UA136341U

UA136341U - OPTICAL-FREQUENCY GAS CONCENTRATION MEASURER

Info

Publication number: UA136341U
Application number: UAU201902581U
Authority: UA
Inventors: Володимир Степанович Осадчук; Олександр Володимирович Осадчук; Людмила Вікторівна Крилик; Олена Олександрівна Селецька; Ярослав Олександрович Осадчук; Оксана Петрівна Червак
Original assignee: Вінницький Національний Технічний Університет
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2019-08-12

Abstract

Оптико-частотний вимірювач концентрації газу містить когерентне джерело оптичного випромінювання, яке оптично з'єднано через послідовно встановлені за напрямком променю кювету з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання. Додатково введено біполярний транзистор, діод, польовий транзистор, індуктивність, обмежувальний конденсатор та два джерела постійної напруги. 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'єднано з витоком польового транзистора, з другим виводом діода, перший вивід якого з'єднаний із заземленням, з емітером біполярного транзистора, база якого з'єднана зі стоком польового транзистора, колектор біполярного транзистора з'єднаний з виходом пристрою, з другим виводом фотоприймача розсіяного потоку випромінювання та з першим виводом індуктивності, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом обмежувального конденсатора, з першим виводом другого джерела постійної напруги, другий вивід обмежувального конденсатора та другий вивід другого джерела постійної напруги під'єднані до заземлення.The optical-frequency gas concentration meter contains a coherent source of optical radiation, which is optically connected through a series-mounted in the direction of the beam of the cuvette with the photodetector of the scattered radiation flux. Additionally, a bipolar transistor, a diode, a field-effect transistor, an inductor, a limiting capacitor and two DC voltage sources were introduced. The first DC voltage source is connected to a coherent source of optical radiation in the forward direction, which is series optically connected, via a cuvette, to a photodetector of the scattered radiation flux, the first output of which is connected to the field-effect transistor leakage. which is connected to ground, to the emitter of a bipolar transistor, the base of which is connected to the drain of a field-effect transistor, the collector of the bipolar transistor is connected to the output of the device, to the second terminal of the photodetector and to the first output of the inductor. connected to the first terminal of the limiting capacitor, to the first terminal of the second DC voltage source, the second terminal of the limiting capacitor and the second terminal of the second DC voltage source are connected to ground.

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 Мо 4408880, МПКеє 01 М21/00, 19831.USA Mo 4408880, MPKee 01 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 Мо 1716399, МІПКє 201 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 Mo 1716399, MIPKye 201 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 оптико-частотного вимірювача концентрації 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 an optical-frequency gas concentration meter, in which, due to the introduction of new elements and connections between them, the gas concentration is converted into a 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 оптико-частотний вимірювач концентрації газу містить когерентне джерело оптичного випромінювання, яке оптично з'єднано через послідовноThe problem is solved by the fact that the optical-frequency gas concentration meter contains a coherent source of optical radiation, which is optically connected through a series

Зо встановлені за напрямком променю кювету з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання. Додатково введено біполярний транзистор, діод, польовий транзистор, індуктивність, обмежувальний конденсатор та два джерела постійної напруги. 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'єднано з витоком польового транзистора, з другим виводом діода, перший вивід якого з'єднаний із заземленням, з емітером біполярного транзистора, база якого з'єднана зі стоком польового транзистора, колектор біполярного транзистора з'єднаний з виходом пристрою, з другим виводом фотоприймача розсіяного потоку випромінювання та з першим виводом індуктивності, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом обмежувального конденсатора, з першим виводом другого джерела постійної напруги, другий вивід обмежувального конденсатора та другий вивід другого джерела постійної напруги під'єднані до заземлення.They are installed in the direction of the beam of the cuvette with the photodetector of the scattered radiation flux. In addition, a bipolar transistor, a diode, a field-effect transistor, an inductor, a limiting capacitor and two sources of constant voltage are introduced. 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 the scattered radiation flux, the first terminal of which is connected to the drain of the field-effect transistor, to the second terminal of the diode, the first terminal which is connected to the ground, to the emitter of the bipolar transistor, the base of which is connected to the drain of the field-effect transistor, the collector of the bipolar transistor is connected to the output of the device, to the second terminal of the scattered radiation flux photodetector, and to the first terminal of the inductor, the second terminal of which is connected to the first terminal of the limiting capacitor, to the first terminal of the second constant voltage source, the second terminal of the limiting capacitor and the second terminal of the second constant voltage source are connected to ground.

Суть корисної моделі пояснює креслення.The drawing explains the essence of a useful model.

Оптико-частотний вимірювач концентрації газу складається з когерентного джерела оптичного випромінювання 2, яке оптично з'єднано через послідовно встановлені за напрямком променя кювету З з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання 4, введено біполярний транзистор 5, діод 6, польовий транзистор 7, індуктивність 8, обмежувальний конденсатор 9, перше 1 і друге 10 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 З, з фотоприймачем розсіяного потоку випромінювання 4, перший вивід якого з'єднано з витоком польового транзистора 7, з другим виводом діода б, перший вивід якого з'єднаний із заземленням, з емітером біполярного транзистора 5, база якого з'єднана зі стоком польового транзистора 7, колектор біполярного транзистора 5 з'єднаний з виходом пристрою, з другим виводом фотоприймача розсіяного потоку випромінювання 4 та з першим виводом індуктивності 8, другий вивід якої з'єднаний з першим виводом обмежувального конденсатора 9, з першим виводом другого джерела постійної напруги 10, другий вивід обмежувального конденсатора 9 та другий вивід другого джерела постійної напруги 10 під'єднані до заземлення.The optical-frequency gas concentration meter consists of a coherent source of optical radiation 2, which is optically connected through cuvette Z, which are installed in series in the direction of the beam, with a photodetector of the scattered radiation flux 4, a bipolar transistor 5, a diode 6, a field-effect transistor 7, an inductance 8, a limiting capacitor 9, the first 1 and the second 10 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 cuvette C, to the photodetector of the scattered radiation flux 4, the first the output of which is connected to the drain of the field-effect transistor 7, to the second output of the diode b, the first output of which is connected to the ground, to the emitter of the bipolar transistor 5, the base of which is connected to the drain of the field-effect transistor 7, the collector of the bipolar transistor 5 is connected with the output of the device, with the second output of the scattered radiation flux photoreceiver 4 and with the first output of other conductivity 8, the second terminal of which is connected to the first terminal of the limiting capacitor 9, to the first terminal of the second source of constant voltage 10, the second terminal of the limiting capacitor 9 and the second terminal of the second source of constant voltage 10 are connected to the ground.

Оптико-частотний вимірювач концентрації газу працює таким чином.The optical-frequency gas concentration meter 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 10 до величини, коли на електродах біполярного транзистора 5 та польового транзистора 7 виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісною складовою на електродах біполярного транзистора 5, польового транзистора 7 та індуктивності 8. Діод 6 забезпечує живлення біполярного транзистора 5 та польового транзистора 7.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, by increasing the voltage of the second source of constant voltage 10 to the value when the electrodes of the bipolar transistor 5 and the field-effect transistor 7 produce a 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 electrodes of bipolar transistor 5, field-effect transistor 7 and inductance 8. Diode 6 provides power for bipolar transistor 5 and field-effect transistor 7.

Обмежувальний конденсатор 9 запобігає проходженню змінного струму через друге джерело постійної напруги 10. 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 біполярного транзистора 5 та польового транзистора 7, це в свою чергу, викликає зміну частоти генерованих коливань.The limiting capacitor 9 prevents the passage of alternating current through the second source of constant voltage 10. When gas enters cuvette C, a different amount of optical energy will fall on the photoreceptor of the scattered radiation flow 4 and its resistance will change, and therefore the value of the capacitive component of the total resistance at the electrodes of the bipolar transistor will change 5 and the field-effect transistor 7, this, in turn, causes a change in the frequency of the generated oscillations.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA An optical-frequency gas concentration meter containing 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 flux, which is distinguished by the fact that a bipolar transistor, a diode, a field-effect transistor are additionally introduced, an inductor, a limiting capacitor, and two sources of constant voltage, the first source of constant voltage being 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 the scattered radiation flux, the first terminal of which is connected to the drain of the field-effect transistor, with the second terminal of the diode, the first terminal of which is connected to the ground, with the emitter of the bipolar transistor, the base of which is connected to the drain of the field-effect transistor, the collector of the bipolar transistor is connected to the output of the device, with the second terminal of the diffuse radiation photodetector and with the first you by the inductor, the second output of which is connected to the first output of the limiting capacitor, to the first output of the second source of constant voltage, the second output of the limiting capacitor and the second output of the second source of constant voltage are connected to ground. groin B.

TO he shi and EN I pasi | 4!