WO2017105273A1 - Анализатор состава жидких и твердых веществ - Google Patents
Анализатор состава жидких и твердых веществ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017105273A1 WO2017105273A1 PCT/RU2015/000899 RU2015000899W WO2017105273A1 WO 2017105273 A1 WO2017105273 A1 WO 2017105273A1 RU 2015000899 W RU2015000899 W RU 2015000899W WO 2017105273 A1 WO2017105273 A1 WO 2017105273A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- photodiode
- led
- analyte
- led chips
- radiation
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 46
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000012491 analyte Substances 0.000 claims description 77
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 14
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 11
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 7
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010905 molecular spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
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
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
Definitions
- the present invention generally relates to analyzers of the composition of substances, and, in particular, to analyzers of the composition of liquid and solid substances operating in the spectral range of 900-2500 nm.
- a spectrometer is known from document RU2347212 C2, including a illuminator with a line and continuous radiation source, a sample compartment in which one of the interchangeable sample cells can be installed, a cuvette, a solid sample holder, a dispersing unit, and a position-sensitive photodetector capable of changing its orientation with respect to the dispersion direction of the dispersing assembly.
- a cell is located in the sample compartment containing a rotary diffraction grating with a readout mechanism, an output slit with an adjustable width, a cuvette with the test substance, and an objective.
- This device uses the excitation of the radiation of the investigated substance, and requires an apparatus for determining the wavelength of this radiation - a diffraction grating with a stepper motor, therefore it is large and very inertial.
- RU2487337 C2 discloses a device for controlling a substance in the atmosphere, using a method in which at least one sensor is kept in a potentially containing atmosphere for at least one sensor and the light beam is directed in the first wavelength range for at least least one sensor and get the first signal corresponding to the amount of light of the first wavelength range reflected from the at least one sensor, directs the light beam in the second wavelength range to at least one sensor and receive a second signal corresponding to the amount of light of the second wavelength range, reflected from at least one sensor, the first and second signals are compared to obtain a comparison signal and a comparison signal is compared with a predetermined reflection curve, whereby an estimate of The concentration corresponding to the concentration of the analyte in the atmosphere.
- the specified device partially solved the disadvantages of the known devices, but contains a sensor, the optical properties of which vary depending on the presence and concentration of the analyte in the atmosphere, which narrows the scope of such a device.
- the objective of the present invention is to provide a device for determining the chemical composition of the analyte with high accuracy, which can operate in a wide spectral range with solid and liquid substances, has small dimensions and low power consumption and high speed.
- a device for determining the chemical composition of an analyte, which is a solid substance, a liquid substance, or a mixture thereof, comprising an optical unit containing an LED emitter emitting in the spectral range of 900-2500 nm and a broadband photodiode, the LED emitter being arranged to direct its radiation on the analyte for the interaction of this radiation with the analyte, and the broadband photodiode is located with the possibility of receiving radiation about LED Emitter this radiation after interaction with the analyte, the electronic control unit, and the photodiode charge preamplifier connected to the electronic unit, wherein the LED emitter comprises a light-emitting diode chips mounted on the same substrate, and the electronic unit is adapted to control the LED chips in such a way that it is possible to shift the maximum of the total emission spectrum from at least one pair of LED chips.
- Achievable technical result consists in the possibility of the proposed device to determine the chemical composition of the analyte in the form of a solid, liquid substance or their mixture in a wide spectral range, while this device has due to its configuration small dimensions, low power consumption and high speed.
- the accuracy of determining the chemical composition of the analyte is increased, and with it it is possible to determine a greater number of chemicals in the composition of the analyte, by allowing the maximum of the total emission spectrum to shift from at least one pair of LED chips.
- the LED emitter comprises at least four LED chips.
- LED chips have emission spectrum maxima at different wavelengths.
- the broadband photodiode is characterized by a red border of 2500 nm
- said device comprises a housing that is adapted to be inserted into a slot of a mobile device.
- said device is adapted to exchange information with a mobile device.
- said device further comprises a receiver for placing a sample of an analyte, the LED emitter and a photodiode being located on opposite sides of the receiver for placing a sample of an analyte.
- the LED emitter and the photodiode are located on one side of the analyte.
- the LED emitter and the photodiode are arranged on the same substrate so that the LED chips are mounted on the substrate in a circle around the photodiode.
- the LED emitter and the photodiode are mounted on their own substrates, and these substrates are assembled coaxially into the assembly, making it possible to direct the radiation from the LED chips to the analyte and receive the radiation by the photodiode.
- the upper surface of the photodiode is located below the upper surfaces of the LED chips.
- the LED emitter and the photodiode are mounted on their own substrates, said substrates being assembled into a unit with their spatial separation, and said device comprises at least two lenses configured to direct radiation from the LED chips to the analyte and accept radiation by a photodiode.
- said device further comprises a reference photodiode mounted next to the LED emitter.
- the LED chips are made on the basis of heterostructures, which have a GaSb-containing substrate, an active layer containing a GalnAsSb solid solution located above the substrate, a restriction layer located above the active layer to localize the main carriers, containing AIGaAsSb solid solution located above a boundary layer, a contact layer containing GaSb, and a buffer layer containing a solid solution of GalnAsSb.
- a buffer layer of heterostructures is located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
- the photodiode is made on the basis of a heterostructure containing a sequentially arranged substrate containing GaSb, an active layer containing GalnAsSb, layers of electrical and optical restriction containing AIGaAsSb, and a contact layer containing GaSb.
- At least one reference spectrum is preliminarily created by operating the device without the presence of an analyte under existing atmospheric conditions.
- the concentration of substances in the composition of the analyte is further determined.
- the supply of pulses to the LED chips further comprises supplying pulses to at least one pair of LED chips, the maximums of the emission spectra of which are characterized by adjacent wavelengths, while when applying pulses to at least one pair of LED chips, the pulses are fed simultaneously for each LED chip of the indicated pair of LED chips so that each LED chip is turned on with different power.
