СИСТЕМА СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА ДЛИНЫ ВОЛНЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОБРАБОТАННОЙ ЛЕНТЫ Российский патент 2014 года по МПК G01N31/22 G01N21/25 

Настоящее изобретение относится в целом к обнаружению газа. Более точно, настоящее изобретение относится к обнаружению газов множества типов с использованием источника регулируемого цвета и анализа волнового спектра.

Предпосылки создания изобретения

Из техники известны детекторы присутствия газа с использованием обработанной ленты для измерения содержания газов. Например, некоторые детекторы присутствия газа с использованием обработанной ленты способны обнаруживать низкую концентрацию газа, который вступает в контакт с лентой.

В известных детекторах присутствия газа обработанная лента может содержать химически обработанную бумагу, которая реагирует на искомый поток газа, поступающий, например, из системы отбора проб внутри детектора присутствия газа. Обработанная лента способна реагировать на поток газа, изменяя цвет в месте, в котором искомый газ контактирует с лентой.

Искомый газ различных типов способен вызывать образование различных цветовых пятен на ленте. Аналогичным образом, различные концентрации искомого газа способны изменять цветовые пятна на ленте. Например, при более высокой концентрации искомого газа образуется более насыщенное цветовое пятно.

Известные детекторы присутствия газа с использованием обработанной ленты для измерения концентрации газов имеют встроенный СИД. СИД может иметь градуированную интенсивность и способен действовать как источник света, направленный на ленту. Свет, отражающийся от ленты, и любые цветовые пятна на ней могут регистрироваться фотодиодом. Так, может измеряться насыщенность пятна, и определяться концентрация искомого газа.

В некоторых известных детекторах присутствия газа с использованием обработанной ленты применяются только одночастотные СИД. Детекторы присутствия газа с одночастотным СИД обладают высокой чувствительностью к пятнам одного цвета, вызываемым газом одного конкретного типа. Иными словами, детекторы присутствия газа с одночастотным СИД обладают высокой чувствительностью, позволяющей обнаруживать газ одного типа, поскольку длина волны СИД калибруется в расчете на конкретный цвет, в который окрашивается лента под действием газа одного конкретного типа. Тем не менее, эти детекторы присутствия газа с одночастотным СИД обладают пониженной и(или) минимальной чувствительностью к цветовым пятнам, образующимся под действием газа других типов. Так, детекторы присутствия газа с одночастотным СИД обладают слабой чувствительностью для обнаружения газа множества типов.

Таким образом, сохраняется постоянная потребность в детекторах присутствия газа для обнаружения газов множества типов. В этих детекторах присутствия газа предпочтительно используется источник регулируемого цвета и анализ волнового спектра.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана блок-схема системы согласно настоящему изобретению, и на фиг.2 показана блок-схема способа согласно настоящему изобретению.

Подробное описание

Хотя настоящее изобретение может быть воплощено во множестве различных форм, на чертежах проиллюстрированы и далее подробно описаны конкретные варианты его осуществления, при этом подразумевается, что приведенное описание следует рассматривать как пояснение на примере принципов изобретения. Оно не имеет целью ограничить изобретение конкретными проиллюстрированными вариантами осуществления.

В вариантах осуществления настоящего изобретения предложены детекторы присутствия газа для обнаружения газов множества типов с использованием источника регулируемого цвета и анализа волнового спектра. В вариантах осуществления настоящего изобретения могут регулироваться длина волны и интенсивность источника регулируемого цвета, и свет от источника регулируемого цвета может направляться на обработанную ленту. С помощью фотодиода может регистрироваться отражение от обработанной ленты, и с помощью микропроцессора могут анализироваться результаты показаний фотодиода с целью определения типа и концентрации газа, который воздействовал на ленту.

Например, источник регулируемого цвета согласно настоящему изобретению может содержать СИД с RGB (красный-зеленый-синий) цветом свечения. Источник регулируемого цвета согласно настоящему изобретению также может содержать отдельные красный СИД, зеленый СИД и синий СИД.

Источник регулируемого цвета может управляться микропроцессором, который корректирует суммарное излучение, испускаемое источником, в соответствии с волной искомой длины. Например, интенсивность каждого из элементов источника, включающих элементы красного, зеленого и синего свечения, может регулироваться с целью достижения суммарного излучения на волне искомой длины. В вариантах осуществления настоящего изобретения микропроцессор может управлять источником с целью обеспечения отдельного или одновременного излучения каждой из множества волн искомых длин в спектре.

В вариантах осуществления настоящего изобретения длина волны излучения источника может регулироваться в соответствии с волнами искомых длин на всем протяжении спектра, например, излучения в видимой части спектра. В некоторых вариантах осуществления микропроцессор может регулировать длину волны источника регулируемого цвета от приблизительно 450 нм до приблизительно 650 нм. После того как длина волны излучения источника отрегулирована в соответствии с каждой из волн искомых длин на всем протяжении желаемого спектра цветов, источник формирует цветную сканограмму.

