UA128328U

UA128328U - MICROELECTRONIC OPTICAL-FREQUENCY GAS CONVERTER

Info

Publication number: UA128328U
Application number: UAU201803843U
Authority: UA
Inventors: Володимир Степанович Осадчук; Олександр Володимирович Осадчук; Людмила Вікторівна Крилик; Олена Олександрівна Селецька; Олександр Сергійович Звягін
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2018-04-10
Filing date: 2018-04-10
Publication date: 2018-09-10

Abstract

Мікроелектронний оптико-частотний перетворювач газу складається з когерентного джерела оптичного випромінювання, яке оптично з'єднано через послідовно встановлені за напрямком променя кювету, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання. В нього введено чотири біполярні транзистори, три резистори, два конденсатори, один з яких обмежувальний та два джерела постійної напруги, причому перше джерело постійної напруги під'єднано до когерентного джерела оптичного випромінювання в прямому напрямку, яке послідовно оптично з'єднано, через кювету, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання.The microelectronic optical-frequency converter of gas consists of a coherent source of optical radiation, which is optically connected through a series-mounted in the direction of the beam of the cuvette, with a photodetector of the scattered radiation flux. It introduced four bipolar transistors, three resistors, two capacitors, one of which is limiting and two constant voltage sources, the first constant voltage source being connected to a coherent source of optical radiation in a forward direction, which is connected in series with the cell, with a scattering photodetector.

Description

Корисна модель належить до області контрольно-вимірювальної техніки і може бути використана як датчик газу в пристроях автоматичного керування технологічними процесами.The useful model belongs to the field of control and measurement technology and can be used as a gas sensor in devices for automatic control of technological processes.

Відомий пристрій для вимірювання концентрації газу, що складається із джерела когерентного випромінювання, яке оптично з'єднано через послідовно встановлені світлоподільник, кювету, діафрагму та лінзу з фотоприймачем, який під'єднаний через фотопідсилювач до першого входу логарифмічного підсилювача, другий вхід якого з'єднаний з фотоприймачем опорного потоку випромінювання, а вихід з'єднаний з пристроєм відліку (патентA known device for measuring gas concentration, consisting of a source of coherent radiation, which is optically connected through a light splitter, a cuvette, a diaphragm and a lens installed in series with a photodetector, which is connected through a photoamplifier to the first input of a logarithmic amplifier, the second input of which is connected with a photoreceiver of the reference radiation flow, and the output is connected to the reference device (patent

США Мо4408880, МПКУ (501 М21/00, 19831.USA Mo4408880, MPKU (501 M21/00, 19831.

Недоліком такого пристрою є низька точність та складність, за рахунок наявності фотопідсилювача і логарифмічного підсилювача, що створюють похибки зсуву нуля, зміну коефіцієнтів передачі та ускладнюють конструкцію.The disadvantage of such a device is low accuracy and complexity, due to the presence of a photoamplifier and a logarithmic amplifier, which create zero shift errors, change transmission coefficients and complicate the design.

Найбільш близьким технічним рішенням є пристрій для вимірювання концентрації газу (див. патент СРСР Мо1716399, МІКе (5301 М21/01, 1989). Пристрій складається з когерентного джерела оптичного випромінювання, яке оптично з'єднано через послідовно встановлені за напрямком променя світлоподільний елемент, кювету, діафрагму, лінзу з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання, вихід якого підключено до входу компаратора і до першого виходу перемикача, другий вихід якого під'єднано до шини нульового потенціалу, інформаційний вхід під'єднано до виходу фотоприймача опорного потоку випромінювання, а керуючий вхід з'єднаний з виходом компаратора і входом фільтра нижніх частот, вихід якого з'єднано з пристроєм відліку.The closest technical solution is a device for measuring gas concentration (see USSR patent Mo1716399, MIKe (5301 M21/01, 1989). The device consists of a coherent source of optical radiation, which is optically connected through a light-splitting element installed in series along the direction of the beam, a cuvette , a diaphragm, a lens with a photodetector of the scattered radiation flux, the output of which is connected to the input of the comparator and to the first output of the switch, the second output of which is connected to the bus of zero potential, the information input is connected to the output of the photodetector of the reference flux of radiation, and the control input is connected to the output of the comparator and the input of the low-pass filter, the output of which is connected to the reference device.

