RU5031U1 - Устройство для детектирования запахов - Google Patents

Abstract

Устройство для детектирования запахов, включающее излучатель ультразвукового сигнала и приемник, соединенный с блоком регистрации сигнала, чувствительный элемент с адсорбирующим материалом и устройство для прокачивания потока среды через чувствительный элемент, отличающееся тем, что излучатель выполнен в виде металлической основы, на профилированной поверхности которой закреплена пьезоэлектрическая пленка, чувствительный элемент - сенсилла выполнен в виде трубчатой капсулы, заполненной волокнистым наполнителем, и установлен между излучателем и приемником, трубчатая капсула сенсиллы соединена с устройством, создающим поток газовой среды через волокнистый наполнитель, а приемник ультразвукового сигнала выполнен в виде пластины, на внутренней поверхности которой, обращенной в сторону излучателя и сенсиллы, закреплена пьезоэлектрическая пленка, аналогичная пленке излучателя, при этом излучатель, сенсилла, устройство, создающее поток газовой среды, и приемник конструктивно объединены в один узел, который связан электрически с блоком управления и регистрации акустического сигнала.

Description

Устройство для детектирования запахов.

Полезная модель относится к технике измерений, а именно к разработке ультразвуковых приборов для обнаружения и идентификации запахов газообразных, твердых и жидких веществ.

Приборы такого типа могут бьггь использованы в медицине для контроля физиологического состояния организма человека, в пищевой промышленности для тестирования запахов пищевых продуктов, а также для создания системы контроля состава газовой среды при проведении различных технологических процессов.

В настоящее время больщой интерес вь зьшает возможность применения в пищевой промышленности электронных устройств ддя детектирования запахов, включающих в качестве детекторовхимически модифицированные

пьезоэлектрические кварцевые кристаллы.

Известен прибор для детектирования запахов Канада, патент № 1328480, G 01 N 27/12, 1994. Принцип действия прибора заключается в измерении изменения электрического сопротивлеш1я, связанного с адсорбцией исследуемых газов, вызьшающих определенный запах, на поверхности электродов. Для изготовления электродов используют полупроводниковые материалы оксидного типа, выбранные в определенной комбинации, позволяющие детектировать тот или иной газ, вызьшающий соответствующий запах.

Известно устройство для детектирования запахов США, патент № 5177944, G01 N31/00, 1993.

Прибор содержит термостатируемую измерительную камеру, в которой расположен набор пьезокварцевых резонаторов. На поверхность каждого резонатора нанесен адсорбент, избирательно поглощающий определенное соединение, вызьшающее соответствующий запах. В качестве адсорбента используют различные вещества, применяемые в газовой хроматофафии для сорбции отдельных инфедиентов газовой среды, липидные соединения и т. д. По изменению частоты резонатора определяют наличие определенного газа, вызьгеающего соответствующий запах. Газ пропускают через ячейку со скоростью 50 мл/мин.

МКИ 6 G 01 N27/00

К недостаткам указанного устройства относится офаниченность его применения для детектирования определенной фуппы запахов, на которые настроены указанные пьезокерамические резонатары.

Наиболее близким но технической сущности к разработанной полезной модели относится пьезоэлектрическое устройство для детектирования запахов ANALIST, November 1993, VOL. 118, p. 1303 , включающее измерительнуто камеру, через которую пропускается исследуемьш поток, имеющий определенный занах. В камере установлен ньезокварцевый кристалл с серебряными электродами, на которые нанесено органическое покрытие для адсорбирования запаха, являющееся чувствительным элементом. Устройство соединено с насосом для прокачивания исследуемой газовой среды, скорость прохождения которой через измерительную камеру находилась в пределах от 40 до 500 . С помощью компьютера регестрировалась частота выходного сигнала. Длительность ультразвутсового воздействия составляла 200 сек.

К нeдocтaткa устройства следует отнести очень малые размеры чувствительного элемента- органического нокрьггия кристалла, огран1гчивающие из-за эффекта насыщения динамический диапазон потока и полный рабочий объем анализируемого запаха, что, в свою очередь, офаничивает разрещающую способность и многообразие доступных для детектирования и идентификации запахов.

Задачей полезной модели является создание универсального устройства, позволяющее детектировать пшрокий набор занахов веществ находящихся в различном афегатном состоянии.

Задача решается следующим образом.

Устройство для детектирования запахов состоит из из.аучателя ультразвукового сигнала, чувствительного элемента-сенсиллы, приел-шика, устройства, создающего поток газовой среды и блока управления и регистрации акустического сигнала.

Излучатель представляет собой металлическую основу, на профилированной поверхности которой закреплена пьезоэлектрическая пленка.

Чувствительный элемент-сенсилла выполнен в виде трубчатой капсулы, заполненной волокнистым наполнителем, и установленной на профи-пированной поверхности излучателя между излучателем и приемником. Радиусы кривизнь профилированной поверхности излучателя и поверхности капсулы сенсиллы удовлетворяют соотношению : изл Трубчатая капсула сенсиллы соединена с устройством, создающим поток газовой среды через волокнистый наполнитель. ПриемЕлпс ультразвукового сигнала вьптолнен в виде пластины, на внутренней поверхности которой, обращенной в сторону излучателя и сенсиллы, закреплена пьезоэлектрическая пленка, аналогичная пленке излучателя.

Излучатель, сенсилла, устройство, создающее поток газовой среды, и приемник конструктивно объединены в один узел, которьгй связан электрически с блоком управления и регистрации акустического сигнала.