В соответствии с настоящим изобретением излучение источника регулируемого цвета способно действовать как источник света и может направляться на обработанную ленту. С помощью фотодиода может регистрироваться отражение от обработанной ленты и любое пятно на ней. В некоторых вариантах осуществления с помощью фотодиода может измеряться длина волны и интенсивность отраженного излучения.

Фотодиод способен измерять отраженное излучение при регулировании длины волны источника на всем протяжении спектра. Так, фотодиод способен осуществлять множество измерений, соответствующих множеству длин волн излучения источника на всем протяжении спектра.

После того как микропроцессор принимает показания фотодиода, он может осуществлять анализ сканированного спектра с целью определения цвета пятна на ленте, а также интенсивности цветового пятна. Исходя из результатов этого анализа, микропроцессор может определять тип газа, воздействию которого подверглась обработанная лента. В некоторых вариантах осуществления микропроцессор также может определять концентрация газа, воздействию которого подверглась лента. Соответственно, предложенные в настоящем изобретении системы и способы позволяют обнаруживать присутствие газов различных типов без потери чувствительности к газу любого конкретного типа.

Для определения типа газа, воздействию которого подверглась обработанная лента, в предложенных в настоящем изобретении системах и способах может устанавливаться длина волны в спектре, на которой источник имеет наибольшую чувствительность к ленте и любому цветовому пятну на ней. В некоторых вариантах осуществления концентрация газа, воздействию которого подверглась лента, также может определяться путем установления длины волны, на которой источник имеет наибольшую чувствительность.

Для установления длины волны, на которой источник имеет наибольшую чувствительность, в системах и способах согласно настоящему изобретению может осуществляться анализ результатов измерений, поступающих от фотодиода. Например, в некоторых вариантах осуществления систем и способов согласно настоящему изобретению может осуществляться быстрое преобразование Фурье (БПФ) показаний фотодиода в частотной области. Результат БПФ может указывать на длину волны, на которой источник является наиболее чувствительным к цветовому пятну, возникшему под действием газа.

После того как установлена длина волны, обеспечивающая наибольшую чувствительность, в предложенных в настоящем изобретении системах и способах может определяться соответствующий цвет и интенсивность пятна на обработанной ленте. Затем в предложенных в настоящем изобретении системах и способах может определяться тип и концентрация газа, воздействию которого подверглась лента. Например, в предложенных в настоящем изобретении системах и способах может использоваться таблица перекрестных ссылок, чтобы, исходя из установленной длины волны, определять соответствующий цвет и интенсивность пятна, а также соответствующий тип и концентрацию газа, вызвавшего образование пятна.

В вариантах осуществления, в которых источник регулируемого цвета содержит СИД RGB свечения, длина волны света СИД RGB свечения может регулироваться путем управления длиной волны каждого из элементов красного, зеленого и синего свечения. Например, может регулироваться протекание тока через каждый из переходов элементов красного, зеленого и синего свечения с целью изменения интенсивности каждого элемента. При рассеянии волн, излучаемых тремя переходами, может изменяться суммарное излучение СИД RGB свечения.

В системах и способах согласно настоящему изобретению может проверяться, соответствует ли фактическое излучение источника регулируемого цвета искомому излучению источника. Иными словами, в системах и способах может проверяться, соответствует ли фактическая длина волны и интенсивность излучения, испускаемого источником, искомой длине волны и интенсивности излучения. Например, в некоторых вариантах осуществления искомая длина волны излучения может сравниваться с током возбуждения в СИД с использованием оптического параметра, хранящегося в микропроцессоре. В некоторых вариантах осуществления с помощью датчика для определения цвета объекта может измеряться фактическое оптическое излучение источником красного, зеленого и синего света, и может вычисляться сочетание длины волны и интенсивность излучения источника.

В некоторых вариантах осуществления фактическое излучение источника может проверяться путем измерения тока и спада напряжения для каждого из каждого из элементов красного, зеленого и синего свечения. Затем может измеряться излучение, фактически испускаемое источником, и может измеряться длина волны и интенсивность фактического излучения источника.

Когда фактическое излучение не соответствует искомому излучению, в системах и способах согласно настоящему изобретению может регулироваться интенсивность каждого из элементов красного, зеленого и синего свечения. Например, в системах и способах согласно настоящему изобретению может ослабляться излучение любого из элементов красного, зеленого и синего свечения, чтобы ослабить излучение источника.

В некоторых вариантах осуществления может уменьшаться допуск на оптические характеристики источника. Например, в источнике может измеряться температура, и микропроцессор может компенсировать уход параметров оптического излучения под влиянием температуры.