Недоліком такого пристрою є низька чутливість за рахунок підсилення власних шумів напівпровідникових елементів.The disadvantage of such a device is low sensitivity due to amplification of inherent noise of semiconductor elements.

В основу корисної моделі поставлена задача створення мікроелектронного оптико- частотного перетворювача газу, в якому за рахунок введення нових елементів і зв'язків між ними відбувається перетворення концентрації газу у частоту, що приводить до підвищення чутливості, а також точності вимірювання концентрації газу в області малих значень, що сприяє розширенню галузі використання пристрою.The basis of a useful model is the task of creating a microelectronic optical-frequency gas converter, in which, due to the introduction of new elements and connections between them, the gas concentration is converted into frequency, which leads to an increase in sensitivity, as well as the accuracy of gas concentration measurement in the area of small values , which contributes to the expansion of the field of use of the device.

Поставлена задача вирішується тим, що в мікроелектронний оптико-частотний перетворювач газу, який складається з когерентного джерела оптичного випромінювання, якеThe problem is solved by the fact that in a microelectronic gas optical-frequency converter, which consists of a coherent source of optical radiation, which

Зо оптично з'єднано через послідовно встановлені за напрямком променя кювету, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання, введено чотири біполярні транзистори, три резистори, два конденсатори, один з яких обмежувальний та два джерела постійної напруги, причому перше джерело постійної напруги під'єднано до когерентного джерела оптичного випромінювання в прямому напрямку, яке послідовно оптично з'єднано, через кювету, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання, перший вивід якого з'єднаний з колектором першого біполярного транзистора, з базою другого біполярного транзистора та з першим виводом першого резистора, другий вивід якого з'єднаний з колектором другого біполярного транзистора, з першим виводом другого резистора, з першим виводом першого конденсатора, з емітером четвертого біполярного транзистора та з виходом пристрою, водночас, другий вивід другого резистора з'єднаний з колектором третього біполярного транзистора, колектор і база якого з'єднані між собою, крім того, другий вивід фотоприймача розсіяного потоку випромінювання, з емітерами першого, другого та третього біполярних транзисторів, з другим виводом другого обмежувального конденсатора, з другим виводом другого джерела постійної напруги під'єднано до заземлення, другий вивід першого конденсатора з'єднано з базою четвертого біполярного транзистора та з першим виводом третього резистора, другий вивід якого з'єднаний з колектором четвертого біполярного транзистора, з першим виводом обмежувального конденсатора та з першим виводом другого джерела постійної напруги.Zo is optically connected through a cuvette installed in series along the direction of the beam, with a photodetector of the scattered radiation flux, four bipolar transistors, three resistors, two capacitors, one of which is limiting, and two sources of constant voltage, and the first source of constant voltage is connected to a coherent a source of optical radiation in the forward direction, which is serially optically connected, through a cuvette, to a photodetector of a scattered radiation flux, the first terminal of which is connected to the collector of the first bipolar transistor, to the base of the second bipolar transistor, and to the first terminal of the first resistor, the second terminal of which connected to the collector of the second bipolar transistor, to the first terminal of the second resistor, to the first terminal of the first capacitor, to the emitter of the fourth bipolar transistor and to the output of the device, at the same time, the second terminal of the second resistor is connected to the collector of the third bipolar transistor, the collector and the base of which interconnected, in addition, the second terminal of the diffuse radiation photodetector, with the emitters of the first, second and third bipolar transistors, with the second terminal of the second limiting capacitor, with the second terminal of the second constant voltage source connected to ground, the second terminal of the first capacitor is connected to the base of the fourth bipolar transistor and with the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the collector of the fourth bipolar transistor, with the first terminal of the limiting capacitor and with the first terminal of the second constant voltage source.

