×
17.02.2018
218.016.2bcd

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение может быть использовано в санитарно-эпидемиологическом контроле промышленных регионов. Устройство выполнено из набора контроллеров, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, измерительная диагональ мостовой схемы, посредством канального коммутатора, поочередно подключается на вход измерительного тракта из последовательно соединенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, соединенного с программируемой схемой выборки измерений, синхронизирующей работу элементов посредством закладки в нее телекоммуникационной программы от ПЭВМ в составе элементов: процессора, оперативного запоминающего устройства, винчестера, дисплея, принтера, клавиатуры. Изобретение обеспечивает оперативность, достоверность, точность измерений, наглядность формы представления экспресс-анализа. 5 ил.

Изобретение относится к области экологии, в частности к измерительной аппаратуре на основе газовых датчиков, и может найти применение в системах санитарно-эпидемиологического контроля промышленных регионов.

Промышленный прогресс неизбежно связан с увеличением выбросов так называемых парниковых газов в атмосферу, являющихся одной из причин изменения климата планеты. Контроль состояния загрязнения атмосферы является составной частью обязанности государств, подписавших Парижский протокол 2015 г. Известные методы аналитической химии неоперативны, трудоемки и связаны с расходом дополнительных ресурсов (в виде реактивов).

Высоким быстродействием обладают датчики, в которых в качестве чувствительного элемента, реагирующего на присутствие газов и паров изменением электропроводности являются оксидные полупроводниковые пленки с примесями других металлов [см.. Заявка ФРГ, №2651160, кл. G.01.N, 27/12, 1978 г. - аналог].

Известен «Селективный газовый сенсор» патент RU №2137115, 27/12, 1999 г. - аналог. Устройство аналога содержит подложку с резистивным подогревным слоем на одной ее стороне и полупроводниковой оксидной пленкой, легированной оксидами других металлов, на другой стороне. В качестве оксида основного слоя используют оксид металла валентной группы не ниже детектируемого газа, а характеристики селективности: рабочая температура T0 и эквивалентная добротность Qэ рассчитываются по регрессионным зависимостям:

;

,

где μ, μ0 - молярные веса детектируемого газа и воздуха соответственно;

W - валентность материалов легирования;

n - количество элементов поликристаллического легирования;

δ/d - отношение толщины примесного слоя к толщине полупроводникового слоя основного оксида.

Недостатками аналога следует считать:

- пересекающиеся селективные характеристики смежных газов, их широкая полоса ;

- нестабильность калибровочной характеристики из-за нестабильности тока подогрева оксидного слоя и питающего напряжения.

Ближайшим аналогом к заявляемому техническому решению является «Электронный газовый сепаратор», Патент RU №2130178, 1999 г. Устройство ближайшего аналога включает чувствительный элемент на базе оксидной полупроводниковой пленки с одной стороны диэлектрической подложки и резистивный подогревный слой на другой ее стороне, усилитель и индикатор, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде набора единичных газовых детекторов из номенклатуры сепарируемых газов, параллельно подключенных на вход измерительного тракта и состоящих из операционного усилителя с дифференциальной мостовой схемой в его входной цепи, с эталонным и реагирующим на газ элементами в ее смежных плечах, а измерительный тракт содержит N последовательных идентичных усилительных каскадов по схеме операционного усилителя с магазином сопротивлений, ступенчато переключаемых на каждый тип газа и выполняющих функции сопротивления обратной связи и эталонного элемента в качестве регулируемого сопротивления входной цепи.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести:

- ручная регулировка ступенчато-переключаемого сопротивления обратной связи, снижающая время экспресс-анализа;

- невизуальность формы представления результатов сепарирования.

Задача, решаемая заявленным устройством, состоит в увеличении скорости и достоверности экспресс-анализа газовых компонент путем выбора устойчивой схемы электронной компоновки единичного датчика и адресном сравнении текущих измерений с калибровочной характеристикой задействуемого датчика.

Поставленная задача решается тем, что устройство экспресс-анализа примесных газов в атмосфере выполнено из набора контроллеров, совместимых с ПЭВМ, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой подключения в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, а ее измерительная диагональ, посредством канального коммутатора, поочередно, с темпом ниже времени адсорбции детектируемого газа, подключена на вход измерительного тракта из последовательно включенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, оперативного запоминающего устройства, синхронизацию работы перечисленных элементов обеспечивает программируемая схема выборки измерений, в которую закладывают телекоммуникационную программу, формируемую на ПЭВМ, на винчестер которой предварительно записывают калибровочные характеристики всех газовых датчиков контроллеров с их адресами.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг. 1 - функциональная схема устройства;

фиг. 2 - зависимость сопротивления датчика от концентрации примесного газа;

фиг. 3 - характеристики избирательности газовых датчиков;

фиг. 4 - калибровочные характеристики газовых датчиков;

фиг. 5 - форма представления результатов экспресс-анализа.