В некоторых вариантах осуществления в предложенных в настоящем изобретении системах и способах вместо источника регулируемого цвета может использоваться источник излучения белого цвета. В этих вариантах осуществления может применяться средство обнаружения регулируемого цвета, например цветовой фильтр или камера.

На фиг.1 проиллюстрирована блок-схема системы 100 согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.1, в систему 100 могут входить микропроцессор ПО, источник 120 регулируемого цвета, датчик 130 для определения цвета объекта, обработанная лента 140 и фотодиод 150. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения источник 120 регулируемого цвета может содержать СИД RGB свечения. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения любое или некоторое из следующего: микропроцессор ПО, источник 120 регулируемого цвета, датчик 130 для определения цвета объекта, обработанная лента 140 и фотодиод 150 может помещаться в корпусе 160.

Микропроцессор ПО может содержать выполняемое программное обеспечение 112 системы управления, хранящееся на нетранзитивном машиночитаемом носителе, известном специалистам в данной области техники. Микропроцессор 110 также может содержать память 114. В некоторых вариантах осуществления памятью 114 может являться внутренняя база данных, а в некоторых вариантах осуществления памятью 114 может являться внешняя база данных, доступ к которой способен осуществлять микропроцессор ПО.

Микропроцессор 110 может управлять источником 120 регулируемого цвета с целью регулирования длины волны источника 120 на всем протяжении спектра. Иными словами, микропроцессор ПО может управлять источником 120 таким образом, чтобы источник испускал излучение на волнах множества искомых длин в пределах спектра. В некоторых вариантах осуществления микропроцессор ПО может регулировать длину волны источника 120 в пределах видимой части спектра. В некоторых вариантах осуществления микропроцессор 110 может последовательно или одновременно испускать излучение на волнах различных длин.

Датчик 130 для определения цвета объекта может принимать и измерять излучение, испускаемое источником 120. Затем датчик 130 для определения цвета объекта может передавать результаты измерений излучения микропроцессору 110, который может определять, соответствует ли длина волны излучения, фактически испускаемого источником 120, искомой длине волны источника. Если искомая длина волны и фактическая длина волны излучения не соответствуют друг другу, микропроцессор может корректировать источник 120 до достижения соответствия.

Обработанная лента 140 может подвергаться воздействию газа. Например, обработанная лента 140 может подвергаться воздействию окружающего воздуха, или обработанная лента может подвергаться воздействию потока воздуха, создаваемого вытяжной системой. Подразумевается, что настоящее изобретение не ограничено способом, в котором лента 140 подвергается воздействию воздуха или газа.

Когда обработанная лента 140 подвергается воздействию воздуха, содержащиеся в нем газы могут вызывать появление пятна на ленте 140. Различные газы могут вызывать появление различных цветовых пятен, и различные концентрации газа вызывать появление пятен с различными уровнями интенсивности.

Излучение, испускаемое источником, может быть направлено на обработанную ленту 140, а фотодиод 150 может измерять отраженное лентой 140 излучение. Фотодиод 150 также может измерять излучение, отраженное любыми цветовыми пятнами на ленте 140. Так, фотодиод 150 может измерять любое излучение, отраженное лентой 140, и обнаруживать любые цветовые пятна на ленте 140 независимо от их цвета или интенсивности.

Результаты измерений, полученные фотодиодом 150, могут передаваться микропроцессору 110, который может анализировать эти результаты с целью определения типа и концентрации газа, воздействию которого подверглась лента 140.

На фиг.2 показана блок-схема способа 200 согласно настоящему изобретению. В вариантах осуществления настоящего изобретения способ 200 может выполнять микропроцессор, например микропроцессор ПО, показанный на фиг.1.

Способ 200 позволяет определять на шаге 210, сформирована ли цветная сканограмма. В соответствии с настоящим изобретением цветная сканограмма формируется, когда источник испускал излучение на каждой из волн искомых длин в пределах спектра.

Если цветная сканограмма не сформирована, на шаге 215 может быть выбрана следующая длина волны и интенсивность искомого цвета излучения. Затем на шаге 220 может быть скорректирована интенсивность элемента R/G/B (красного/зеленого/синего) свечения с целью корректировки длины волны источника излучения до искомой длины волны и интенсивности. После этих корректировок элемента R/G/B свечения на шаге 225 может измеряться ток и напряжение. На шаге 230 может регистрироваться интенсивность R/G/B свечения, а на шаге 235 может вычисляться фактическая длина волны и интенсивность цвета излучения.

На шаге 240 способа 200 может определяться, соответствует ли цвет излучения искомому цвету 240. Если это не так, на шаге 220 способа может снова корректироваться интенсивность элемента R/G/B свечения, на шаге 225 может снова измеряться ток и напряжение элемента R/G/B свечения, на шаге 230 может снова регистрироваться интенсивность R/G/B свечения, и на шаге 235 снова вычисляется фактическая длина волны и интенсивность цвета излучения.