На креслені наведено схему мікроелектронного оптико-частотного перетворювача газу.The drawing shows a diagram of a microelectronic optical-frequency gas converter.

Мікроелектронний оптико--астотний перетворювач газу складається з когерентного джерела оптичного випромінювання 2, яке оптично з'єднано через послідовно встановлені за напрямком променя кювету 3, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання 4, введено перший 6, другий 7, третій 8 і четвертий 11 біполярні транзистори, перший 5, другий 9 та третій 12 резистори, перший 10 та другий 13 конденсатори, один з яких обмежувальний та перше 1 і друге 14 джерела постійної напруги, причому перше джерело постійної напруги 1 під'єднано до когерентного джерела оптичного випромінювання 2 в прямому напрямку, яке послідовно оптично з'єднано, через кювету 3, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання 4, перший вивід якого з'єднаний з колектором першого біполярного транзистора 6, з базою другого біполярного транзистора 7 та з першим виводом першого резистора 5, другий вивід якого з'єднаний з колектором другого біполярного транзистора 7, з першим виводом другого бо резистора 9, з першим виводом першого конденсатора 10, з емітером четвертого біполярного транзистора 11 та з виходом пристрою, водночас, другий вивід другого резистора 9 з'єднаний з колектором третього біполярного транзистора 8, колектор і база якого з'єднані між собою, крім того, другий вивід фотоприймача розсіяного потоку випромінювання 4, з емітерами першого 6, другого 7 та третього 8 біполярних транзисторів, з другим виводом другого обмежувального конденсатора 13, з другим виводом другого джерела постійної напруги 14 під'єднано до заземлення, другий вивід першого конденсатора 10 з'єднано з базою четвертого біполярного транзистора 11 та з першим виводом третього резистора 12, другий вивід якого з'єднаний з колектором четвертого біполярного транзистора 11, з першим виводом обмежувального конденсатора 13 та з першим виводом другого джерела постійної напруги 14.The microelectronic opto-gas converter consists of a coherent source of optical radiation 2, which is optically connected through a cuvette 3 installed in series in the direction of the beam, with a photodetector of the scattered radiation flow 4, the first 6, the second 7, the third 8 and the fourth 11 bipolar transistors are introduced , the first 5, the second 9 and the third 12 resistors, the first 10 and the second 13 capacitors, one of which is limiting and the first 1 and the second 14 sources of constant voltage, and the first source of constant voltage 1 is connected to the coherent source of optical radiation 2 in the forward direction , which is optically connected in series, through the cuvette 3, to the photodetector of the scattered radiation flux 4, the first terminal of which is connected to the collector of the first bipolar transistor 6, to the base of the second bipolar transistor 7, and to the first terminal of the first resistor 5, the second terminal of which is connected to the collector of the second bipolar transistor 7, with the first terminal of the second resistor 9, with the first terminal of of the first capacitor 10, with the emitter of the fourth bipolar transistor 11 and with the output of the device, at the same time, the second terminal of the second resistor 9 is connected to the collector of the third bipolar transistor 8, the collector and the base of which are connected to each other, in addition, the second terminal of the scattered flux photodetector radiation 4, with the emitters of the first 6, second 7 and third 8 bipolar transistors, with the second terminal of the second limiting capacitor 13, with the second terminal of the second constant voltage source 14 connected to ground, the second terminal of the first capacitor 10 is connected to the base of the fourth bipolar transistor 11 and with the first terminal of the third resistor 12, the second terminal of which is connected to the collector of the fourth bipolar transistor 11, with the first terminal of the limiting capacitor 13 and with the first terminal of the second constant voltage source 14.

