атмосферы, в замкнутых объемах, в производственных и бытовых помещениях.
Из множества известных типов датчиков влажности оптические датчики выделяются высокой точностью, быстродействием и бесконтактным принципом действия.
Известны датчики, определяющие влажность газа по температуре точки росы (Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. Москва: Техносфера, 2005). Недостатками таких датчиков являются высокая стоимость, большое потребление электроэнергии и необходимость чистки зеркальной поверхности сенсора.
Известны волоконно-оптические датчики, работающие по принципу изменения свойств волокна под действием влаги, содержащейся в среде (Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики, Энергоатомиздат, 1991). Недостатками датчиков этого типа являются сложность изготовления компонентов и «относительная бесконтактность».
Известны оптические абсорбционные датчики, в которых регистрируется доля поглощенной энергии света в полосах поглощения паров воды в атмосфере (Берлинер М. А. Измерения влажности, Энергия, 1973). В основу работы этих датчиков положен фундаментальный физический закон поглощения электромагнитного излучения – закон Ламберта-Бугера-Бера. Пары воды имеют интенсивные полосы поглощения в инфракрасной области спектра и в области длин волн от 185 нм до 110 нм – в так называемой вакуумной ультрафиолетовой области.
У абсорбционных оптических датчиков, действующих по принципу поглощения света парами воды, имеется один общий существенный недостаток – влияние на показания мешающих компонентов вдоль оптического пути. В инфракрасной области это различные молекулярные газы, например окиси углерода, серы, азота, углеводороды и т.д. В вакуумном ультрафиолете основным мешающим компонентом является кислород. Поэтому такие датчики хотя и являются бесконтактными, но никак не дистанционными. Кроме того, существуют значительные технические трудности при работе в вакуумной ультрафиолетовой области спектра.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является влагомер с влагочувствительным элементом (Лантух Ю.Д., Пашкевич С.Н., Алиджанов Э.К. Фотофизика оптических функциональных материалов на основе комплексов биополимеров с органическими красителями // Вестник ОГУ. 2015. № 11. С. 162–167.). В статье описано устройство, которое содержит источник света, камеру с изменяемой влажностью, влагочувствительный элемент – пленка ДНК с внедренным красителем акридиновым оранжевым (ДНК-АО) и регистрирующий спектр поглощения прибор.
Принцип действия такого устройства основан на изменении поглощения красителя при изменении влажности окружающей среды.
Если сухую пленку ДНК-АО подвергнуть увлажнению, ее спектр поглощения в видимой области претерпевает изменения: максимум спектра поглощения красителя при 502 нм растет, и при относительной влажности среды 95 % оптическая плотность увеличивается на 10% по сравнению с таковой при комнатной влажности.
О концентрации воды в исследуемом объеме судят по разнице в интенсивностях измерительного светового потока при разном влагосодержании газа в камере, фактически измеряются оптические плотности образца на выбранной длине волны.
Данное измерительное устройство имеет невысокую чувствительность, что обусловлено принципиальными ограничениями, присущими абсорбционным измерениям. Известно, что при измерениях оптической плотности образца менее 0,2 и более 1,5 ошибка измерений резко возрастает (Левшин Л.В., Салецкий А.М. - Оптические методы исследования молекулярных систем ч.1, МГУ, 1994).
В связи с этим важнейшей задачей является создание оптического устройства для измерения влажности среды, в котором снимаются ограничения, связанные с определением оптической плотности образца.
Техническим результатом заявляемого оптического измерителя влажности является повышение точности измерений за счет использования в исследуемом объеме влагочувствительного сенсорного элемента, реагирующего на изменение влажности уровнем сигнала люминесценции.
Указанный результат достигается тем, что оптический датчик влажности, состоящий из источника света, влагочувствительного элемента, регистрирующего устройства, отличается тем, что в качестве влагочувствительного элемента использована биополимерная пленка ДНК, активированная красителем метиловым фиолетовым (МФ).
На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик влажности. Датчик содержит источник света (1), регистрирующее устройство (2) и влагочувствительный сенсорный элемент (3). Датчик работает следующим образом. Влагочувствительный сенсорный элемент помещают в атмосферу с известной стандартной относительной влажностью и с помощью источника света возбуждают флуоресценцию МФ в видимой области (500 – 750 нм). Спектр флуоресценции регистрируется регистрирующим устройством. При изменении относительной влажности воздуха в окружающей среде от 50% до 95% происходит резкое (более чем в 4 раза) падение интенсивности флуоресценции красителя. Такой результат связан с развитием процессов безызлучательной релаксации энергии электронного возбуждения в молекулах МФ при увлажнении пленок.
