ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ ДЛЯ ПРИБОРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕТОДОМ СПЕКТРОМЕТРИИ Российский патент 2018 года по МПК G01N21/03 

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Предметом изобретения является измерительная емкость для прибора для измерения методом спектрометрии. Предметом изобретения также является прибор для измерения методом спектрометрии, в который встроена такая емкость. Еще одним предметом изобретения является этилометр для обнаружения или измерения доли парциального газа в выдыхаемой текучей среде, в который встроена данная измерительная емкость. Кроме того, предметом изобретения является способ производства измерительной емкости, предназначенной для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии. И, наконец, предметом изобретения является способ создания электромагнитного барьера в измерительной емкости.

Изобретение относится к области технического применения составных элементов приборов для измерения методом спектрометрии, а точнее составных элементов измерительных емкостей. Изобретение также относится к технической области портативных электронных устройств, например этилометров, служащих для обнаружения или измерения доли парциального газа в выдыхаемой текучей среде.

Уровень техники

На основании патентного документа FR 2941530 (SERES ENVIRONNEMENT), далее «документ компании SERES», известен этилометр, включающий в себя устройство для передачи инфракрасного излучения, приемник инфракрасного излучения и измерительную емкость, в которой циркулирует выдыхаемая текучая среда для обнаружения или измерения доли парциального газа. Измерительная емкость выполнена в виде металлической полой трубки, внутренняя поверхность которой снабжена отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой.

В приборах такого типа металлическая трубка выполняет роль электромагнитного барьера, который уменьшает в измерительной емкости возможные воздействия внешних электромагнитных полей (электрические помехи, радиочастоты, электромагнитные волны и т.д.).

На практике металлическая трубка, представленная в документе компании SERES, относительно тяжелая. Кроме того, для создания отражающего оптического слоя необходима специальная обработка внутренней поверхности трубки. Как правило, эта обработка представляет собой трудновыполнимую и в любом случае дорогостоящую операцию.

Помимо этого, на основании патентного документа EP 1306661 (AGILENT TECHNOLOGIES) известна измерительная емкость, которая включает в себя полую трубку, сходную с трубкой из документа компании SERES и связанную с аналогичными недостатками.

Изобретение направлено на преодоление сложившейся ситуации. В частности, цель изобретения заключается в предложении альтернативного решения для снижения воздействия внешних электромагнитных полей на внутреннюю часть измерительной емкости. Данное решение должно обеспечить уменьшение массы емкости, снижение затрат и упрощение процесса производства по сравнению с решением, представленным в документе компании SERES, при этом оптические характеристики сохраняются.

Еще одной целью изобретения является предложение измерительной емкости, адаптируемой к любым приборам для измерения методом спектрометрии.

Сущность изобретения

Решение, предложенное в рамках изобретения, представляет собой измерительную емкость, предназначенную для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии. Она выполнена в виде полой трубки, снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой. Данная емкость примечательна тем, что

полая трубка выполнена из неметаллического материала;

мягкий съемный оптический элемент наложен на внутреннюю поверхность полой трубки, при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору, сторона упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом. Вышеуказанный элемент вставлен в вышеуказанную трубку таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой.

Теперь роль электромагнитного барьера выполняет именно отражающий металлический материал мягкого оптического элемента, а не трубка. Таким образом, трубка может быть выполнена из легкого и дешевого неметаллического материала, при этом не требуется особой обработки внутренней поверхности, в отличие от трубки, описанной в документе компании SERES. Кроме того, измерительная емкость имеет простую конструкцию, поскольку оптический элемент можно легко и быстро вставить в полую трубку.

Ниже перечислены другие преимущественные характеристики измерительной емкости, которая является предметом изобретения, при этом каждая из этих характеристик может рассматриваться в отдельности или в сочетании с указанными выше отличительными характеристиками.

Полая трубка предпочтительно имеет длину, меньшую или равную 100 мм, а оптический элемент имеет длину, соответствующую длине вышеуказанной трубки.

На внутренней поверхности полой трубки предпочтительно имеются рельефные элементы, при этом оптический элемент соприкасается с внутренней поверхностью вышеуказанной трубки только на уровне рельефных элементов.

Мягкая гибкая опора предпочтительно выполнена из материала, выбранного из следующей группы: полиимид, полиэпоксид, полиэфир, эпоксидная смола, усиленная стекловолокном, алюминиевая подложка.