Излучатель - изготовлен из материала - алюминий марки АДО ГОСТ 21488-76 и имеет профилированную поверхность на которую приклеена пьезоэлектрическая пленка на основе тетрафторэтилена изготовленная в соответствии с ТУ 6 0504196688. Закрепление пленки на поверхности излучателя произведено по специальной технологии с использованием синтетических клеев фенольной группы, например, ВК 32-200, ВС 10-М, ВС 350. Шейка имеет электрическое

соединение с блоком управления.

Со, j:,. ,,- :--, - :-. //:

В качестве материала пластины приемника применен специальньш материал «белан, выполненный в соответствии с ТУ 6-13-0204 77-47-90.

На пластине приемника аналогичным образом, как и на излучателе закреплена пьезоэлектрическая пленка.

Поперечный размер сенсиллы как чувствительного элемента, на котором происходит процесс поглощения акустической энергии излучеии, подб1фается в соответствии с условием получения максимального коэффициента прохождения ультразвукового излучения. Для воспроизведения наилучших условий прохождения акустического излучения pamtycbt кривизны излучающей поверхности датчика и наружной поверхности сенсиллы доллжны быть примерно равны. Вьшолнение этого услолвия обеспечивается выбором сенсиллы в форме, например, цилиндра диаметром, равным удвоенному радиусу кривизны профилированной поверхности излучателя.

Таким образом в разработанной полезной модели обеспечивается воспроизведение неоднородного прстранственно распределенного акустического поля внутри чувствительного элемента, обладающего адсорбирующими свойствами, с помощью двух источников - механического( прокачка газовых фракций) и электрического ( излучатель).

На фит.1 изображен внешний В1вд полезной модели.

Нолезная модель содержит излучатель 1 с пьезоэлектрической пленкой 2, чувствительный элемент - сенсиллу 3 с волокнистым наполнителем, приемник 4, с закрепленной на нем пьезоэлектрической пленкой 5, устройство для прокачивания исследуемой газовой среды 6, соединенное через переходник 7 с капсулой сенсиллы 3.

Излучатель 1 и приемник 4 электрически соединены с блоком форм1фования и управления акустическим сигналом 8 и блоком автоматической регистрации сигнала 9.

Носле включения устройства 6 для прокачивания - протяп1вания фракций газовой среды через внутреннюю структуру сенсиллы 3, происходит ее озвучивание возбуждение акустических колебаний с частотой / г где : М - мода возбужденного колебания ; L - длина сенсиллы, м; К - модуль Юнга / м S - площадь поперечного сечения сенсиллы, р - удельная плотность волокнистого наполнителя, кг/м. Блок управления 8 формирует подаваемый на излучатель 1 электрический . частота которого подбирается примерно равной частоте озвучивания волокнистой структуры. Ультразвуковое поле, возбуждаемое излучателем во внутренней структуре сенсиллы, распространяется в ней и, пройдя поглощаюшую среду сенсиллы - волокнистый наполнитель, попадает на приемник 4 с некоторой задержкой во времени относительно поданного на излучатель электрического сигиала. Величина этой задержки определяется как поперечным размером чувствительного элемента устройства - сенсиллы, так и ее звуковыми характеристиками (поглощение, отражение, рассеивание), зависящими от физикохимических параметров наполнителя - адсорбента газовьк фракций. Блок управления регистирует задержку во времени прихода акустического сигнала на приемник. Задавая из блока управления некоторый режим излучения акустическеого сигнала и фиксируя время его прохождения между излучателем и приемником, можно определить скорость распространения сигнала в структуре чувствительного элемента. Значение этого параметра зависит как от свойств волокиистого наполнителя-адсорбента газовых фракций, так и от структурьг акустического поля во внутренней полости сенсиллы - результата интерференции двух акустических полей :поля, генерируемого излучателем, и поля, озвучивания. Время задержки является информационным параметром на основшп1и которого вычисляется автоматически с помощью коштьютера коэффициент поглащения среды. В заранее заданном интервале анализа выбираются дискретные интервалы измерения коэффициента поглащения. Интенсивность коэффициента поглащения отображается в полярной системе координат. На фиг. 1 показано распределеьше коэффициента поглащения дыма в полярной системе координат. На фиг. 2 приведено распределение коэффициента поглащения спирта. Таким образом разработанное устройство может быть использовано для определения состава газовых смесей и проведения мониторинга различных процессов в окружающей среде.

Claims (1)

1. Устройство для детектирования запахов, включающее излучатель ультразвукового сигнала и приемник, соединенный с блоком регистрации сигнала, чувствительный элемент с адсорбирующим материалом и устройство для прокачивания потока среды через чувствительный элемент, отличающееся тем, что излучатель выполнен в виде металлической основы, на профилированной поверхности которой закреплена пьезоэлектрическая пленка, чувствительный элемент - сенсилла выполнен в виде трубчатой капсулы, заполненной волокнистым наполнителем, и установлен между излучателем и приемником, трубчатая капсула сенсиллы соединена с устройством, создающим поток газовой среды через волокнистый наполнитель, а приемник ультразвукового сигнала выполнен в виде пластины, на внутренней поверхности которой, обращенной в сторону излучателя и сенсиллы, закреплена пьезоэлектрическая пленка, аналогичная пленке излучателя, при этом излучатель, сенсилла, устройство, создающее поток газовой среды, и приемник конструктивно объединены в один узел, который связан электрически с блоком управления и регистрации акустического сигнала.