Если на шаге 240 установлено, что цвет излучения соответствует искомому цвету, на шаге 245 измеряют излучение фотодиодом. Затем на шаге 210 способа 200 может снова определяться, сформирована ли цветная сканограмма.

Если на шаге 210 установлено, что цветная сканограмма сформирована, на шаге 250 способа 200 может осуществляться анализ данных. На шаге 255 может определяться наиболее чувствительная длина волны, а на шаге 260 может определяться цвет пятна на обработанной ленте. Наконец, на шаге 265 может определяться тип и концентрация газа.

Хотя выше было подробно описано несколько вариантов осуществления, возможны другие их разновидности. Например, в блок-схемах, представленных на чертежах, для достижения желаемых результатов необязательна конкретная показанная очередность или последовательность шагов. Могут быть предусмотрены другие шаги, или из описанных блок-схем могут быть исключены шаги, а в описанные системы могут быть добавлены другие компоненты или из них могут быть исключены компоненты. Возможны другие варианты осуществления, не выходящие за пределы объема следующей далее формулы изобретения.

Из вышесказанного следует, что могут быть предложены многочисленные разновидности и модификации, не выходящие за пределы существа объема изобретения.

Подразумевается, что изобретение не ограничено конкретной проиллюстрированной в нем системой или способом. Разумеется, что все такие модификации, охраняются прилагаемой формулой изобретения, если они входят в пределы объема и существа формулы изобретения.

Изобретение относится к области обнаружения газов и касается системы спектрального анализа для определения газов с использованием обработанной ленты. Система включает в себя обработанную ленту, источник регулируемого цвета, фотодиод, датчик для определения цвета и микропроцессор. Источник регулируемого цвета испускает излучение в направлении обработанной ленты на множестве различных длин волн. Фотодиод измеряет излучение, отраженное от обработанной ленты. Микропроцессор анализирует результаты измерений и, исходя из определенного цвета и интенсивности цветового пятна, определяет тип и концентрацию газа, воздействию которого подверглась обработанная лента. Кроме того, микропроцессор с помощью датчика для определения цвета контролирует длину волны излучения источника регулируемого цвета и при необходимости корректирует излучение источника цвета. Технический результат заключается в увеличении чувствительности и обеспечении возможности обнаружения газов различных типов. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система спектрального анализа длины волны для определения газов с использованием обработанной ленты, содержащая:
источник регулируемого цвета, испускающий первое излучение в направлении обработанной ленты, при этом управление источником для испускания излучения на каждой из множества искомых длин волн в пределах спектра осуществляется микропроцессором;
датчик для определения цвета объекта, принимающий излучение, испускаемое источником регулируемого цвета;
фотодиод, измеряющий второе излучение, отраженное от обработанной ленты;
микропроцессор, анализирующий результаты измерений, поступающие от фотодиода, с целью определения максимальной длины волны из множества искомых длин волн, и определяющий цвет и интенсивность цветового пятна на обработанной ленте, исходя из максимальной длины волны; и
в которой до измерения второго излучения микропроцессор сравнивает длину волны излучения, принимаемого датчиком для определения цвета объекта, с искомой длиной волны источника, и, если они не совпадают, микропроцессор корректирует источник.

2. Система по п.1, в которой обработанная лента содержит химически обработанную бумагу.

3. Система по п.1, в которой источник регулируемого цвета содержит СИД RGB свечения.

4. Система по п.1, в которой источник регулируемого цвета содержит красный СИД, зеленый СИД и синий СИД.

5. Система по п.1, в которой источник регулируемого цвета содержит источник белого цвета.

6. Система по п.1, в которой микропроцессор управляет источником регулируемого цвета таким образом, чтобы он испускал излучение на каждой из множества различных длин волн.

7. Система по п.1, в которой спектр содержит видимую часть спектра излучения.

8. Система по п.1, в которой фотодиод реагирует на длину волны и интенсивность второго излучения.

9. Система по п.1, в которой фотодиод измеряет второе излучение, когда источник начинает излучение на другой волне искомой длины из множества волн искомых длин.

10. Система по п.1, в которой процессор осуществляет быстрое преобразование Фурье с результатами измерений, поступающих от фотодиода, с целью определения максимальной длины волны.

11. Система по п.10, в которой максимальная длина волны соответствует длине волны из множества волн различных искомых длин, которая является наиболее чувствительной к пятнам на обработанной ленте.

12. Система по п.1, в которой процессор определяет тип газа, воздействию которого подверглась обработанная лента, исходя из определенного цвета цветового пятна.

13. Система по п.12, в которой микропроцессор определяет концентрацию газа, воздействию которого подверглась обработанная лента, исходя из определенной интенсивности цветового пятна.