ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР Российский патент 1995 года по МПК G01N21/78 

Изобретение относится к аналитическим приборам, используемым для измерения концентрации вредных веществ в воздухе, основано на измерении изменения оптических свойств индикаторного элемента под воздействием контролируемого воздуха и может быть использовано в различных областях техники.

Известен фотоколориметрический газоанализатор, содержащий источник излучения, индикаторный элемент и фотоприемник [1] Недостатком известного газоанализатора является низкая точность измерений вследствие, в частности, нестабильности излучения источника света.

Наиболее близким к изобретению является фотоколориметрический газоанализатор, содержащий два источника излучения (два светоизлучающих диода с различными длинами волн), индикаторный элемент и фотоприемник, соединенный с регистрирующим устройством [2] Наличие двух светодиодов позволяет повысить точность измерений, однако она остается достаточно низкой. Это обусловлено нестабильностью интенсивности излучения светодиодов, что является следствием нескольких факторов: нестабильности тока питания светодиодов, наличием зависимости квантового выхода и спектра излучения светодиодов от температуры, временной деградацией светодиодов при работе, например, в запыленном воздухе.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков, что в итоге приводит к повышению точности измерений.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фотоколориметрическом газоанализаторе светодиоды установлены так, что угол между их оптическими осями лежит в пределах от 10 до 45^о, между светоизлучающими диодами и индикаторным элементом симметрично относительно оптических осей светодиодов под углом от 0 до 30^о к плоскости размещения индикаторного элемента расположено тонкое плоское стекло, на поверхность которого, обращенную к светодиодам, нанесено полупрозрачное светоотражающее покрытие, основной фотоприемник выполнен в виде планарного фотодиода и расположен на тонком плоском стекле вне направления распространения излучения светодиодов, в оптической тени основного фотоприемника от света, отраженного от индикаторного элемента в направлении распространения излучения, отраженного от полупрозрачного светоотражающего покрытия и поверхности тонкого плоского стекла, расположен дополнительный фотоприемник, идентичный первому, причем в пределах апертуры дополнительного фотоприемника на направлении распространения излучения, отраженного от индикаторного элемента, расположена оптическая ловушка, а выход дополнительного фотоприемника электрически соединен со входами светодиодов через усилитель отрицательной обратной связи.

На фиг.1 и 2 представлены варианты выполнения газоанализатора.

Газоанализатор содержит светодиоды 1 2, индикаторный элемент 3, основной фотоприемник 4, тонкое плоское стекло 5, дополнительный фотоприемник 6, регистрирующее устройство 7, усилитель 8 обратной связи, полупрозрачное светоотражающее покрытие 9, оптическую ловушку 10, выполненную, например, в виде черного экрана или черного конуса.

Устройство работает следующим образом.

Индикаторный элемент (например, ленту) обдувают исследуемым воздухом и в момент начала обдува поочередно включают светодиоды 1 и 2, излучающие различные длины волн. Излучение светодиодов проходит через тонкое плоское стекло 5 и, отразившись от индикаторного элемента 3, попадает на основной фотоприемник 4. Свет, отраженный от тонкого плоского стекла 5 и полупрозрачного светоотражающего покрытия 9, попадает на дополнительный фотоприемник 6. Излучение, отраженное от индикаторного элемента 3 и рассеянное на элементах конструкции, поглощается в оптической ловушке 10, которая выполняется в виде конуса, экрана и т.п. с зачерненной поверхностью. Сигнал от дополнительного фотодиода 6 через усилитель 8 обратной связи поочередно подается на светодиоды 1, 2. По существу, сигнал от дополнительного фотоприемника 6 "отслеживает" колебания интенсивности излучения светодиодов 1, 2. Поскольку основной и дополнительный фотоприемники идентичны, при изменении параметров излучения светодиодов фототок основного фотодиода остается неизменным. Он не зависит от изменения квантового выхода и спектра излучения светодиодов при изменении температуры, не зависит от временной деградации светодиодов, от пыли, осаждающейся на светодиодах. Сигнал основного фотодиода зависит только от параметров индикаторного элемента, что приводит к повышению точности измерений.

Использование: в аналитической технике, в частности в фотоколориметрическом газоанализаторе для измерения концентрации вредных веществ в воздухе. Сущность изобретения: газоанализатор содержит индикаторный элемент, два светоизлучающих диода, основной и дополнительный фотоприемники, выполненные в виде планарных фотодиодов, регистрирующее устройство. Также в газоанализаторе содержится тонкое плоское стекло со светоотражающим покрытием и оптическая ловушка. Дополнительный фотодиод через усилитель отрицательной обратной связи подключен ко входам светодиодов. Такое подключение позволяет осуществить управление интенсивностью их излучения, которая может меняться в зависимости от изменения различных внешних факторов. При этом сигнал от основного фотодиода будет определяться только изменением параметров индикаторного элемента, что повышает точность газоанализатора. 2 ил.

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий индикаторный элемент, с одной стороны которого установлены два светоизлучающих диода, оптические оси которых расположены в одной плоскости под одинаковыми углами к плоскости размещения индикаторного элемента, и основной фотоприемник, выход которого соединен с регистрирующим устройством, отличающийся тем, что светодиоды расположены так, что угол между оптическими осями светодиодов составляет 10-45^o, между светодиодами и индикаторным элементом симметрично относительно оптических осей светодиодов под углом 0-30^o к плоскости размещения индикаторного элемента установлено плоское тонкое стекло, на поверхность которого, обращенную к светодиодам, нанесено полупрозрачное светоотражающее покрытие, основной фотоприемник выполнен в виде планарного фотодиода, расположенного на тонком плоском стекле со стороны светодиодов вне направления распространения их излучения, в оптической тени основного фотоприемника от излучения светодиодов, отраженного от индикаторного элемента, на направлении распространения излучения светодиодов, отраженного от полупрозрачного светоотражающего покрытия и от поверхности тонкого плоского стекла, расположен дополнительный фотоприемник, идентичный основному, при этом на направлении распространения излучения, отраженного от индикаторного элемента в пределах апертуры дополнительного фотоприемника, размещена оптическая ловушка, а выход дополнительно фотоприемника электрически соединен с входами светодиодов через усилитель отрицательной обратной связи.