Устройство для определения тепловых эффектов Советский патент 1980 года по МПК G01N25/20 

I

Изобретение относится к области технической и медицинской физики, например, к средствам исследования функции внешнего дыхания человека.

Известные устройства подобного типа основаны на наличии температурной зависимости пироэлектрического поля в керамике Щ . В общем случае формируе- . мый в пиро-сегнетоэлектрическом кристалле сигнал является функцией его электрических, тепловых и механических свойств или иначе: величины энтропии ( Р ), электроиндукции (Д) и деформации (и) кристаллаявляются результатом действия сил: температуры (Т), электрического поля (Е) и механического напряжения (6) Указанные ,параметры в кристалле связаны прямым к косвенным образом. Так, например, при Т Jar непосредственно изменяется индукция Д и возникает собственно пироэлектрический эффект, хотя возможно индуцировагние и вследствие теплового расширения и пьезоэлектрического эффекта.

Пироэлектрический эффект обусловлен прямым изменением тепловой энергии решетки кристалла и не связан с его деформацией. При индикации аэродинамического действи.я потока воздуха пироэлектрический коэффициент должен определяться вторым изменением диэлектрической проницаемости, пьезоэлектрического модуля и упругих жесткостай.

10

Ближайшим по технической сущности и достигаемому результату является температурный датчик, выполненный в виде каркасной рамки, изогнутой по форме подбородочной и окологубной частей лица 2,

15 Термочувствительный элемент датчика представляет собой сетку из тонких про- В(Лок, воспринимающих температуру, что влечет изменение электрического сопротивления и соответственно измеряемого

20 выходного сигнала в измерительной схеме устройства.

Недостатками известного устройства являются; невозможность прямого измерения переноса энергии нестационарных во времени потоков газовой cpeflbij относительно низкая чувствительность .термопреобразователя вследствие ограниченной величины его температурного коэффициента сопротивпения; наличие погрешностей измерения вследствие невозможности исключения влияния внешних тепловых потоков; селективность выходной характеристики термопреобразовател в диапазоне инфракрасного излучения, на пример, от 5 до 40 мкм; инерционность термопреобразователя, не позволяю щая исследовать динамические характеристики нестационарных во времени потоковгазовой среды. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности определения. Это достигается тем, что калориметр ческую ячейку выполняют проточной в ви де пироэлектрической детекторной ловуш ки, представляющей собой тре.хгра:нную полую правильную пирамиду, каждая из сторон которой составляет 0,577 от характерного размера профиля поперечного сечения потока воздуха. Одна грань пирамиды выполнена в виде двух пироактивньпс пластин, имеющих противоположно направленную поляризацию и внутреннюю зеркальную повер ность, отражающую инфракрасные лучи, н пример, в диапазоне от 5 до 40 мкм, другая грань пирамиды, выполненная идентично первой грани, имеет внутреннюю поверхность. Покрытую, например, золотой чернью, поглощающей инфракрас ные лучи Б том же диапазоне, а третья грань пирамиды, идентичная первой и второй граням, снабжена пироактивными пластинами с однонаправленной поляризацией. На фиг. 1 схематически изображено описываемое устройство, на фиг. 2 принципиальная электрическая схема уст ройства; на фиг, 3 - структурная схема измерительного комплекса. Устройство состоит из калориметрической ячейки 1, выполненной, например в виде полумаски 2 с основанием 3, изогнутым по форме части лица , человека и снабженной пироэлектрической дете торной ловушкой 4, представляющей пра вильную полую трехгранную пирамиду, каждая из сторон которой составляет 0,577 от характерного размера профиля поперечного сечения потока воздуха. Одна грань 5 детекторной ловушки 4

735979 выполнена в виде двух пироактивных пластин 6 и 7, имеющих противоположно направленную поляризацию и зеркальную поверхность 8, вторая грань 9 выполнена в виде двух пироактивных пластин 10 и 11 с противоположной направленностью поляризации и внутренней поверхностью 12, покрытой золотой чернью, а третья грань 13 имеет две пироактивные пластины 14 и 15, но с одинаково направленной поляризацией и внутренней поверхностью 16, идентичной второй и первой граням 5 и 12. Для исследования тепловых эффектов внешнего дыхания человека полумаску 2 укрепляют на лице,в ходе чего обеспечивают плотное прилегания основания полумаски к поверхности абтюрации. Производят коммутацию пироактивных пластин в соответствии с измерительной схемой устройства. После окончания этой операции устройство готово к работе, последовательность которой поясняется структурной схемой j(cM. фиг. 3). Сигналы от каждого из детекторов 17 поступают на усилители 18, а а,атем на коммутатор 19, производящий периодическое пЪдключение измерительных каналов к преобразователю аналог-код 20. В последнем поступившая информация преобразуется в десятиразрядные двоичные коды, которые в последовательном виде вводятся в вычислительный комплекс 21, построенный на.базе электронно-вычислительной машины. Устройство центрального управления 22 вычислительного комплекса 21 обеспечивает выбор программы, реализация которой необходима в данное время, последующее чтение этой программы и выполнение каждой операции в отдельности. Периодическая регистрация измеряемых параметров осуществлялась на бумажном рулоне 23 по программе или вызову оператора. Длительное хранение и ввод в вычислительны-й комплекс 21 информации, записанной автоматически или вручнукз, обеспечивается внешним накопителем на перфоленте 24. Регистрация тепловых эффектов внешнего дыхания с помощью предложенного устройства позволяет существенно повысить точность (на порядок) по сравнению с известными устройствами подобного типа, резко (до долей секунд) уменьшить инерционность измерений, что дает не только значительный технико-экономический эффект, но позволяет применять

устройство при изучении динамики процессов нестационарного газообмена, термографии поверхности тепа человека и т.п.

Формупа изобретения

1. Устройство для определения тепловых эффектов, преимущественно при внешнем дыхании человека, состоящее из полумаски, с основанием; изогнутым по форме части лица, калориметрической ячейки, тепломеров, измерительной схемы, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности определения J калориметрическая ячейка выполнена проточной в виде пироэлектрической детекторной ловушки, представляющей собой трехгранную полую правильную пирамиду, каждая из сторон основания которой составляет 0,577 от характерного размера профиля поперечного сечения потока воздуха.

2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что одна грань пирамиды выполнена в виде двух пироактивных. пластин, обладающих противоположно направленной поляризацией и внутренней зеркальной поверхностью, отражающей инфракрасные лучи, например, в диапазоне от 5 до 40 мкм другая грань пирамиды, выполненная

0 идентично первой грани, имеет внутреннюю поверхность, покрытую, например, золотой чернью, поглощающей инфракрасные лучи в том же диапазоне, а третья грань пирамиды, идентичная

S первой и второй граням, снабжена пироактивными пластинами с рдноЬаправлен- ной поляризацией.

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе: 1.Moving Q.C.Ingandi U.Rev. Sci.lnst 33, 3,118, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № ЗО7789, кл, А 61 В 5/05.

5

735979

wic;

W{c)

111(111

J1 JO 9 .16 J5 / 7J Фиг,. 2