При осушении сенсора происходит восстановление его спектрально-люминесцентных свойств до исходного уровня, т.е. описанная реакция сенсора на изменения влажности является обратимой.
Строят график зависимости интенсивности флуоресценции сенсорного элемента в максимуме спектра, т.е. на длине волны 630 нм от влажности атмосферы (воздуха). Мощность излучения источника света поддерживают постоянной. Для определения неизвестной относительной влажности воздуха сенсорный элемент помещают в объем этого воздуха и измеряют интенсивность его флуоресценции. Затем по графику зависимости интенсивности флуоресценции сенсора от влажности стандартных образцов воздуха определяют относительную влажность воздуха.
Сравнительные результаты применения прототипа и заявляемого датчика при измерении влажности сведены в таблицу.
сенсор | Принцип действия | эффективность |
Пленка ДНК + акридиновый оранжевый | Регистрация поглощения сенсора на длине волны максимума оптической плотности (502 нм). | Изменение (увеличение) оптической плотности сенсора на 10% (в 1,1 раза) при изменении относительной влажности воздуха от 50% до 95%. |
Пленка ДНК + метиловый фиолетовый | Регистрация люминесценции сенсора на длине волны максимума спектра флуоресценции (630 нм). | Изменение (падение) интенсивности флуоресценции сенсора на 75% (в 4 раза) при изменении относительной влажности воздуха от 50% до 95%. |
Claims (1)
- Оптический датчик влажности, включающий источник света, регистрирующее устройство и влагочувствительный элемент, состоящий из биополимерной пленки ДНК, активированной органическим красителем, отличающийся тем, что в качестве красителя использован метиловый фиолетовый.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020136049A RU2749211C1 (ru) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Оптический датчик влажности |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020136049A RU2749211C1 (ru) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Оптический датчик влажности |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2749211C1 true RU2749211C1 (ru) | 2021-06-07 |
Family
ID=76301262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020136049A RU2749211C1 (ru) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Оптический датчик влажности |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2749211C1 (ru) |
-
2020
- 2020-11-03 RU RU2020136049A patent/RU2749211C1/ru active
Non-Patent Citations (5)
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
von Bültzingslöwen et al. | Sol–gel based optical carbon dioxide sensor employing dual luminophore referencing for application in food packaging technology | |
AU2007303310B2 (en) | Formaldehyde detector body, formaldehyde detector, formaldehyde detection method and formaldehyde detection reagent | |
Bedoya et al. | Humidity sensing with a luminescent Ru (II) complex and phase-sensitive detection | |
CN102317760B (zh) | 用于物质或环境条件的光学传感的装置与方法 | |
Courbat et al. | A colorimetric CO sensor for fire detection | |
Higgins et al. | Novel hybrid optical sensor materials for in-breath O 2 analysis | |
Peter et al. | Metallo-porphyrin zinc as gas sensitive material for colorimetric gas sensors on planar optical waveguides | |
RU2749211C1 (ru) | Оптический датчик влажности | |
Giordano et al. | An high sensitivity optical sensor for chloroform vapours detection based on nanometric film of δ-form syndiotactic polystyrene | |
Tsigara et al. | Hybrid polymer/cobalt chloride humidity sensors based on optical diffraction | |
Fong et al. | Near-infrared measurement of relative and absolute humidity through detection of water adsorbed on a silica gel layer | |
Sazhin et al. | Sensor methods of ammonia inspection | |
Narayanaswamy | Optical chemical sensors and biosensors for food safety and security applications | |
JP5336425B2 (ja) | ガス測定方法および装置 | |
Potyrailo et al. | A dual-parameter optical sensor fabricated by gradient axial doping of an optical fibre | |
Oige et al. | Effect of long-term aging on oxygen sensitivity of luminescent Pd-tetraphenylporphyrin/PMMA films | |
Baron et al. | A kineto-optical method for the determination of chlorine gas | |
Bedoya et al. | Fluorescent optosensor for humidity measurements in air | |
Shahriari et al. | Porous fiber optic for a high sensitivity humidity sensor | |
KR102640751B1 (ko) | 다이크로익 필터를 이용한 유해물질 혼합가스의 검출 장치 | |
JP2021081227A (ja) | 一酸化窒素ガス検知方法及び一酸化窒素ガス検知装置 | |
Wright et al. | Optical transduction of chemical sensing by thin films of colour reagents and molecular receptors using piezo-optical and surface plasmon resonance methods | |
Sharkany et al. | Sensitive elements based on bacteriorhodopsin for fiber-optics sensors of chemical components | |
Khadzhiyskaya et al. | TDLAS technology in the design of a device for assessing the humidity of natural gas | |
Ishiguro et al. | Development of a detection tablet for a portable NO2 monitoring system |