- the pulse supply comprises sequentially supplying pulses to more than one pair of time-shift LED chips.
- FIG. 1 shows an example of an electrical board for an LED emitter containing 24 LED chips.
- FIG. 2 shows an example of a working head in which an electric board with a photodiode is mounted under an electric board with an LED emitter.
- the present description discloses variants and features of a device for determining the chemical composition of an analyte in the form of a solid, a liquid substance, or a mixture thereof, which in the present description may also be referred to as an analyzer of the composition of liquid and solid substances. It should be noted that the disclosed features of the specified device in any embodiment may be inherent in various embodiments in any combination thereof, unless otherwise indicated.
- a device for determining the chemical composition of an analyte is a small portable device operating in the spectral range of 900-2500 nm based on molecular spectroscopy methods.
- a device for determining the chemical composition of the analyte comprises an optical unit that includes an LED emitter and a broadband photodiode, an electronic unit configured to control the LED emitter, and a photodiode preamplifier board connected to the electronic unit.
- the LED emitter is positioned so that its the radiation is directed to the analyte for the interaction of this radiation with the analyte, and a broadband photodiode is installed with the possibility of receiving radiation from the LED after its interaction with the analyte.
- the analyte can be located outside the analyzer or inside it while maintaining the above possibility of directing radiation from the LED emitter to the analyte and receiving it with a photodiode.
- the analyte can be taken as a sample of the analyte, which is usually used when the analyte is placed inside the analyzer.
- the analyte and the breakdown of the analyte is understood to mean any amount of the analyte that allows the determination of its chemical composition by means of the device according to the present invention.
- the LED emitter used is made in the form of at least four LED chips mounted on one substrate, which can emit in the spectral range of 900-2500 nm. Such an LED emitter may also be called an LED array. LED chips preferably have maxima of the emission spectrum at different wavelengths, however, implementations are possible in which two or more LED chips have a maximum of emission spectrum at a single wavelength.
- the broadband photodiode used has a red border of 2500 nm, but photodiodes with an excellent red border can be used.
- the analyzer comprises a LED emitter of 8 LEDs emitting at different wavelengths (1, 3, 1, 45, 1, 6, 1, 7, 1, 95, 2.15, 2.25 and 2 , 35 ⁇ m), and a broadband photodiode with a red border of 2400 nm with a diameter of the sensitive area of 2 mm.
- the analyzer according to the first embodiment further comprises a receiver for placing the sample of the analyte, which is installed in the analyzer in such a way that the LED matrix and the photodiode are located on opposite sides of the receiver for placing the sample of the analyte.
- the radiation from the LED emitter can pass through a sample of the analyte to interact with it and then to a photodiode that receives radiation after it interacts with the specified sample and then transfers the received information for further analysis.
- an analyzer with this configuration can be called a transmit analyzer.
- liquid or solid substances, or their mixtures, characterized by a certain degree of transmission sufficient for the functioning of the analyzer can be used as analytes.
- a small amount of the specified substance is used as a sample of the analyte.
- the electronic unit of the specified analyzer is configured to control the LED chips in such a way that it is possible to shift the maximum of the total emission spectrum from at least one pair of LED chips. This means that the electronic unit can simultaneously supply power to two LEDs of the same pair and obtain a total spectrum with a maximum between the maxima of the individual LEDs of the specified pair. This feature allows you to increase the accuracy of determining the chemical composition of the analyte, as well as the ability to determine a greater number of chemicals in the composition of the analyte.
- the analyzer of the composition of liquid and solid substances according to the second embodiment is similar to the analyzer according to the first embodiment, however, it does not contain a receiver for placing a sample of the analyte.
- the analyte is located on the outside of the analyzer, i.e. with this configuration, the LED matrix and photodiode are located on one side of the analyte.
- the radiation from the LED emitter passes to the analyte and, after interacting with it, is reflected towards the photodiode receiving the indicated radiation.
- an analyzer with the indicated configuration is called a reflection analyzer, and solids are usually taken as analytes.
- the analyte can be taken in any quantity, however, in some embodiments, the analyte can be inside the analyzer, for example, in the form of a sample placed in the receiver to place the sample of the analyte.
- the LED matrix and the photodiode are mounted on a single substrate in such a way that the LED chips of the LED matrix are located on the substrate in a circle or in a peripheral region around the photodiode, so that the photodiode is located in the center relative to the LED chips with the ability to receive radiation from the analyte.
- an LED matrix and a photodiode may be arranged in which the LED matrix and photodiode are mounted on their own substrates, which are assembled coaxially into a unit in the form of a single head in such a way as to allow directing radiation from the LED chips to analyte and then accepting this radiation reflected from the analyte by a photodiode.
- An example of an electrical board for an LED array of 24 LED chips, 3 chips per wavelength, is shown in FIG. one . LED chips are glued to the conductive pads closest to the internal diameter of the board (for example, which are shown in the drawing by the positions 1 1, 12 and 13), and are connected to each other in series.
- a photodiode with a sensitive area of a large area (in this example, its diameter is 2 mm) is mounted on a separate electric board, and the diameter of the contact area of the photodiode should be less than the internal diameter of the electric board for the LED matrix.
- the electric board 4 with the photodiode is mounted under the electric board 3 with the LED matrix, which is illustrated in FIG. 2 depicting an example of such a working head.
- This configuration ensures that there is no direct hit of radiation from the side faces of the LED directly on the photodiode, which it was possible if the photodiode was in the same plane as the LEDs.
- a metal reflector cap 2 with a polished inner wall is put on the boards to focus the radiation.
- the entire head is placed in a common metal casing 5 with glass 1, transparent in the spectral range 1 - 2.5 ⁇ m (sapphire, quartz, BaF 2 , CaF 2 ). Instead of glass, a biconvex lens can be used.
- the upper surface of the photodiode directed toward the analyte is located below the upper surfaces of the LED chips , also directed towards the analyte,
- the radiation from the LED matrix which has not passed the interaction with the analyte, does not get on the photodiode and not in iyaet on the results of operation of the analyzer.