Устройство экспресс-анализа примесных газов в атмосфере фиг. 1 выполнено из набора контроллеров 1, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков 2 с электронной схемой в составе стабилизатора напряжения 3, стабилизатора тока подогрева 4, мостовой схемы 5, в одно из плеч которой включен датчик 2, измерительная диагональ мостовой схемы 5, посредством канального коммутатора 6, поочередно подключается на вход измерительного тракта 7 из последовательно соединенных операционного усилителя 8, аналогово-цифрового преобразователя 9, буферного запоминающего устройства 10, схемы сравнения 11, соединенных с программируемой схемой выборки измерений 13, синхронизирующей работу элементов 6, 7, 8, 9, 10, 11 посредством закладки в нее телекоммуникационной программы от ПЭВМ 12 в составе элементов: процессора 14, оперативного запоминающего устройства 15, винчестера 16, дисплея 17, принтера 18, клавиатуры 19.

На винчестер 16 в цифровом виде записывают калибровочные характеристики газовых датчиков всех контроллеров с их адресами. Схема 11 сравнивает амплитуду сигнала текущего измерения с калибровочной характеристикой адресного датчика, на ее выходе формируют сигнал экспресс-анализа. Результат экспресс-анализа распечатывают на принтере 18. Форма представления результата экспресс-анализа примесных газов иллюстрируется рисунком фиг. 5.

Динамика взаимодействия элементов устройства состоит в следующем. Известно уравнение Менделеева-Клапейрона, в соответствии с которым газы характеризуются газовой постоянной, равной ≈2 ккал/моль град. Поскольку молярный вес газов различен, то удельная теплоемкость газов изменяется в довольно широких пределах. Этим обусловлена различная адсорбционная активность оксидных полупроводниковых пленок к детектируемому газу. На графике фиг. 2 иллюстрируется зависимость сопротивления газового датчика от концентрации примесного газа. Для каждого газа существует «резонансная» температура максимальной чувствительности датчика. Семейства селективных характеристик газовых датчиков иллюстрируется графиками фиг. 3. Выходная характеристика газовых датчиков существенно нелинейна при малых концентрациях детектируемого газа, а при больших концентрациях наступает насыщение. Поэтому текущий результат измерений необходимо калибровать, т.е. сравнивать с эталонной характеристикой. Для этого в заявленном устройстве создают базу эталонных калибровочных характеристик газовых датчиков всех контроллеров и помещают ее в постоянное запоминающее устройство 16 ПЭВМ 12. Последнее позволяет реализовать экспресс-анализ в темпе измерений путем калибровки текущего измерения в схеме сравнения 11. Пример калибровочных характеристик двух типов примесных газов иллюстрируется графиками фиг. 4. Датчики находятся в подключенном состоянии. Для стабильности и точности измерений в электронной схеме датчиков предусмотрены стабилизатор тока, стабилизатор напряжения и мостовая схема измерений в режиме разбалансировки [см., например, «Справочник по радиоэлектронике» под редакцией А.А. Куликовского, Энергия, М., 1968 г., стр. 181-183, Мостовая схема измерений]. Темп измерений задает программируемая схема выборки, управляющая канальным коммутатором. Интервал измерений должен быть достаточным для адсорбции примесного газа в полупроводниковую пленку. Время осреднения серийных газовых датчиков составляет менее 0,1 сек. Синхронизация работы элементов устройства достигается специализированной телекоммуникационной программой, написанной на языке программирования «Ассемблер».

Текст программы экспресс-анализа:

Программа опроса датчиков для микроконтроллера ATmega328P состоит из основной программы main.asm, hextobcd.asm. Так же используется файл-вложение с определением мнемоник m328Pdef.inc.

Листинг программы main.asm:

RESET:

Листинг подпрограммы interrupts.asm:

Листинг подпрограммы macr.asm:

Листинг подпрограммы hextobcd.asm:

Все элементы устройства выполнены на существующей технической базе и средствах аналогов. Канальный коммутатор и аналогово-цифровой преобразователь выполнены на многофункциональном блоке, модуль 3560-L, фирмы Bruel & Kjer (Дания). Операционный усилитель ОУ тип К 1446 УД5 [см. Операционные усилители, Ж. Марше, пер. с фр., Л., Энергия, 1974 г., стр. 150-194]. Управляющая ПЭВМ (Notebook) типа ASUS, Eee PC 1201 PN, на функциональных возможностях которой реализована база калибровочных характеристик газовых датчиков с их адресами, программируемая схема выборки измерений и схема сравнения.