Мікроелектронний оптико-частотний перетворювач газу працює таким чином.The microelectronic optical-frequency gas converter works as follows.

В початковий момент часу газу не має в кюветі 3. Перше джерело постійної напруги 1 живить когерентне джерело оптичного випромінювання 2, підвищенням напруги другого джерела постійної напруги 14 до величини, коли на електродах колектор та емітер першого 6, другого 7 та третього 8 біполярних транзисторів виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах колектор та емітер першого 6, другого 7 та третього 8 біполярних транзисторів і повним опором з індуктивним характером на електродах емітер- колектор четвертого біполярного транзистора 11. Величина повного опору з індуктивним характером визначається третім резистором 12 та першим конденсатором 10. Перший резистор 5 та другий резистор 9 слугують для вибору режиму живлення автогенератора.At the initial moment of time, there is no gas in cuvette 3. The first source of constant voltage 1 feeds the coherent source of optical radiation 2, increasing the voltage of the second source of constant voltage 14 to the value when the collector and emitter electrodes of the first 6, second 7 and third 8 bipolar transistors appear negative resistance, which leads to the occurrence of electrical oscillations in the circuit, which is formed by the parallel inclusion of total resistance with a capacitive component on the collector and emitter electrodes of the first 6, second 7 and third 8 bipolar transistors and total resistance with an inductive nature on the emitter-collector electrodes of the fourth bipolar transistor 11. The value of total resistance with an inductive nature is determined by the third resistor 12 and the first capacitor 10. The first resistor 5 and the second resistor 9 serve to select the autogenerator power mode.

Обмежувальний конденсатор 13 запобігає проходженню змінного струму через друге джерело постійної напруги 14. При надходженні газу в кювету З на фотоприймач розсіяного потоку випромінювання 4 буде потрапляти інша кількість оптичної енергії і його опір зміниться, а отже і зміниться величина ємнісної складової повного опору на електродах першого 6, другого 7 та третього 8 біполярних транзисторів, це в свою чергу, викликає зміну частоти генерованих коливань.The limiting capacitor 13 prevents the passage of alternating current through the second source of constant voltage 14. When gas enters cuvette C, a different amount of optical energy will fall on the photoreceptor of the scattered radiation flux 4 and its resistance will change, and therefore the value of the capacitive component of the total resistance at the electrodes of the first 6 will change , the second 7 and the third 8 bipolar transistors, this, in turn, causes a change in the frequency of the generated oscillations.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

ZO Microelectronic optical-frequency gas converter, which consists of a coherent source of optical radiation, which is optically connected through cuvettes installed in series in the direction of the beam, with a photodetector of the scattered radiation flow, which is distinguished by the fact that four bipolar transistors, three resistors, two capacitors, one of which is limiting and two sources of constant voltage, and the first source of constant voltage is connected to a coherent source of optical radiation in the forward direction, which is optically connected in series, through a cuvette, to a photodetector of a scattered radiation flux, the first output of which is connected to the collector of the first bipolar transistor, to the base of the second bipolar transistor and to the first terminal of the first resistor, the second terminal of which is connected to the collector of the second bipolar transistor, to the first terminal of the second resistor, to the first terminal of the first capacitor, to the emitter of the fourth bipolar transistor and with output at in the system, at the same time, the second output of the second resistor is connected to the collector of the third bipolar transistor, the collector and the base of which are connected to each other, in addition, the second output of the photodetector of the scattered radiation flux, with the emitters of the first, second and third bipolar transistors, with the second output of the second limiting capacitor, with the second terminal of the second constant voltage source connected to ground, the second terminal of the first capacitor is connected to the base of the fourth bipolar transistor and to the first terminal of the third resistor, the second terminal of which is connected to the collector of the fourth bipolar transistor, to the first terminal of the limiting capacitor and with the first terminal of the second constant voltage source.

Byakhih Kui; St

! yo ov them!

lk (9 g 1G y