- the LED matrix and photodiode are mounted on their own substrates, but these substrates are assembled into a unit with their spatial separation.
- lenses are added to this node to focus the radiation, and these lenses provide the direction of radiation from the LED chips to the analyte and the direction of radiation from the analyte for its adoption by the photodiode.
- the liquid and solid composition analyzer according to the first and second embodiments has an external housing, the shape of which allows the analyzer to be inserted into a slot of a mobile device, for example, a mobile phone, smartphone, communicator, PDA, laptop or netbook, or into a slot on a computing device, such as a desktop computer.
- a mobile device for example, a mobile phone, smartphone, communicator, PDA, laptop or netbook
- a computing device such as a desktop computer.
- the analyzer of the composition of liquid and solid substances can exchange information with a mobile device or computing device in any known manner, including as an example a universal serial bus (USB), RS-232, RS-485, WiFi, Bluetooth or any other suitable connection.
- a mobile device or computing device in any known manner, including as an example a universal serial bus (USB), RS-232, RS-485, WiFi, Bluetooth or any other suitable connection.
- the analyzer of the composition of liquid and solid substances may have a storage device (for example, non-volatile or non-volatile storage device such as flash memory, RAM, magnetic media, etc.) or may be configured to write information to another machine-readable media (e.g., optical disks, etc.).
- the LED matrix LED chips can be made based on the heterostructures disclosed in patent EA 01830 of the same applicant with the name GalnAsSb solid solution heterostructure, the method of its manufacture and the LED based on this heterostructure.
- These heterostructures have a GaSb-containing substrate , an active layer containing a GalnAsSb solid solution and located above the substrate, a boundary layer for localization of the main carriers, containing an AIGaAsSb solid solution and located above a the active layer, the contact layer containing GaSb and located above the bounding layer, and the buffer layer containing the GalnAsSb solid solution.
- the buffer layer of the first heterostructure is a low-doped p ° buffer layer with a composition close to GaSb, due to which the inverse p- ⁇ junction p ° -GalnAsSb / n-GalnAsSb provides localization of holes in the active region near the heterointerface between the buffer layer and the active layer.
- the buffer layer is located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
- the photodiode is made on the basis of a heterostructure, the manufacturing technology of which is described in Eurasian patent N ° 018300 "Heterostructure based on a GalnAsSb solid solution, the method of its manufacture and an LED based on this heterostructure" of the present applicant.
- the specified heterostructure contains a sequentially arranged substrate containing GaSb, an active layer containing GalnAsSb, layers of electrical and optical restriction containing AIGaAsSb, and a contact layer containing GaSb.
- the spectrum obtained on the basis of the signals generated by the photodiode and containing information on the absorption of light at a given wavelength is compared with at least one known reference spectrum and the chemical composition of the analyte is determined, wherein said at least one reference spectrum is usually preliminarily created or at the beginning of the operation of the device through the operation of the device without the presence of the analyte under the existing atmospheric conditions, but it can also be created in another way or can It is used known reference spectra.
- the concentration of substances in the composition of the analyte is determined.
- the supply of pulses to the LED chips further comprises supplying pulses to at least one a pair of LED chips, the maximums of the emission spectra of which are characterized by adjacent wavelengths, while applying pulses to at least one pair of LED chips, pulses are simultaneously applied to each LED chip of the indicated pair of LED chips in such a way that each LED chip is turned on with different power.
- pulses are sequentially applied to more than one pair of LED chips with a time shift.
- the pulsed power supply of the LEDs allows for smooth scanning of the investigated range of 900-2500 nm, since the spectral radiation of the LED chips has the form of a Gaussian curve.
- a total spectrum can be obtained with a maximum between the maxima of the individual LEDs. If, in small steps, the current on the first LED chip is reduced from one pair and the current on the second is simultaneously increased, then a fairly smooth shift of the maximum of the total emission spectrum is obtained.
- the scanning resolution is determined by the number of LED chips and the width of their spectra.
- current is supplied only to the first LED, then 75% of the current to the first LED and 25% to the second LED, then 50% to both LEDs, and then 25% of the current to the first LED and 75% on the second LED.
- only the second LED is powered. And then the process is repeated for all LEDs of adjacent wavelengths of the LED matrix. The dependence of the signal on the wavelength is recognized by the time scan of the inclusion of different LEDs.
- pulses when applying pulses to LED chips, pulses are additionally sequentially applied to individual LED chips with a time shift and synchronous signal amplification from each chip, which makes it possible to use all available LED chips and increase accuracy.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material 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 Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение в целом относится к анализаторам состава веществ, и, в частности, к анализаторам состава жидки и твердых веществ, работающих в спектральном диапазоне 900-2500 нм. Предложено устройство для определения химического состава анализируемого вещества, представляющего собой твердое вещество, жидкое вещество или их смесь, содержащее оптический блок, содержащий светодиодный излучатель, излучающий в спектральном диапазоне 900-2500 нм, и широкополосный фотодиод, причем светодиодный излучатель расположен с возможностью направления своего излучения на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с указанным анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод расположен с возможностью приема излучения от светодиода после взаимодействия этого излучения с указанным анализируемым веществом, электронный блок, и плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком, причем светодиодный излучатель содержит светодиодные чипы, установленные на одной подложке, а электронный блок выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.
Description
АНАЛИЗАТОР СОСТАВА ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к анализаторам состава веществ, и, в частности, к анализаторам состава жидких и твердых веществ, работающих в спектральном диапазоне 900-2500 нм.
Обзор уровня техники
В настоящее время известны различные анализаторы состава веществ. Однако, как правило, они обладают большими размерами, длительным временем работы, высоким энергопотреблением и используют дорогостоящие компоненты.