Эффективность устройства характеризуется высокой точностью измерений концентрации примесных газов, оперативностью, достоверностью.

Устройство экспресс-анализа примесных газов в атмосфере выполнено из набора контроллеров, совместимых с ПЭВМ, разнесенных по площади исследуемого района, каждый контроллер содержит несколько разнотипных газовых датчиков с электронной схемой подключения в составе стабилизатора напряжения, стабилизатора тока подогрева, мостовой схемы, в одно из плеч которой включен датчик, а ее измерительная диагональ, посредством канального коммутатора, поочередно, с темпом ниже времени адсорбции детектируемого газа, подключена на вход измерительного тракта из последовательно включенных операционного усилителя, аналогово-цифрового преобразователя, буферного запоминающего устройства, схемы сравнения, оперативного запоминающего устройства, синхронизацию работы перечисленных элементов обеспечивает программируемая схема выборки измерений, в которую закладывают телекоммуникационную программу, формируемую на ПЭВМ, на винчестер которой предварительно записывают калибровочные характеристики всех газовых датчиков контроллеров с их адресами.
УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
УСТРОЙСТВО ЭКСПРЕСС-АНАЛИЗА ПРИМЕСНЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 40 items.
19.01.2018
№218.016.0a0e

Способ идентификации загрязнений морской поверхности

Изобретение относится к области для контроля экологического загрязнения шельфовых, прибрежных зон. Способ включает зондирование прибрежных акваторий, содержащих эталонные участки средствами, установленными на воздушно-космическом носителе с получением синхронных изображений в ультрафиолетовом и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632176
Дата охранного документа: 02.10.2017
20.01.2018
№218.016.17a8

Способ мониторинга надпочвенного покрова импактных районов арктики

Изобретение относится к дистанционным методам изучения почвенного покрова и может быть использовано для мониторинга почвенного покрова арктических районов. Сущность: с помощью средств, установленных на воздушно-космическом носителе, получают синхронные изображения в ультрафиолетовом и ближнем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635823
Дата охранного документа: 16.11.2017
04.04.2018
№218.016.2f30

Измеритель эталонных спектров волнения морской поверхности

Измеритель выполнен на базе СВЧ-генератора в режиме затягивания частоты, нагруженного на волноводную секцию в составе последовательно подключенных направленного ответвителя, аттенюатора, фазовращателя, рупорной антенны на конце волноводной секции; часть энергии генератора через направленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644628
Дата охранного документа: 13.02.2018
10.05.2018
№218.016.39b0

Измеритель предвестников землетрясений

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для обнаружения предвестников землетрясений. Сущность: измеритель содержит мостовую схему (1) на постоянном токе от источника (2), работающую в режиме разбалансировки. В одно из плеч мостовой схемы (1) включено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647210
Дата охранного документа: 14.03.2018
01.03.2019
№219.016.cec2

Способ краткосрочного прогнозирования землетрясений

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования землетрясений. Сущность: на протяженной измерительной базе устанавливают два разнесенных в пространстве измерительных пункта. Каждый измерительный пункт содержит по два заглубленных в грунт датчика,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002458362
Дата охранного документа: 10.08.2012
10.04.2019
№219.017.09a9

Способ определения источников выбросов в атмосферу по изображениям мегаполисов

Изобретение относится к области экологии, в частности к дистанционным методам мониторинга природных сред, и может найти применение в системах санитарно-эпидемиологического контроля промышленных регионов. Предлагается способ определения источников выбросов в атмосферу по изображениям...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002463630
Дата охранного документа: 10.10.2012
10.04.2019
№219.017.09ac

Способ обнаружения очагов землетрясений сетью сейсмостанций

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования землетрясений. Сущность: в сейсмоопасном регионе размещают сеть сейсмических станций с сейсмоприемниками из трехкомпонентных кондукто-метрических датчиков давления. Датчики давления размещают на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002463631
Дата охранного документа: 10.10.2012
29.04.2019
№219.017.4667

Способ верификации системы наземных измерений состояния атмосферы мегаполисов

Изобретение относится к дистанционным методам мониторинга природных сред и может быть использовано для систем санитарно-эпидемиологического контроля промышленных регионов. Согласно способу получают генерализованное, спектрозональное изображение в красной полосе видимого диапазона, содержащее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002463556
Дата охранного документа: 10.10.2012
10.10.2019
№219.017.d438