Мягкая гибкая опора может иметь толщину 1–250 мкм.

Отражающий материал, образующий отражающий оптический слой, выбран предпочтительно из следующей группы: золото, кобальт, серебро, никель, медь, алюминий, хром, цинк.

Слой может быть расположен между отражающим металлическим материалом и стороной мягкой гибкой опоры, при этом материал для покрытия может быть выбран из следующей группы: медь, алюминий, серебро, полиэтилен.

Другой аспект изобретения относится к прибору для измерения методом спектрометрии, который включает в себя измерительную емкость, предназначенную для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, емкость выполнена в виде полой трубки, снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой. При этом вышеуказанная емкость соответствует одной из предыдущих характеристик.

Еще один аспект изобретения относится к этилометру для измерения доли парциального газа в выдыхаемой текучей среде, при этом вышеуказанный этилометр включает в себя устройство для передачи инфракрасного излучения, приемник инфракрасного излучения и измерительную емкость, в которой циркулирует выдыхаемая текучая среда, измерительная емкость выполнена в виде полой трубки, снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой. Данный этилометр примечателен тем, что

полая трубка выполнена из неметаллического материала;

мягкий съемный оптический элемент наложен на внутренней поверхности полой трубки, при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору, сторона упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом, вышеуказанный элемент размещен в трубке таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой.

Дополнительный аспект изобретения относится к способу производства измерительной емкости, предназначенной для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, емкость выполнена в виде полой трубки, снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой. Данный способ состоит в том, что

i) выполняют полую трубку из неметаллического материала;

ii) наносят на внутреннюю поверхность полой трубки: съемный мягкий оптический элемент, при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору, сторона упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом, вышеуказанный элемент размещен в трубке таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой. Данный этап может состоять в том, что сворачивают или складывают оптический элемент; вставляют свернутый или сложенный оптический элемент в полую трубку таким образом, что отражающий металлический материал вышеуказанного элемента образует отражающий оптический слой.

Добавочный аспект изобретения относится к способу создания электромагнитного барьера в измерительной емкости, предназначенной для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, емкость выполнена в виде полой трубки, снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой, при этом вышеуказанная трубка выполнена из неметаллического материала. Способ состоит в том, что накладывают на внутреннюю поверхность полой трубки съемный мягкий оптический элемент, при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору, сторона упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом, вышеуказанный элемент размещен в трубке таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой и образует электромагнитный барьер между внутренней частью емкости и внутренней поверхностью вышеуказанной трубки.

Краткое описание чертежей

Другие преимущества и характеристики изобретения станут более очевидными после прочтения изложенного ниже описания предпочтительного способа выполнения. Текст описания содержит ссылки на прилагаемые чертежи, выполненные в качестве ориентировочных примеров, не имеющих ограничительного характера.

На фигуре 1 представлен схематический вид оптического элемента в разрезе согласно изобретению.

На фигуре 2 представлен схематический вид сверху оптического элемента согласно фигуре 1.

На фигуре 3 представлен схематический вид этилометра в продольном разрезе согласно изобретению.

На фигуре 4 представлен вид в разрезе по линии A–A этилометра на фигуре 3.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Измерительная емкость, которая является предметом изобретения, предназначена, в частности, но не исключительно для использования в приборе для измерения методом спектрометрии. В частности, емкость предназначена для встраивания в этилометр, но она также может быть встроена в любой другой прибор для измерения параметров (концентрация алкоголя, CO, CO2, H₂О и т.д.) выдыхаемой текучей среды или любой другой текучей среды (например, пара или выхлопных газов).

Для краткости и ясности в продолжении описания упоминается исключительно этилометр, но это не может рассматриваться как ограничение требуемой защиты. Под этилометром в рамках настоящего изобретения понимается любой прибор (включая алкотестеры), с помощью которого можно обнаруживать или измерять долю парциального газа в выдыхаемой текучей среде и, в частности, измерять концентрацию алкоголя в выдыхаемом воздухе и/или определять порог концентрации алкоголя в выдыхаемом воздухе.

На фигуре 1 изображен мягкий оптический элемент, который служит для образования измерительной емкости. Данный элемент 1 включает в себя мягкую гибкую опору (10), состоит из тонкой пленки толщиной 1–250 мкм, предпочтительно около 25 мкм. При таких значениях толщины достигается надлежащее соотношение мягкости и прочности. Длина и ширина элемента зависят от размеров измерительной емкости, в которую он встроен. Опора (10) предпочтительно выполняется из материала, выбранного из следующей группы: полиимид (например, Kapton®), полиэпоксид, полиэфир, эпоксидная смола, усиленная стекловолокном, алюминиевая подложка (например, опора COOL-CLAD®, продаваемая компанией AI TECHNOLOGY). Однако можно рассматривать и любые другие материалы, которые, как правило, используются для производства мягких печатных плат. Опора (10) может быть получена путем литья, экструзии, прокатки и т.д.

Опора (10) имеет верхнюю сторону (10a) и нижнюю сторону (10b), которые находятся друг напротив друга. На прилагаемой фигуре 1 верхняя сторона (10a) покрыта отражающим металлическим материалом (11), образующим отражающий оптический слой для отражения инфракрасных лучей. Однако можно предусмотреть нанесение отражающего металлического материала (11) на нижнюю сторону (10b). Для того чтобы отражающий слой имел максимально высокую отражающую способность, а также для ограничения потерь энергии передаваемых лучей отражающий металлический материал (11) предпочтительно выбирается из следующей группы: золото, кобальт, серебро, никель, медь, алюминий, хром, цинк.

Отражающий металлический материал (11) имеет толщину 0,01–500 мкм. Он может быть нанесен приклеиванием, электрохимическим или электролитическим осаждением, методом тиснения, шелкографии, нагревания или посредством любого другого способа сцепления тонкого слоя.

С целью обеспечения надлежащей фиксации отражающего металлического материала (11) на верхней стороне (10a) опоры (10) на эту сторону можно нанести сцепляющий слой (12). Этот слой (12) может представлять собой, например слой меди, алюминия, серебра или полиэтилена толщиной, например, 0,1–500 мкм, нанесенный способом сцепления тонкого слоя, упомянутым в предыдущем абзаце. Слой (12) не является обязательным и может, в частности, не наноситься, в случае если отражающий металлический материал (11) наносится, например, электролитическим осаждением.

Встраивание элемента (1) в измерительную емкость портативного этилометра детально представлено со ссылкой на фигуры 3 и 4. Данный этилометр (E) относится к типу устройств, описанному в вышеуказанном документе компании SERES. Измерительная емкость выполнена в виде полой трубки (20). Эта трубка, как правило, имеет круглое сечение, но также может иметь квадратное, прямоугольное, овальное или другое сечение. Трубка (20) выполнена из неметаллического материала, например пластика (например, ПВХ, АБС), углеволокна, композиционного материала и т.д. Для изготовлении трубки можно использовать метод литья, экструзии или любой другой способ, который будет сочтен специалистами допустимым. В данном случае не требуется какой-либо особой обработки внутренней поверхности трубки, в отличие от трубки, описанной в документе компании SERES.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления длина трубки (20) составляет 5–200 мм, предпочтительно 100 мм или меньше, поскольку в данном изобретении может быть использована более короткая измерительная емкость, чем емкость, описанная в документе компании SERES. Ее внутренний диаметр меньше 15 мм, например 4–15 мм. А ее толщина меньше 5 мм, например 1–5 мм.

На конце (20a) трубки (20) расположено устройство (21) для передачи инфракрасного излучения, при этом предпочтительно длина волн составляет 1–12 мкм. На другом конце трубки (20b) расположен приемник (22)инфракрасного излучения. Передатчик (21) и приемник (22) инфракрасного излучения представляют собой тип, известный специалисту в данной области техники. Выдыхаемая текучая среда циркулирует в измерительной емкости между двумя концами (20a и 20b) трубки (20). А точнее, текучая среда проникает в трубку (20) через входной патрубок (23a), (в который дует пользователь), установленный на уровне конца (20a) трубки, и выходит из вышеуказанной трубки через выходной патрубок (23b), установленный на уровне противоположного конца (23b) трубки. Два патрубка (23a и 23b) могут быть расположены с одной и той же стороны трубки (20) или, наоборот, на двух противоположных сторонах трубки (фиг. 3). Система накачки может быть соединена с патрубками (23a и 23b) для обеспечения циркуляции пробы вдуваемой текучей среды.

Элемент (1) вставляется в трубку (20) таким образом, что отражающий металлический материал (11) образует отражающий оптический слой. Если трубка (20) имеет круглое сечение, элемент (1) сворачивается - автоматически или вручную - и образует цилиндр. В случае если трубка (20) имеет не круглое сечение, а квадратное, прямоугольное или другое многоугольное сечение, элемент (1) складывается и образует трубку с соответствующим сечением. Отражающий металлический материал (11) образует внутреннюю поверхность этого цилиндра (или трубки). Благодаря такому расположению можно оптимизировать длину траектории луча в трубке (20), сохраняя при этом достаточное количество света до достижения приемника (22). В результате измерительная емкость может быть более короткой, чем емкость этилометра, описанного в документе компании SERES.

Оптический элемент (1) имеет длину, соответствующую длине трубки (20), таким образом, внутренняя поверхность трубки полностью, либо практически полностью, покрыта вышеуказанным элементом. На самом деле, некоторые участки внутренней поверхности трубки (20) могут быть не покрыты, в частности, на уровне концов (20a и 20b), при этом сохраняется допустимое качество измерения.

Таким образом, элементу (1) придается определенная форма, после чего он вставляется в трубку (20) на уровне одного из концов (20a или 20b) таким образом, что отражающий металлический материал (11) образует отражающий оптический слой, от которого будет отражаться инфракрасное излучение. В конфигурации, представленной на фигуре 1, именно нижняя сторона (10b) опоры (10) соприкасается с внутренней поверхностью трубки (20).

Таким образом, расположенный между внутренней поверхностью трубки (20) и внутренней частью измерительной емкости оптический элемент (1), точнее отражающий металлический материал (11), образует электромагнитный барьер. Все или часть внешних электромагнитных полей, которые могут проникать внутрь измерительной емкости, нарушать нормальную работу приемника (22) инфракрасного излучения и таким образом влиять на точность измерений, полностью или частично блокируются отражающим металлическим материалом (11).

Когда элементу (1) придана определенная форма, он естественным образом будет стремиться развернуться (или разложиться) и вернуться в исходную плоскую форму. Благодаря этой способности элемент (1) естественным образом удерживается в определенном положении внутри трубки (20), при этом нет необходимости предусматривать другую систему механической фиксации или фиксации с помощью клея. В любом случае такая система может рассматриваться как одна из мер предосторожности.

Внутренняя поверхность трубки (20) может иметь рельефные элементы (200). Эти рельефные элементы представляют собой, например, продольные или радиальные ребра или же ребра любой другой формы в виде углублений и выступов на внутренней поверхности трубки (20). Как видно на фигуре 4, если оптический элемент (1) вставлен в трубку (20), он соприкасается только с рельефными элементами (200).

После придания элементу (1) определенной формы, установки элемента в трубку (20) и изготовления измерительной емкости устанавливаются другие компоненты (21, 22, 23a и 23b).

Патрубки (23a и 23b) должны вести внутрь измерительной емкости, несмотря на наличие элемента (1), покрывающего внутреннюю поверхность трубки (20). Для этого, как видно на фигуре 2, элемент (1) имеет насечки, отверстия и в более общем смысле выемки (100), размеры которых регулируются в соответствии с диаметром патрубков (23a и 23b). Выемки (100) расположены на уровне боковых краев элемента (1). Когда элементу (1) придается определенная форма, и он вставляется в трубку (10), выемки (100) расположены напротив открытых концов (230a и 230b) патрубков (23a и 23b), оставляя их открытыми.

Компоновка различных элементов и/или средств, а также порядок выполнения этапов в рамках изобретения для описанных выше вариантов осуществления не должны пониматься как требование определенного порядка действий для каждого практического применения. В любом случае подразумевается, что возможны различные модификации этих элементов и/или средств, и/или этапов без значительного расхождения с сущностью и объемом патентной охраны изобретения. В частности, нагревательное устройство согласно изобретению может использоваться в сочетании с измерительным элементом для обработки других сигналов, помимо инфракрасных, а также может использоваться другая технология анализа, помимо спектрометрии.