Например, из документа RU2347212 C2 известен спектрометр, включающий осветитель с источником линейчатого и сплошного излучения, отсек для образцов, в который может быть установлена одна из взаимозаменяемых ячеек для образца, кювета, держатель твердых образцов, диспергирующий узел и позиционно-чувствительный фотоприемник, способный менять свою ориентацию относительно направления дисперсии диспергирующего узла. Для обеспечения возбуждения спектров флуоресценции монохроматическим излучением с плавно изменяемой длиной волны в отсеке для образцов расположена ячейка, содержащая поворотную дифракционную решетку с отсчетным механизмом, выходную щель с регулируемой шириной, кювету с исследуемым веществом и объектив.
Данное устройство использует возбуждение излучения исследуемого вещества, и требует аппарат для определения длины волны этого излучения - дифракционную решетку с шаговым двигателем, поэтому имеет большие размеры и очень инерционен.
Также из документа RU2487337 С2 известно устройство для контроля вещества в атмосфере, использующее способ, при котором в атмосфере, потенциально содержащей вещество, выдерживают в течение заданного периода времени, по меньшей мере, один датчик, направляют световой пучок в первом диапазоне длин волн на по меньшей мере один датчик и получают
первый сигнал, соответствующий количеству света первого диапазона длин волн, отраженного от, по меньшей мере, одного датчика, направляют световой пучок во втором диапазоне длин волн на, по меньшей мере, один датчик и получают второй сигнал, соответствующий количеству света второго диапазона длин волн, отраженного от, по меньшей мере, одного датчика, сравнивают первый и второй сигналы для получения сигнала сравнения и устанавливают соответствие сигнала сравнения с заранее полученной кривой отражения, посредством чего получают оценку концентрации, соответствующую концентрации определяемого вещества в атмосфере.
Указанное устройство частично решило недостатки известных устройств, но содержит датчик, оптические свойства которого меняются в зависимости от наличия и концентрации в атмосфере определяемого вещества, что сужает область применения такого устройства.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для определения химического состава анализируемого вещества с высокой точностью, которое может работать в широком спектральном диапазоне с твердыми и жидкими веществами, имеет малые размеры и низкое энергопотребление и высокое быстродействие.
Предложено устройство для определения химического состава анализируемого вещества, представляющего собой твердое вещество, жидкое вещество или их смесь, содержащее оптический блок, содержащий светодиодный излучатель, излучающий в спектральном диапазоне 900-2500 нм, и широкополосный фотодиод, причем светодиодный излучатель расположен с возможностью направления своего излучения на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод расположен с возможностью приема излучения от светодиодного излучателя после взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, электронный блок, и плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком, причем светодиодный излучатель содержит светодиодные чипы, установленные на одной подложке, а электронный блок выполнен с возможностью управления светодиодными
чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.
Достигаемый технический результат заключается возможности работы предлагаемого устройства для определения химического состава анализируемого вещества в виде твердого вещества, жидкого вещества или их смеси в широком спектральном диапазоне, при этом указанное устройство имеет благодаря своей конфигурации малые размеры, низкое энергопотребление и высокое быстродействие.
Кроме того, в предложенном устройстве увеличена точность определения химического состава анализируемого вещества, а также с его помощью возможно определить большее количество химических веществ в составе анализируемого вещества, посредством обеспечения возможности смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения светодиодный излучатель содержит по меньшей мере четыре светодиодных чипа.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на разных длинах волн.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения широкополосный фотодиод характеризуется красной границей 2500 нм
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство содержит корпус, который выполнен с возможностью вставки в слот мобильного устройства. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство выполнено с возможностью обмена информацией с мобильным устройством.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство дополнительно содержит приемник для размещения пробы анализируемого вещества, причем светодиодный излучатель и фотодиод расположены с противоположных сторон от приемника для размещения пробы анализируемого вещества.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения котором светодиодный излучатель и фотодиод расположены с одной стороны от анализируемого вещества.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодный излучатель и фотодиод уставлены на одной подложке таким образом, что светодиодные чипы установлены на подложке по окружности вокруг фотодиода.
В качестве альтернативы светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны соосно в узел, обеспечивая возможность направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия излучения фотодиодом.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения верхняя поверхность фотодиода расположена ниже верхних поверхностей светодиодных чипов.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны в узел с их пространственным разделением, а указанное устройство содержит по меньшей мере две линзы, выполненные с возможностью направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия излучения фотодиодом.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения указанное устройство дополнительно содержит опорный фотодиод, установленный рядом со светодиодным излучателем.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения светодиодные чипы выполнены на основе гетероструктур, которые имеют подложку, содержащую GaSb, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AIGaAsSb, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий GaSb, и буферный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения буферный слой гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения фотодиод выполнен на основе гетероструктуры, содержащей последовательно расположенные подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий GalnAsSb, слои электрического и оптического ограничения, содержащие AIGaAsSb, и контактный слой, содержащий GaSb.
Также предложен способ определения химического состава анализируемого вещества с помощью устройства для определения химического состава анализируемого вещества, в котором обеспечивают наличие анализируемого вещества, подают импульсы на светодиодные чипы, причем подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени, и определяют химический состав анализируемого вещества посредством сравнения спектра, полученного на основе сигналов, сформированных фотодиодом, с по меньшей мере одним известным опорным спектром.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения предварительно создают по меньшей мере один опорный спектр посредством функционирования устройства без наличия анализируемого вещества при имеющихся атмосферных условиях.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения дополнительно определяют концентрацию веществ в составе анализируемого вещества.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения подача импульсов на светодиодные чипы дополнительно содержит подачу импульсов по меньшей мере на одну пару светодиодных чипов, максимумы спектров излучения которых характеризуются соседними длинами волн, при этом при подаче импульсов на по меньшей мере одну пару светодиодных чипов импульсы подают одновременно на каждый светодиодный чип указанной пары светодиодных чипов таким образом, что каждый светодиодный чип включают с различной мощностью.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на более чем одну пару светодиодных чипов со сдвигом во времени.
Другие аспекты настоящего изобретения могут быть понятны из последующего описания предпочтительных вариантов реализации и чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан пример электрической платы для светодиодной излучателя, содержащего 24 светодиодных чипа.