Способ определения уровня загрязнения морской поверхности

Изобретение относится к области дистанционного зондирования подстилающей поверхности и может найти применение при контроле гидрологических процессов на морской поверхности и экологического загрязнения шельфовых зон. Способ определения уровня загрязнения морской поверхности включает зондирование...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702423
Дата охранного документа: 08.10.2019
21.12.2019
№219.017.efe9

Измеритель загрязнений морской поверхности

Изобретение относится к средствам дистанционного контроля загрязнений морской поверхности. Сущность: измеритель состоит из элементов, размещенных на аэрокоптере (3), и наземного центра (10) тематической обработки. На аэрокоптере (3) размещены два канала зондирования: оптический,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709598
Дата охранного документа: 18.12.2019
Showing 31-40 of 56 items.
04.04.2018
№218.016.2f30

Измеритель эталонных спектров волнения морской поверхности

Измеритель выполнен на базе СВЧ-генератора в режиме затягивания частоты, нагруженного на волноводную секцию в составе последовательно подключенных направленного ответвителя, аттенюатора, фазовращателя, рупорной антенны на конце волноводной секции; часть энергии генератора через направленный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644628
Дата охранного документа: 13.02.2018
10.05.2018
№218.016.39b0

Измеритель предвестников землетрясений

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для обнаружения предвестников землетрясений. Сущность: измеритель содержит мостовую схему (1) на постоянном токе от источника (2), работающую в режиме разбалансировки. В одно из плеч мостовой схемы (1) включено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647210
Дата охранного документа: 14.03.2018
19.08.2018
№218.016.7ddf

Способ идентификации загрязнений морской поверхности

Изобретение относится к способам дистанционных исследований морских акваторий и может быть использовано для идентификации загрязнений морской поверхности. Сущность: с помощью установленных на воздушно-космическом носителе средств осуществляют зондирование прибрежных акваторий, содержащих...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664255
Дата охранного документа: 15.08.2018
15.12.2018
№218.016.a790

Способ определения аномалий морской поверхности

Способ включает зондирование морской поверхности, содержащей тестовые участки, с авиационного носителя цифровой видеокамеры высокого пространственного разрешения, с привязкой получаемых кадров к топографическим координатам посредствам навигационной системы GPS/ГЛОНАСС, вычисление площади...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002675072
Дата охранного документа: 14.12.2018
01.03.2019
№219.016.cc33

Способ определения количества деревьев в лесном массиве

Изобретение относится к области обработки фотографических изображений и может быть использовано в лесном хозяйстве для оперативной оценки таксационных характеристик насаждений на неучтенных территориях. Сущность: обрабатывают изображение, представленное матрицей цифровых отсчетов функции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002359229
Дата охранного документа: 20.06.2009
01.03.2019
№219.016.cec2

Способ краткосрочного прогнозирования землетрясений

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования землетрясений. Сущность: на протяженной измерительной базе устанавливают два разнесенных в пространстве измерительных пункта. Каждый измерительный пункт содержит по два заглубленных в грунт датчика,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002458362
Дата охранного документа: 10.08.2012
11.03.2019
№219.016.d9fa

Способ определения лесопожарной опасности

Для оперативного обнаружения лесопожарной опасности на обширных площадях определяют влажность лесных горючих материалов (ЛГМ) путем: зондирования подстилающей поверхности в СВЧ-диапазоне на длине волны, обеспечивающей прохождение электромагнитного излучения через поверхностный слой ЛГМ;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002336107
Дата охранного документа: 20.10.2008
29.03.2019
№219.016.f2b2

Способ определения бонитета насаждений

Способ включает получение изображений лесных массивов в виде цифровой матрицы |m×n| дискретных отсчетов зависимости амплитуды сигнала А(х,у) от пространственных координат. Кроме того, проводят расчет пространственного спектра матрицы, определение средней частоты пространственного спектра (F) и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002371909
Дата охранного документа: 10.11.2009
10.04.2019
№219.017.0681

Система измерений центра ожидаемого сейсмического удара

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано для прогнозирования землетрясений. Сущность: система содержит два разнесенных в пространстве пеленгатора (1, 2). Каждый из пеленгаторов выполнен на двух парах автодинных измерителей (3, 4 и 5, 6), связанных между собой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002426155
Дата охранного документа: 10.08.2011
10.04.2019
№219.017.06cb

Способ определения концентрации углекислого газа в атмосфере

Изобретение относится к области экологии, в частности к дистанционным методам мониторинга природных сред. Способ включает дистанционные измерения спектральных характеристик отраженного от подстилающей поверхности светового потока, дважды прошедшего атмосферу, в полосе поглощения кислорода (O)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002422807
Дата охранного документа: 27.06.2011
+ добавить свой РИД