Изобретение относится к измерительной емкости, которая предназначена для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии. Емкость выполнена в виде полой трубки (20), снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой. Полая трубка (20) выполнена из неметаллического материала, а мягкий съемный оптический элемент (1) наложен на внутреннюю поверхность полой трубки (20), при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору (10). Сторона упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом (11), причем вышеуказанный элемент вставляется в трубку таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой. Технический результат - снижение воздействия внешних электромагнитных полей на внутреннюю часть измерительной емкости. 5 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Измерительная емкость, предназначенная для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, выполненная в виде полой трубки (20), снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой, отличающаяся тем, что

полая трубка (20) выполнена из неметаллического материала;

мягкий съемный оптический элемент (1) наложен на внутреннюю поверхность полой трубки (20), при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору (10), сторона (10a) упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом (11), вышеуказанный элемент вставлен в трубку таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой.

2. Емкость по п. 1, в которой полая трубка (20) имеет длину, меньшую или равную 100 мм, а оптический элемент (1) имеет длину, соответствующую длине вышеуказанной трубки.

3. Емкость по п. 1, в которой на внутренней поверхности полой трубки (20) имеются рельефные элементы (200), при этом оптический элемент (1) соприкасается с внутренней поверхностью вышеуказанной трубки только на уровне рельефных элементов.

4. Емкость по п. 1, в которой мягкая гибкая опора (10) выполнена из материала, выбранного из следующей группы: полиимид, полиэпоксид, полиэфир, эпоксидная смола, усиленная стекловолокном, алюминиевая подложка.

5. Емкость по п. 1, в которой мягкая гибкая опора (10) имеет толщину 1–250 мкм.

6. Емкость по п. 1, в которой отражающий металлический материал (11), образующий отражающий оптический слой, выбран из следующей группы: золото, кобальт, серебро, никель, медь, алюминий, хром, цинк.

7. Емкость по одному из пп. 1–6, в которой слой (12) расположен между отражающим металлическим материалом (11) и стороной (10a) мягкой гибкой опоры (10).

8. Емкость по п. 7, в которой материал для слоя (12) выбран из следующей группы: медь, алюминий, серебро, полиэтилен.

9. Прибор для измерения методом спектрометрии, включающий в себя измерительную емкость, которая предназначена для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, емкость выполнена в виде полой трубки (20), снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой, отличающийся тем, что вышеуказанная емкость выполнена в соответствии с одним и пп. 1–8.

10. Этилометр для измерения доли парциального газа в выдыхаемой текучей среде, вышеуказанный этилометр включает в себя устройство (21) для передачи инфракрасного излучения, приемник (22) инфракрасного излучения и измерительную емкость, в которой циркулирует выдыхаемая текучая среда, измерительная емкость выполнена в виде полой трубки (20), снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой, отличающийся тем, что вышеуказанная емкость выполнена в соответствии с одним из п.п. 1–8:

полая трубка (20) выполнена из неметаллического материала;

мягкий съемный оптический элемент (1) наложен на внутренней поверхности полой трубки (20), при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору (10), сторона (10a) упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом (11), вышеуказанный элемент вставлен в трубку таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой.

11. Способ производства измерительной емкости, которая предназначена для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, емкость выполнена в виде полой трубки (20), снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой, отличающийся тем, что способ состоит в том, что

выполняют полую трубку (20) из неметаллического материала;

накладывают на внутреннюю поверхность полой трубки (20) съемный мягкий оптический элемент (1), при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору (10), сторона (10a) упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом (11), вышеуказанный элемент размещен в трубке таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой.

12. Способ по п. 11, в котором этап ii) состоит в том, что

сворачивают или складывают оптический элемент (1);

вставляют свернутый или сложенный оптический элемент (1) в полую трубку (20) таким образом, что отражающий металлический материал (11) вышеуказанного элемента образует отражающий оптический слой.

13. Способ создания электромагнитного барьера в измерительной емкости, которая предназначена для циркуляции газа, анализируемого методом спектрометрии, емкость выполнена в виде полой трубки (20), снабженной отражающим материалом, образующим отражающий оптический слой, вышеуказанная трубка выполнена из неметаллического материала, при этом упомянутый способ состоит в том, что накладывают на внутреннюю поверхность полой трубки съемный мягкий оптический элемент (1), при этом вышеуказанный элемент включает в себя мягкую гибкую опору (10), сторона (10a) упомянутой опоры покрыта отражающим металлическим материалом (11), вышеуказанный элемент размещен в трубке таким образом, что отражающий металлический материал образует отражающий оптический слой и образует электромагнитный барьер между внутренней частью емкости и внутренней поверхностью вышеуказанной трубки.