На фиг. 2 показан пример рабочей головки, в которой электрическая плата с фотодиодом смонтирована под электрической платой со светодиодным излучателем.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Настоящее описание раскрывает варианты и особенности устройства для определения химического состава анализируемого вещества в виде твердого вещества, жидкого вещества или их смеси, которое в настоящем описании также может именоваться анализатором состава жидких и твердых веществ. Необходимо отметить, что раскрываемые особенности указанного устройства в любом варианте реализации могут быть присущи различным вариантам реализации в любой их комбинации, если не указано иначе.
Устройство для определения химического состава анализируемого вещества представляет собой небольшое портативное устройство, работающее в спектральном диапазоне 900-2500 нм на основе методов молекулярной спектроскопии.
Устройство для определения химического состава анализируемого вещества согласно первому варианту реализации содержит оптический блок, который содержит светодиодный излучатель и широкополосный фотодиод, электронный блок, выполненный с возможностью управления светодиодным излучателем, и плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком. Светодиодный излучатель расположен таким образом, что его
излучение направлено на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод установлен с возможностью приема излучения от светодиода после его взаимодействия с анализируемым веществом. Таким образом, в различных вариантах реализации настоящего изобретения анализируемое вещество может находиться вне анализатора или внутри него с сохранением указанной выше возможности направления излучения от светодиодного излучателя на анализируемое вещество и его приема фотодиодом. Кроме того, анализируемое вещество может быть взять в виде пробы анализируемого вещества, что обычно применяется в случае, когда анализируемое вещество размещено внутри анализатора. Здесь и далее под анализируемым веществом и пробой анализируемого вещества подразумевается любое количество анализируемого вещества, позволяющее выполнить определение его химического состава посредством устройства согласно настоящему изобретению.
Используемый светодиодный излучатель выполнен в виде по меньшей мере четырех светодиодных чипов, установленных на одной подложке, которые могут излучать в спектральном диапазоне 900-2500 нм. Такой светодиодный излучатель также может быть назван светодиодной матрицей. Светодиодные чипы предпочтительно имеют максимумы спектра излучения на разных длинах волн, однако возможны варианты реализации, в которых два или более светодиодных чипа имеют максимум спектра излучения на одной длине волны. Используемый широкополосный фотодиод имеет красную границу 2500 нм, но возможно использование фотодиодов с отличной красной границей. Например, в одном из вариантов реализации анализатор содержит светодиодный излучатель из 8 светодиодов, излучающих на разных длинах волн (1 ,3, 1 ,45, 1 ,6, 1 ,7, 1 ,95, 2,15, 2,25 и 2,35 мкм), и широкополосный фотодиод с красной границей 2400 нм с диаметром чувствительной площадки 2 мм.
Кроме того, указанный анализатор согласно первому варианту реализации дополнительно содержит приемник для размещения пробы анализируемого вещества, который установлен в анализаторе таким образом, что светодиодная матрица и фотодиод расположены с противоположных сторон от приемника для размещения пробы анализируемого вещества. При такой конфигурации анализатора излучение от светодиодного излучателя
может проходить через пробу анализируемого вещества для взаимодействия с ним и далее до фотодиода, который принимает излучения после его взаимодействия с указанной пробой и далее передает полученную информацию для дальнейшего анализа. Таким образом, анализатор с указанной конфигурацией может быть назван анализатором, работающим на пропускание. В качестве анализируемых веществ в данном случае могут быть использованы жидкие или твердые вещества, или их смеси, характеризующиеся некоторой степенью пропускания, достаточной для функционирования анализатора. Как правило, для анализатора с указанной конфигурацией в качестве пробы анализируемого вещества используют небольшое количество указанного вещества.
Электронный блок указанного анализатора согласно первому варианту реализации выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов. Это означает возможность подачи питания электронным блоком одновременно на два светодиода одной пары и получение суммарного спектра с максимумом между максимумами отдельных светодиодов указанной пары. Указанная возможность позволяет увеличить точность определения химического состава анализируемого вещества, а также возможность определить большее количество химических веществ в составе анализируемого вещества.
Анализатор состава жидких и твердых веществ согласно второму варианту реализации подобен анализатору согласно первому варианту реализации, однако он не содержит приемника для размещения пробы анализируемого вещества. При такой конфигурации анализатора анализируемое вещество расположено с внешней части анализатора, т.е. при такой конфигурации светодиодная матрица и фотодиод расположены с одной стороны от анализируемого вещества. В анализаторе такой конфигурации излучение от светодиодного излучателя проходит до анализируемого вещества и после взаимодействия с ним отражается в сторону фотодиода, принимающего указанное излучение. Соответственно, анализатор с указанной конфигурацией называют анализатором, работающим на отражение, и в качестве анализируемых веществ берут, как правило, твердые вещества. Поскольку в анализаторе с такой конфигурацией нет необходимости
использовать приемник для размещения пробы, то анализируемое вещество может быть взято в любом количестве, однако в некоторых вариантах реализации анализируемое вещество может находиться внутри анализатора, например, в виде пробы, размещенной в приемнике для размещения пробы анализируемого вещества.
В указанном анализаторе состава жидких и твердых веществ согласно второму варианту реализации светодиодная матрица и фотодиод установлены на единой подложке таким образом, что светодиодные чипы светодиодной матрицы расположены на подложке по окружности или в периферийной области вокруг фотодиода, так что фотодиод расположен в центре относительно светодиодных чипов с возможностью приема излучения от анализируемого вещества.
