Результат интеллектуальной деятельности: ПОРТАТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР ГАЗОВ С МАССИВОМ ПЬЕЗОСЕНСОРОВ

Изобретение относится к технике проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов, в том числе для оценки соотношения летучих соединений или классов в газовых смесях, определения концентраций отдельных газов, паров в воздухе и смесях во внелабораторных условиях в режиме «на месте» без отбора и подготовки пробы с возможностью сохранения в памяти и вывода информации на дисплей.

Техническая задача изобретения заключается в разработке портативного анализатора газов с массивом пьезосенсоров (стереогаджет), позволяющего осуществить экспресс-оценку качества полимерных изделий, продуктов питания, топлива, других объектов по совокупности их легколетучих соединений, совместить некоторые характеристики датчиков и анализаторов, таких как: минимальные размеры, экспрессность получения информации, автономность или многовариантность питания, легкое управление и изменение селективности к определяемым газам, длительное время сохранять эксплуатационные характеристики при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды, диагностировать воздух во внелабораторных условиях в режиме «на месте» без отбора и подготовки пробы с сохранением и выводом информации на дисплей.

Для решения технической задачи изобретения предложен портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров, включающий высокопрочный полимерный корпус с насадкой-нагнетателем и защитной крышкой из фторопласта, на верхней панели корпуса расположена ячейка с массивом из 3-х пьезосенсоров с чувствительными пленочными покрытиями для определения компонентов воздуха и равновесной газовой фазы над полимерными изделиями, продуктами питания, топливом по совокупности их легколетучих соединений, внутри корпуса расположены миниатюрная схема возбуждения, соединенная с тремя микроконтроллерами, запрограммированными в сумме на 150 ячеек памяти для регистрации и преобразования сигналов пьезосенсоров и передачи ихъ на моно- или полихромный дисплей для отображения аналитического сигнала в виде «визуальных отпечатков» максимумов трех сенсоров и для сохранении информации на съемном носителе памяти, приводящимися в действие автономно от встроенного компактного источника питания, на панели корпуса размещены кнопка включения прибора, работы нагнетателя, переключатель на отдельные режимы измерения: анализ топлива, полимерных материалов, пищевых продуктов и индикаторы работы пьезосенсоров и моно-/полихромный дисплей для отображения аналитического сигнала.

Технический результат изобретения заключается в мобильности и компактности портативного анализатора газов с массивом пьезосенсоров для экспресс-оценки качества полимерных изделий, продуктов питания, топлива по совокупности их легколетучих соединений с минимальными размерами при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация, обработка и сохранение информации), за счет применения миниатюрной микросхемы и программируемых микроконтроллеров, возможности применения компактных источников питания с резервом времени; в экспрессном получении результатов анализа воздуха или смесей газов, в том числе во внелабораторных условиях без пробоотбора и пробоподготовки (диагностика воздуха помещений, рабочих зон, анализ проб в режиме «на месте»); в легком управлении и изменении селективности к определяемым газам, возможности переключения режимов измерения за счет смены пьезосенсоров на панели устройства, которые являются комплектующими элементами портативного анализатора; в длительном сохранении эксплуатационных характеристик при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды за счет дискретного режима измерения и прекращения нагрузки пьезосенсоров за счет защитной крышки из фторопласта после определенного времени контакта с анализируемой средой; в возможности сохранения информации на съемном носителе памяти.

На Фиг. 1 представлен общий вид портативного анализатора с массивом пьезосенсоров:

а) фронтальный вид.

б) вид сбоку;

в) вид сверху.

На Фиг. 2 представлен портативный анализатор с массивом пьезосенсоров.

Портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров (фиг. 1, 2) состоит из миниатюрного высокопрочного полимерного корпуса 1 с насадкой-нагнетателем 3 и защитной крышкой из фторопласта 2, держателя из поликарбоната 6 с прорезиненной областью 7. В верхнюю панель корпуса 1 вмонтирована ячейка 4, состоящая из фторпластового дна с резьбой для крепления корпуса ячейки и гнездами для пьезосенсоров 5, соединенных с микросхемой. На панели корпуса расположен моно-/полихромный дисплей 8 для отображения регистрируемого сигнала пьезосенсоров, световые индикаторы работы пьезосенсоров 9, кнопка включения анализатора 10, кнопки включения нагнетателя 11 и кнопки для переключения режимов измерения 12(топливо, например бензин - В, полимеры - Р, пищевые продукты - F).

Портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров работает следующим образом.

Включают прибор кнопкой 10, при этом загораются индикаторы работы пьезосенсоров 9. Далее выбирают категорию анализируемого образца нажатием кнопки 12 (топливо, например бензин - В, полимеры - Р, пищевые продукты - F), снимают крышку 2, подносят его к пробе, нажимают кнопку 11 работы нагнетателя 3, который с необходимой скоростью подает газовую фазу в ячейку 4 (фиг. 1).

Все измерения удобно производить одной рукой, благодаря держателю из поликарбоната 6 с прорезиненной областью 7. Готовность к измерению определяется стабильностью исходной частоты колебания пьезосенсоров, отклонения которых от базовых значений в зависимости от природы пленочного покрытия должны составлять не более 3-7 Гц. Далее проводят детектирование соответствующих газов в воздухе.

Забор пробы проходит в течение 20 с. Все компоненты пробы, поступающие с воздухом в ячейку, взаимодействуют с 3-мя пьезосенсорами, которые расположены в гнездах прибора, информация с которых с частотой 0,5 с обрабатывается процессором, размещенным в корпусе 1. Из массива данных отбирается по одной точке с каждого сенсора, комбинация которых образует аналитический сигнал «стереогаджета» гистограмму - «визуальный отпечаток» (в.о.). Оценку состояния образца проводят путем сравнения со стандартными значениями сигналов каждого сенсора, с последующим выводом информации о качестве образца на дисплей 8. Для того чтобы провести регенерацию покрытий пьезосенсоров, нажимают повторно кнопку 11 на воздухе и нагнетатель работает в режиме «выдувания» в течение 20 с.

При помощи нагнетателя газы диффундируют к поверхности пленочного покрытия сенсоров, взаимодействуют с ним определенное время, которое зависит от особенностей реакции между газом и пленочным покрытием, при этом изменяются частоты колебаний пьезосенсоров. После анализа разница между исходным и установившимся значением частоты колебаний пьезосенсора мини (ΔF, Гц) переносится в память и определяется концентрация детектируемых газов по уравнению градуировочной функции для каждого пьезосенсора.

ΔF=а·Сх+в,

где а - коэффициент чувствительности градуировочной функции, в - уровень шумов - индивидуальны для каждого пьезосенсора мини, определяются природой пленочного покрытия, находятся по стандартным смесям газов.

Если на пленочном покрытии протекает обратимая реакция, то для повторного применения пьезосенсор регенерируют в токе осушенного воздуха. Восстановления не требуется, когда протекает на пленочном покрытии необратимая реакция газов (при этом указано, на какое число измерений рассчитан пьезосенсор). Для восстановления рабочих характеристик таких элементов необходимо смыть пленочное покрытие с электродов и нанести новое либо приобрести готовый пьезосенсор.

Предложенный портативный анализатор газов с массивом пьезосенсоров позволяет:

- увеличить мобильность и компактность портативного анализатора с минимальными размерами при сохранении всех рабочих функций (генерация колебаний пьезосенсора, автономное или внешнее питание, регистрация, обработка и сохранение информации);

- экспрессно получать информацию о состоянии воздуха, газов в режиме реального времени без пробоотбора и пробоподготовки;

- упростить управление и измерение концентрации газов в режиме «на месте»;

- быстро изменять селективность к определяемым газам;

- расширить аналитические возможности миниатюрного портативного анализатора за счет возможности переключения режимов в зависимости от объектов исследования (полимерные изделия, продукты питания, топливо), в том числе с визуализацией результатов и выводом на дисплей;

- длительное время сохранять эксплуатационные характеристики устройства при широкой вариации свойств анализируемой воздушной среды;

- диагностировать воздух, равновесную газовую фазу над полимерными изделиями, продуктами питания и топливом во внелабораторных условиях в режиме «на месте» с сохранением информации для переноса данных об измерении за счет малых габаритов, имеющейся встроенной памяти.