В других вариантах реализации анализатора состава жидких и твердых веществ может быть выполнена компоновка светодиодной матрицы и фотодиода, при которой светодиодная матрица и фотодиод установлены на собственные подложки, которые собраны соосно в узел в виде единой головки таким образом, чтобы позволять направлять излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и далее принятия этого излучения, отраженного от анализируемого вещества, фотодиодом. Пример электрической платы для светодиодной матрицы на 24 светодиодных чипа, по 3 чипа на каждую длину волны, показан на фиг. 1 . Светодиодные чипы приклеиваются на токопроводящие площадки, самые близкие к внутреннему диаметру платы (например, которые показаны на чертеже позициями 1 1 , 12 и 13), и соединяются между собой последовательно. При указанной компоновке фотодиод с чувствительной площадкой большой площади (в данном примере его диметр 2 мм) монтируется на отдельной электрической плате, причем диаметр контактной площадки фотодиода должен быть меньше внутреннего диаметра электрической платы для светодиодной матрицы.
При сборке светодиодной матрицы и фотодиода, установленных на собственные подложки, в виде единой рабочей головки электрическая плата 4 с фотодиодом монтируется под электрической платой 3 со светодиодной матрицей, что проиллюстрировано на фиг. 2, изображающей пример такой рабочей головки. Такая конфигурация обеспечивает отсутствие прямого попадания излучения с боковых граней светодиода прямо на фотодиод, что
было возможно в случае расположения фотодиода в одной плоскости со светодиодами. На платы надевается металлическая крышка-отражатель 2 с отполированной внутренней стенкой для фокусировки излучения. Вся головка помещается в общий металлический корпус 5 со стеклом 1 , прозрачным в спектральном диапазоне 1 - 2,5 мкм (сапфир, кварц, BaF2, CaF2). Вместо стекла может быть использована двояковыпуклая линза.
Важно отметить, в некоторых вариантах реализации, в которых светодиодная матрица и фотодиод установлены на единой подложке или установлены на собственные подложки, которые собраны соосно в узел, как указано выше, верхняя поверхность фотодиода, направленная в сторону анализируемого вещества, расположена ниже верхних поверхностей светодиодных чипов, также направленных в сторону анализируемого вещества, Таким образом, излучение от светодиодной матрицы, не прошедшее взаимодействие с анализируемым веществом, не попадает на фотодиод и не влияет на результаты работы анализатора.
Также в некоторых других вариантах реализации анализатора светодиодная матрица и фотодиод установлены на собственные подложки, но эти подложки собраны в узел с их пространственным разделением. В данном случае в указанный узел добавляют линзы для фокусировки излучения, и эти линзы обеспечивают направление излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и направления излучения от анализируемого вещества для его принятия фотодиодом.
Кроме того, возможны варианты реализации, в которых дополнительно имеется опорный фотодиод, установленный рядом со светодиодной матрицей.
Анализатор состава жидких и твердых веществ согласно первому и второму вариантам реализации имеет внешний корпус, форма которого позволяет вставлять анализатор в слот мобильного устройства, например, мобильного телефона, смартфона, коммуникатора, карманного компьютера, мобильного компьютера типа "ноутбук" или "нетбук", или в слот вычислительного устройства, такого как стационарный компьютер.
В других вариантах реализации анализатор состава жидких и твердых веществ может совершать обмен информацией с мобильным устройством или вычислительным устройством любым известным способом, включая в качестве примера универсальную последовательную шину (USB), RS-232, RS-485, WiFi,
Bluetooth или любое другое подходящее соединение. Дополнительно или в качестве альтернативы анализатор состава жидких и твердых веществ может иметь запоминающее устройство (например, энергонезависимое или энергозависимое запоминающее устройство, такое как флэш-память, ОЗУ, магнитный носитель и т.д.) или может быть выполнено с возможностью записи информации на другой машиночитаемый носитель (например, оптические диски и т.д.).
В некоторых вариантах реализации светодиодные чипы светодиодной матрицы могут быть выполнены на основе гетероструктур, раскрытых в патенте ЕА 01830 того же заявителя с названием Тетероструктура на основе твердого раствора GalnAsSb, способ ее изготовления и светодиод на основе этой гетероструктуры". Указанные гетероструктуры имеют подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb и расположенный над подложкой, ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AIGaAsSb и расположенный над активным слоем, контактный слой, содержащий GaSb и расположенный над ограничительным слоем, и буферный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb. Буферный слой первой гетероструктуры представляет собой низколегированный буферный слой р° с составом, близким к GaSb, благодаря которому обратно-включенный p-η переход p°-GalnAsSb/n-GalnAsSb обеспечивает локализацию дырок в активной области вблизи гетерограницы между буферным слоем и активным слоем. Кроме того, выращивание структурно-совершенного с минимальной концентрацией примесей и дефектов слоя p°-GalnAsSb позволяет минимизировать влияние дефектов, прорастающих из подложки в активную область, что приводит к уменьшению глубоких акцепторных уровней и, соответственно, доли безызлучательной рекомбинации Шоккли-Рид-Холла. Кроме того, благодаря тому, что гетероструктуру выращивают с низким уровнем легирования буферного слоя р°, т.е. уровнем, близким к собственной концентрации, получают существенное увеличение квантовой эффективности, причём прямое рабочее напряжение такой гетероструктуры увеличивается незначительно, т.е. не в несколько раз, как это имеет место в структурах тиристорного типа. При этом в процессе выращивания буферного слоя согласно настоящему изобретению не используют свинец в качестве нейтрального растворителя. В некоторых
вариантах реализации буферный слой расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.
В свою очередь, в некоторых вариантах реализации фотодиода выполнен на основе гетероструктуры, технология изготовления которой описана в Евразийском патенте N° 018300 «Гетероструктура на основе твёрдого раствора GalnAsSb, способ её изготовления и светодиод на основе этой гетероструктуры» настоящего заявителя. Указанная гетероструктура содержит последовательно расположенные подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий GalnAsSb, слои электрического и оптического ограничения, содержащие AIGaAsSb, и контактный слой, содержащий GaSb.
При определении химического состава анализируемого вещества с помощью анализатора по любому из указанных вариантов реализации сперва обеспечивают наличие анализируемого вещества, в частности, в приемнике для пробы анализируемого вещества при его наличии или рядом с анализатором, и далее подают импульсы на светодиодные чипы, так что излучение от них взаимодействует с анализируемым веществом (происходит частичное поглощение излучения, интенсивность которого пропорциональна количеству вещества) и направляется в сторону фотодиода, принимающего это излучение и формирующего соответствующие сигналы. Во время подачи импульсов их последовательно подают на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени. В конце сравнивают спектр, полученный на основе сигналов, сформированных фотодиодом, и содержащих информацию о поглощении света на данной длине волны, с по меньшей мере одним известным опорным спектром и определяют химический состав анализируемого вещества, причем указанный по меньшей мере один опорный спектр обычно создают предварительно или в начале работы прибора посредством функционирования устройства без наличия анализируемого вещества при имеющихся атмосферных условиях, но он может быть также создан другим способом или могут быть использованы известные опорные спектры. Кроме того, в некоторых вариантах реализации, дополнительно к определению химического состава анализируемого вещества определяют концентрацию веществ в составе анализируемого вещества.
В некоторых вариантах реализации подача импульсов на светодиодные чипы дополнительно содержит подачу импульсов по меньшей мере на одну
пару светодиодных чипов, максимумы спектров излучения которых характеризуются соседними длинами волн, при этом при подаче импульсов на по меньшей мере одну пару светодиодных чипов импульсы подают одновременно на каждый светодиодный чип указанной пары светодиодных чипов таким образом, что каждый светодиодный чип включают с различной мощностью. Предпочтительно, при подаче импульсов на светодиодные чипы импульсы последовательно подают на более чем одну пару светодиодных чипов со сдвигом во времени.
Таким образом, импульсное питание светодиодов позволяет реализовать плавное сканирование исследуемого диапазона 900-2500 нм, поскольку спектральное излучение светодиодных чипов имеет вид гауссовой кривой. Подавая питание одновременно на два соседних по длине волны светодиода можно получить суммарный спектр с максимумом между максимумами отдельных светодиодов. Если малыми шагами уменьшать ток на первом светодиодном чипе из одной пары и синхронно увеличивать ток на втором, то получается достаточно плавный сдвиг максимума суммарного спектра излучения. Разрешающая способность сканирования определяется количеством светодиодных чипов и шириной их спектров. В качестве примера, в одном из вариантов реализации в первый момент времени подается ток только на первый светодиод, потом 75% тока на первый светодиод и 25% на второй светодиод, далее по 50% на оба светодиода, и затем 25% тока на первый светодиод и 75% на второй светодиод. В конце питается только второй светодиод. И далее процесс повторяется по всем светодиодам соседних длин волн светодиодной матрицы. Зависимость изменения сигнала от длины волны узнают по временной развертке включения разных светодиодов.
В некоторых вариантах реализации при подаче импульсов на светодиодные чипы дополнительно последовательно подают импульсы на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени и синхронным усилением сигнала от каждого чипа, что позволяет задействовать все имеющиеся светодиодные чипы и увеличить точность работы.
Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает
все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.
Claims
1 . Устройство для определения химического состава анализируемого вещества, представляющего собой твердое вещество, жидкое вещество или их смесь, содержащее
оптический блок, содержащий светодиодный излучатель, излучающий в спектральном диапазоне 900-2500 нм, и широкополосный фотодиод, причем светодиодный излучатель расположен с возможностью направления своего излучения на анализируемое вещество для взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом, а широкополосный фотодиод расположен с возможностью приема излучения от светодиодного излучателя после взаимодействия этого излучения с анализируемым веществом,
электронный блок, и
плату предусилителя фотодиода, соединенную с электронным блоком, причем светодиодный излучатель содержит светодиодные чипы, установленные на одной подложке, а
электронный блок выполнен с возможностью управления светодиодными чипами таким образом, что обеспечена возможность смещения максимума суммарного спектра излучения от по меньшей мере одной пары светодиодных чипов.
2. Устройство по п. 1 , в котором светодиодный излучатель содержит по меньшей мере четыре светодиодных чипа.
3. Устройство по п. 1 , в котором светодиодные чипы имеют максимумы спектра излучения на разных длинах волн.
4. Устройство по п. 1 , в котором широкополосный фотодиод характеризуется красной границей 2500 нм
5. Устройство по п. 1 , содержащее корпус, который выполнен с возможностью вставки в слот мобильного устройства.
6. Устройство по п. 1 , которое выполнено с возможностью обмена информацией с мобильным устройством.
7. Устройство по п.1 , дополнительно содержащее приемник для размещения пробы анализируемого вещества, причем светодиодный излучатель и фотодиод расположены с противоположных сторон от приемника для размещения пробы анализируемого вещества.
8. Устройство по п.1 , в котором светодиодный излучатель и фотодиод расположены с одной стороны от анализируемого вещества.
9. Устройство по п.8, в котором светодиодный излучатель и фотодиод уставлены на одной подложке таким образом, что светодиодные чипы установлены на подложке по окружности вокруг фотодиода.
10. Устройство п. 8, в котором светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны соосно в узел, обеспечивая возможность направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия указанного излучения фотодиодом.
1 1 . Устройство любому из пп. 8-10, в котором верхняя поверхность фотодиода расположена ниже верхних поверхностей светодиодных чипов.
12. Устройство п. 8, в котором светодиодный излучатель и фотодиод установлены на собственные подложки, причем указанные подложки собраны в узел с их пространственным разделением, а указанное устройство дополнительно содержит по меньшей мере две линзы, выполненные с возможностью направления излучения от светодиодных чипов на анализируемое вещество и принятия указанного излучения фотодиодом.
13. Устройство по любому из пп. 7, 10 или 12, дополнительно содержащее опорный фотодиод, установленный рядом со светодиодным излучателем.
14. Устройство по любому из пп. 1 -13, в котором светодиодные чипы выполнены на основе гетероструктур, которые имеют подложку, содержащую GaSb, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор AIGaAsSb, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий GaSb, и буферный слой, содержащий твердый раствор GalnAsSb.
15. Устройство по п.14, в котором буферный слой гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.
16. Устройство по любому из пп. 1 -15, в котором фотодиод выполнен на основе гетероструктуры, содержащей последовательно расположенные подложку, содержащую GaSb, активный слой, содержащий GalnAsSb, слои электрического и оптического ограничения, содержащие AIGaAsSb, и контактный слой, содержащий GaSb.
17. Способ определения химического состава анализируемого вещества с помощью устройства по любому из пп. 1 -16, в котором
обеспечивают наличие анализируемого вещества,
подают импульсы на светодиодные чипы, причем подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на отдельные светодиодные чипы со сдвигом во времени, и
определяют химический состав анализируемого вещества посредством сравнения спектра, полученного на основе сигналов, сформированных фотодиодом, с по меньшей мере одним известным опорным спектром.
18. Способ по п. 17, в котором предварительно создают по меньшей мере один опорный спектр посредством функционирования устройства без наличия анализируемого вещества при имеющихся атмосферных условиях.
19. Способ по п. 17, в котором дополнительно определяют концентрацию веществ в составе анализируемого вещества.
20. Способ по п. 17, в котором подача импульсов на светодиодные чипы дополнительно содержит подачу импульсов по меньшей мере на одну пару светодиодных чипов, максимумы спектров излучения которых характеризуются соседними длинами волн, при этом при подаче импульсов на по меньшей мере одну пару светодиодных чипов импульсы подают одновременно на каждый светодиодный чип указанной пары светодиодных чипов таким образом, что каждый светодиодный чип включают с различной мощностью.
21 . Способ по п. 20, в котором подача импульсов содержит последовательную подачу импульсов на более чем одну пару светодиодных чипов со сдвигом во времени.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2015/000899 WO2017105273A1 (ru) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | Анализатор состава жидких и твердых веществ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2015/000899 WO2017105273A1 (ru) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | Анализатор состава жидких и твердых веществ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2017105273A1 true WO2017105273A1 (ru) | 2017-06-22 |
Family
ID=59057104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2015/000899 WO2017105273A1 (ru) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | Анализатор состава жидких и твердых веществ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2017105273A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019039955A1 (ru) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Рабочая головка светодиодного миниспектрометра |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4550254A (en) * | 1984-01-16 | 1985-10-29 | Xerox Corporation | Low cost infrared reflectance densitometer signal processor chip |
| RU2487337C2 (ru) * | 2009-03-30 | 2013-07-10 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Способ контроля вещества в атмосфере и устройство для его осуществления |
| US20140072189A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-13 | Sidhant Jena | Portable medical diagnostic systems and methods using a mobile device |
-
2015
- 2015-12-18 WO PCT/RU2015/000899 patent/WO2017105273A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4550254A (en) * | 1984-01-16 | 1985-10-29 | Xerox Corporation | Low cost infrared reflectance densitometer signal processor chip |
| RU2487337C2 (ru) * | 2009-03-30 | 2013-07-10 | 3М Инновейтив Пропертиз Компани | Способ контроля вещества в атмосфере и устройство для его осуществления |
| US20140072189A1 (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-13 | Sidhant Jena | Portable medical diagnostic systems and methods using a mobile device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| KALININA K.V. ET AL.: "Portativnyi opticheskii analizator soderzhaniia vody v nefti na osnove optopary «svetodiodnaia matritsa-shirokopolosnyi fotodiod» srednego IK diapazona (1.6-2.4 µm).", ZHURNAL TEKHNICHESKOI FIZIKI, vol. 80, no. Edition 2, 2010, pages 99 - 104 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019039955A1 (ru) * | 2017-08-25 | 2019-02-28 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микросенсор Технолоджи" | Рабочая головка светодиодного миниспектрометра |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11112365B2 (en) | Increasing the usable dynamic range in photometry | |
| US7248361B2 (en) | Fluorescence reader based on anti-resonant waveguide excitation | |
| JP4057607B2 (ja) | 多チャンネル多重カラー測定のための光検出装置及びそれを採用した多チャンネル試料分析器 | |
| KR102323208B1 (ko) | 수직 적층 구조를 갖는 분광기 및 이를 포함하는 비침습형 생체 센서 | |
| US20090279093A1 (en) | Integrated biosensing device having photo detector | |
| Yang et al. | A facile light-emitting-diode induced fluorescence detector coupled to an integrated microfluidic device for microchip electrophoresis | |
| CN1357104A (zh) | 用于高通量荧光探测的新型扫描光谱仪 | |
| JP6286183B2 (ja) | 分析装置 | |
| US7843568B2 (en) | Enhanced instrumentation and method for optical measurement of samples | |
| US10475953B2 (en) | Optical analyzer and method for producing the same | |
| JP4188351B2 (ja) | 多チャネル試料分析用の光学系及びこれを採用した多チャネル試料分析器 | |
| KR102067972B1 (ko) | 광루미네선스와 산란광의 동시 검출이 가능한 발광다이오드 검사장비 | |
| WO2017105273A1 (ru) | Анализатор состава жидких и твердых веществ | |
| Yoshita et al. | Light-emitting-diode Lambertian light sources as low-radiant-flux standards applicable to quantitative luminescence-intensity imaging | |
| JP2015533419A (ja) | 光学測定装置および光学測定方法 | |
| KR101801032B1 (ko) | 중심파장 추적 광루미네선스 강도 매핑장치 | |
| EA030530B1 (ru) | Анализатор состава жидких и твердых веществ | |
| CN206648953U (zh) | 一种荧光检测分析装置 | |
| CN110849858A (zh) | 溶解氧敏感膜光感装置及荧光效率检测系统 | |
| CN111682042B (zh) | 一种窄带光源阵列及光学检测设备 | |
| RU178439U1 (ru) | Рабочая головка светодиодного мини-спектрометра | |
| Moe et al. | Enhanced fluorescence emission using a programmable, reconfigurable LED-array based light source | |
| UA89533U (en) | Fluorimeter | |
| Kuusisto et al. | Time-Domain Measurements | |
| CN117664937A (zh) | 一种角激发荧光检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15910855 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15910855 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |