RU2735058C1 - Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе - Google Patents

Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе Download PDF

Info

Publication number
RU2735058C1
RU2735058C1 RU2020119796A RU2020119796A RU2735058C1 RU 2735058 C1 RU2735058 C1 RU 2735058C1 RU 2020119796 A RU2020119796 A RU 2020119796A RU 2020119796 A RU2020119796 A RU 2020119796A RU 2735058 C1 RU2735058 C1 RU 2735058C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
signal
air
phase
microwave
Prior art date
Application number
RU2020119796A
Other languages
English (en)
Inventor
Игорь Борисович Широков
Елена Игоревна Широкова
Павел Алексеевич Евдокимов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида"
Priority to RU2020119796A priority Critical patent/RU2735058C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2735058C1 publication Critical patent/RU2735058C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано в составе аналитическо-измерительных комплексов непрерывного контроля параметров атмосферы. При контроле изменений содержания вредоносных газов в воздухе микроволновый сигнал, модулированный по амплитуде низкочастотным синхронизирующим сигналом, излучают на контролируемой трассе. Далее микроволновый сигнал принимают ретранслятором и усиливают, затем из него выделяют низкочастотный синхронизирующий сигнал, который используют для синхронизации местного опорного генератора при помощи системы фазовой автоподстройки частоты. Затем в микроволновый сигнал вносят монотонно нарастающий (или убывающий) фазовый сдвиг и далее трансформированный по частоте микроволновый сигнал излучают обратно. После гомодинного преобразования частоты вторично принятого микроволнового сигнала и исходного выделяют низкочастотный информационный сигнал, содержащий информацию об интегральном составе контролируемого воздуха, который с помощью фазового детектора преобразуют в сигнал, пропорциональный набегу фазы микроволнового сигнала. Далее сигнал подают на вход решающего блока, куда также подают сигналы, пропорциональные изменению влажности и температуры воздуха. В решающем блоке производят необходимые вычисления, заключающиеся в вычитании из сигнала фазового детектора сигнала измерителя влажности воздуха с некоторым приведенным коэффициентом, зависящим, в свою очередь, от температуры исследуемого воздуха. При этом на выходе решающего блока получают сигнал, пропорциональный исключительно изменению содержанию в воздухе других газов и взвешенных примесей, оказывающих вредоносное воздействие на живые организмы. Достигается повышение точности и надежности определения. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области электрических измерений и может быть использовано для определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе, которое необходимо при организации производств, предполагающих выброс вредных для здоровья человека газов и пыли.
Известны различные способы контроля состава газовой среды и содержания в ней различной пыли, влаги, паров, органических веществ (угольная пыль, древесная пыль, торф, пары растворителей) и др. компонентов, например: оптические, массово-весовые и ультразвуковые способы (см., например, Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин / A.M. Туричин, Б.Э. Аршанский, И.А. Зограф и др. / Под общей ред. П.В. Новицкого. - М.-Л.: Энергия, 1966. - 690 с). Перечисленные способы обладают рядом недостатков при использовании их в ограниченных, замкнутых пространствах, с периодически работающей вентиляцией, например в шахтах, тоннелях, закрытых помещениях. К недостаткам относятся: слабая защищённость датчиков от пыли, влаги, паров, длительное время измерения и возможность проведения только локального контроля газовой среды. Так, например, примеси газов и пыли в угольных шахтах неравномерно распределены по объёму, поэтому перечисленные датчики могут не обнаружить вовремя выброс подземных газов, либо превышение предельно допустимой концентрации пыли даже на расстоянии нескольких метров от датчика. Это негативно сказывается на состоянии здоровья людей, работающих в этих зонах или находящихся в непосредственной близости от них, а также может привести к взрыву пыли или газа. Это распространяется и на другие виды человеческой деятельности и производства с токсичной и вредной средой, а также на пожароопасные и взрывоопасные производства.
В отличие от перечисленных способов измерения, микроволновые фазометрические способы контроля состава газовой среды дают возможность осуществлять мониторинг состава газовой среды на протяжённых трассах и даже в больших объёмах пространства. Поэтому они представляют особый интерес при осуществлении мониторинга состава воздуха в замкнутых пространствах, в шахтах и тоннелях, для экологического мониторинга окружающего воздуха, а также изучении распространения микроволн в атмосферных каналах связи.
Наиболее близким по технической сути к предполагаемому изобретению является способ контроля изменений интегрального состава газовой среды (патент РФ № 2584970 опубл. в бюл. № 14, 2016).
По этому способу контроля изменений интегрального состава газовой среды генерируют непрерывные микроволновые колебания с частотой
Figure 00000001
. После этого эти колебания подают на амплитудный модулятор, где их модулируют низкочастотными колебаниями с частотой
Figure 00000002
. Далее модулированные по амплитуде микроволновые колебания с частотой
Figure 00000001
подают на микроволновую антенну первичного излучения и вторичного приема, с помощью которой первично излучают эти микроволновые колебания в направлении микроволновой антенны первичного приема и вторичного излучения. При этом первично принятые микроволновые колебания усиливают и подают одновременно на сигнальный вход управляемого микроволнового фазовращателя и на амплитудный детектор. Полученные после демодуляции низкочастотные колебания с частотой
Figure 00000002
, подают на систему фазовой автоподстройки частоты, а сигнал с частотой
Figure 00000003
, полученный путём деления частоты сигнала высокочастотного высокодобротного кварцевого опорного генератора управляемого напряжением, подают на управляющий вход управляемого микроволнового фазовращателя, в котором осуществляют сдвиг частоты микроволнового сигнала с частотой
Figure 00000004
на величину равную частоте
Figure 00000003
. После чего трансформированные по частоте микроволновые колебания излучают при помощи микроволновой антенны первичного приема и вторичного излучения в направлении микроволновой антенны первичного излучения и вторичного приема. Далее микроволновые колебания с частотой
Figure 00000005
принимают и подают на первый вход смесителя, при этом на второй вход смесителя подают исходные микроволновые колебаниями с частотой
Figure 00000004
. После гомодинного преобразования частоты в смесителе преобразованный низкочастотный сигнал с частотой
Figure 00000003
ограничивают по амплитуде в избирательном усилителе-ограничителе и подают на первый вход фазового детектора. На второй вход фазового детектора подают низкочастотный опорный сигнал с частотой
Figure 00000003
, сформированный путём деления частоты высокочастотного высокодобротного кварцевого опорного генератора. Таким образом, на выходе фазового детектора получают сигнал пропорциональный набегу фазы микроволнового сигнала, при его двукратном прохождении измерительной трассы, по изменению которого контролируют изменения интегрального состава газовой среды.
Однако приведенный способ контроля изменений интегрального состава газовой среды не учитывает влагосодержание и температуру исследуемой среды, что не позволяет достичь высокой точности измерений при попытке анализировать изменение содержания вредоносных газов. Такой способ применим для контроля изменений интегрального состава воздуха в шахтах, где влажность воздуха и температура практически постоянны круглые сутки и круглый год. Надо понимать, что изменение содержания паров воды существенно влияют на электродинамические свойства смеси, так как диэлектрическая проницаемость воды много больше диэлектрической проницаемости воздуха в целом и отдельных газов в частности. Таким образом, изменение влагосодержания влияет в большей степени на изменение интегральной диэлектрической проницаемости среды, чем изменение содержания в ней других газов. В результате чего не представляется возможным точно определить изменение содержания вредоносных газов в окружающем воздухе.
В основу изобретения поставлена задача повышения точности определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе. Поставленная цель достигается путём того, что по способу определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе, включающий генерирование непрерывных микроволновых колебаний с частотой f 1
Figure 00000006
, модулирование этих колебаний по амплитуде низкочастотным сигналом с частотой F 1
Figure 00000007
, полученной от кварцевого опорного генератора путем деления его частоты на коэффициент
Figure 00000008
, первичное излучение этих микроволновых модулированных колебаний, первичный прием модулированных микроволновых колебаний, фильтрацию модулированных микроволновых колебаний, усиление модулированных микроволновых колебаний, амплитудное детектирование этих микроволновых колебаний и получение низкочастотного сигнала с частотой F 1
Figure 00000007
, фазовую автоподстройку частоты кварцевого опорного генератора управляемого напряжением путем сравнения частоты и фазы полученного низкочастотного сигнала с частотой F 1
Figure 00000007
 с частотой и фазой сигнала, полученного от кварцевого опорного генератора управляемого напряжением путем деления его частоты на коэффициент
Figure 00000009
, управление сдвигом фазы модулированных микроволновых колебаний частотой f 1
Figure 00000006
 сигналом частотой F 2
Figure 00000010
, полученным от кварцевого опорного генератора управляемого напряжением путем деления его частоты на коэффициент
Figure 00000011
, вторичное излучение трансформированных по частоте и фазе модулированных микроволновых колебаний частотой
Figure 00000012
, вторичный прием трансформированных по частоте и фазе модулированных микроволновых колебаний, перемножение вторично принятых трансформированных по частоте и фазе модулированных микроволновых колебаний с частотой
Figure 00000013
и исходных немодулированных микроволновых колебаний частотой f 1
Figure 00000014
, выделение после гомодинного преобразования в смесителе низкочастотного сигнала с частотой F 2 = f 2 − f 1
Figure 00000015
, ограничение по амплитуде этого низкочастотного сигнала с частотой
Figure 00000016
, измерение разности фаз между полученным низкочастотным сигналом с частотой
Figure 00000016
и опорным низкочастотным сигналом с частотой
Figure 00000016
, полученным от кварцевого опорного генератора путем деления его частоты на коэффициент
Figure 00000017
, получение на выходе фазового детектора сигнала, пропорционального набегу фазы микроволнового сигнала при его двукратном прохождении измерительной трассы, отличающийся тем, что полученный с выхода фазового детектора сигнал подают на первый вход решающего блока, на второй вход которого подают сигнал, пропорциональный влажности контролируемого воздуха, который получают с помощью измерителя влажности воздуха, при этом на третий вход решающего блока подают сигнал, пропорциональный температуре контролируемого воздуха, который получают с помощью измерителя температуры воздуха, после чего в решающем блоке производят вычитание из сигнала, полученного на выходе фазового детектора, значение сигнала, полученного на выходе измерителя влажности воздуха с учетом некоторого приведенного коэффициента, значение которого, в свою очередь, определяют по сигналу, который получают на выходе измерителя температуры воздуха, после чего на выходе решающего блока получают сигнал, пропорциональный изменению содержания вредоносных газов в воздухе, и этот сигнал не зависит от влажности контролируемого воздуха и его температуры.
Сравнение предлагаемого способа с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ выявляет новые технические свойства, которые заключаются в возможности осуществлять мониторинг содержания вредоносных газов в воздухе на протяжённых трассах и в больших объёмах пространства с учётом возможного изменения влажности и температуры воздуха, что позволяет повысить точность определения изменений содержания вредоносных газов в воздухе. Эти свойства предполагаемого изобретения особенно важны для применения в угольных шахтах, на производствах с токсичными и вредными выбросами, а также на пожароопасных и взрывоопасных производствах, где пыль, пары и газы неравномерно распределены по объёму рабочего пространства.
Эти свойства предлагаемого изобретения являются новыми, потому что в способе-прототипе имеются недостатки, которые заключаются в отсутствии определения содержания паров воды в воздухе и его температуры. Эти недостатки обуславливают определение изменения содержания вредоносных газов в воздухе с низкой точностью.
По заявляемому способу после всех преобразований сигнал с выхода фазового детектора подают на первый вход решающего блока, на второй вход которого подают сигнал, пропорциональный влажности воздуха, а на третий вход решающего блока подают сигнал пропорциональный температуре воздуха. После этого на выходе решающего блока получают сигнал пропорциональный изменению диэлектрической проницаемости исследуемой газовой среды без учета изменения содержания влаги в воздухе, а, следовательно, получаемый на выходе решающего блока сигнал пропорционален исключительно изменению содержания в воздухе вредоносных газов.
Указанный способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе можно реализовать с помощью устройства, приведенного на Фиг. 1.
Устройство для определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе содержит генератор микроволновых колебаний 1, кварцевый опорный генератор 2, амплитудный модулятор 3, делители частоты 4, 5, 19 и 20, микроволновые Y-циркуляторы 6 и 12, микроволновую антенну первичного излучения и вторичного приема 7, смеситель 8, избирательный усилитель-ограничитель 9, фазовый детектор 10, микроволновую антенну первичного приема и вторичного излучения 11, полосно-пропускающий фильтр 13, микроволновый усилитель 14, управляемый микроволновый фазовращатель 15, амплитудный детектор 16, частотно-фазовый детектор 17, кварцевый опорный генератор управляемый напряжением 18, решающий блок 22, измеритель влажности воздуха 21, измеритель температуры воздуха 23.
Выход кварцевого опорного генератора 2 соединён с входами делителей частоты 4 и 5, причём выход делителя частоты 4 соединён с модуляционным входом амплитудного модулятора 3, микроволновый вход которого соединён с выходом генератора микроволновых колебаний 1, при этом выход амплитудного модулятора 3 соединён с первым выводом микроволнового Y- циркулятора 6, второй вывод которого соединён с микроволновой антенной первичного излучения и вторичного приема 7, а третий вывод микроволнового Y-циркулятора 6 соединён с первым входом смесителя 8, второй вход которого соединён с выходом генератора микроволновых колебаний 1, при этом выход смесителя 8 соединён с входом избирательного усилителя-ограничителя 9, выход которого соединён с первым входом фазового детектора 10, второй вход которого соединён с выходом делителя частоты 5, при этом выход фазового детектора 10 соединён с первым входом решающего блока 22, второй вход которого соединён с выходом измерителя влажности воздуха 21, при этом третий вход решающего блока 22 соединён с выходом измерителя температуры воздуха 23; при этом выход микроволновой антенны первичного приема и вторичного излучения 11 соединён с первым выводом микроволнового Y-циркулятора 12, второй вывод которого соединён с входом полосно-пропускающего фильтра 13, выход которого соединён с входом микроволнового усилителя 14, выход которого соединён с сигнальным входом управляемого микроволнового фазовращателя 15, а также с входом амплитудного детектора 16, выход которого соединён с первым входом частотно-фазового детектора 17, второй вход которого соединён с выходом делителя частоты 19, при этом выход частотно-фазового детектора 17 соединён с входом управления кварцевого опорного генератора управляемого напряжением 18, выход которого соединён со входами делителей частоты 19 и 20, при этом выход делителя частоты 20 соединён с управляющим входом управляемого микроволнового фазовращателя 15, выход которого соединён с третьим выводом микроволнового Y-циркулятора 12.
Работает устройство, реализующее способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе, следующим образом.
Микроволновые колебания с начальной амплитудой
Figure 00000018
, частотой f 1
Figure 00000019
 и начальной фазой φ 1
Figure 00000020
, описываемые следующим выражением
Figure 00000021
, (1)
с выхода генератора микроволновых колебаний 1 подают на микроволновый вход амплитудного модулятора 3. При этом на модуляционный вход амплитудного модулятора подают низкочастотный синхронизирующий сигнал с частотой F 1
Figure 00000022
, сформированный путём деления частоты сигнала кварцевого опорного генератора 2
Figure 00000023
, (2)
где
Figure 00000024
— частота сигнала кварцевого опорного генератора 2; n
Figure 00000025
 — коэффициент деления делителя частоты 4;
Figure 00000026
— амплитуда синхронизирующего сигнала;
Figure 00000027
— начальная фаза сигнала кварцевого опорного генератора 2.
В результате модулированные по амплитуде микроволновые колебания можно описать при помощи следующего выражения:
Figure 00000028
, (3)
где
Figure 00000029
— коэффициент амплитудной модуляции сигналом амплитудой
Figure 00000030
.
Модулированный по амплитуде микроволновый сигнал с частотой f 1
Figure 00000031
 через микроволновый Y-циркулятор 6 подают на микроволновую антенну первичного излучения и вторичного приема 7, которая первично излучает эти микроволновые колебания в направлении микроволновой антенны первичного приема и вторичного излучения 11. При этом микроволновый сигнал приобретает набег фазы Δ φ
Figure 00000032
 равный
Figure 00000033
, (4)
где
Figure 00000034
— длина измерительной трассы, ε
Figure 00000035
 — относительная диэлектрическая проницаемость исследуемой газовой среды (воздуха), c
Figure 00000036
 — скорость света в вакууме.
Таким образом, первично принятые микроволновые колебания имеют вид:
Figure 00000037
, (5)
где
Figure 00000038
— амплитуда принятых микроволновых колебаний.
Далее принятые микроволновые колебания через микроволновый Y-циркулятор 12 подают на вход полосно-пропускающего фильтра 13, настроенного на частоту f 1
Figure 00000039
, а потом с выхода полосно-пропускающего фильтра 13 на вход микроволнового усилителя 14. Усиленные микроволновые колебания с частотой f 1
Figure 00000040
 демодулируют при помощи амплитудного детектора 16. Полученный таким образом низкочастотный сигнал имеет вид
Figure 00000041
, (6)
в точности повторяющий по частоте и фазе сигнал (2), где значение амплитуды сигнала
Figure 00000042
непринципиально.
Этот сигнал с частотой
Figure 00000043
подают на систему фазовой автоподстройки частоты, состоящую из частотно-фазового детектора 17, кварцевого опорного генератора управляемого напряжением 18 и делителя частоты 19. При этом предполагают, что частота
Figure 00000044
кварцевого опорного генератора управляемого напряжением 18 равна частоте кварцевого опорного генератора 2, а коэффициенты деления частоты n
Figure 00000025
 делителей частоты 4 и 19 равны.
Далее получают низкочастотный опорный сигнал с частотой F 2
Figure 00000045
, которую получают путём деления частоты сигнала кварцевого опорного генератора управляемого напряжением 18 при помощи делителя частоты 20. Этот сигнал описывается выражением
Figure 00000046
, (7)
где m
Figure 00000047
 — коэффициент деления делителя частоты 20,
Figure 00000048
— амплитуда опорного сигнала.
Этот сигнал подают на управляющий вход управляемого микроволнового фазовращателя 15, на сигнальный вход которого подают усиленные микроволновые колебания с частотой f 1
Figure 00000049
 с выхода микроволнового усилителя 14. В управляемом микроволновом фазовращателе 15 в микроволновые колебания с частотой f 1
Figure 00000050
 вносят периодический монотонно нарастающий от 0 до 2 π
Figure 00000051
 (или убывающий) фазовый сдвиг, с периодом равным
Figure 00000052
. При этом можно говорить о сдвиге спектра микроволновых колебаний на так называемую частоту Доплера
Figure 00000053
.
Таким образом, осуществляют сдвиг частоты микроволнового сигнала с частотой f 1
Figure 00000049
 на величину равную частоте
Figure 00000054
в ту ли другую сторону, в зависимости от монотонного нарастания или монотонного убывания вносимого фазового сдвига. Трансформированный по частоте микроволновый сигнал, с частотой
Figure 00000055
имеет следующий вид
Figure 00000056
, (8)
где
Figure 00000057
— амплитуда микроволнового сигнала с учетом усиления в микроволновом усилителе 14 и ослабления в полосно-пропускающем фильтре 13 и управляемом фазовращателе 15.
Этот сигнал через микроволновый Y-циркулятор 12 подают на микроволновую антенну первичного приема и вторичного излучения 11, которая вторично излучает эти микроволновые колебания в направлении микроволновой антенны первичного излучения и вторичного приема 7. При этом микроволновый сигнал приобретает набег фазы равный
Figure 00000058
.
Так как частота F 2
Figure 00000059
 низкочастотного опорного сигнала много меньше частоты f 1
Figure 00000060
 микроволнового измерительного сигнала, то
Figure 00000061
.
Следовательно, набег фазы микроволнового сигнала с частотой f 2
Figure 00000062
 приближённо равен
Figure 00000063
.
Далее принятые микроволновые колебания через микроволновый Y-циркулятор 6 подают на смеситель 8, куда также подают исходные микроволновые колебания с частотой f 1
Figure 00000064
. В смесителе осуществляют гомодинное преобразование частоты. Преобразованный по частоте низкочастотный сигнал описывается следующим выражением
Figure 00000065
, (9)
где
Figure 00000066
— амплитуда низкочастотного сигнала на выходе смесителя.
Этот сигнал усиливают и ограничивают по амплитуде в избирательном усилителе-ограничителе 9 после чего он принимает вид
Figure 00000067
, (10)
где
Figure 00000068
— амплитуда усиленного и ограниченного низкочастотного сигнала.
Этот сигнал подают на вход фазового детектора 10, на опорный вход которого подаётся опорный сигнал с частотой F 2
Figure 00000069
, полученной путём деления частоты
Figure 00000070
кварцевого опорного генератора 2, сигнал которого описывается следующим выражением:
Figure 00000071
, (11)
где m
Figure 00000072
 — коэффициент деления делителя частоты 5.
Таким образом, на выходе фазового детектора 10 получают сигнал пропорциональный разности аргументов сигналов (10) и (11)
Figure 00000073
, (12)
где
Figure 00000074
— коэффициент преобразования фазового детектора 10. При этом сигнал на выходе фазового детектора 10 пропорционален исключительно набегу фазы микроволнового сигнала при его двукратном прохождении измерительной трассы.
Зная длину измерительной трассы
Figure 00000075
, контролируют изменения интегральной относительной диэлектрической проницаемости ε
Figure 00000076
 исследуемой газовой среды.
Однако этот сигнал пропорционален изменению не только содержания в воздухе вредоносных газов, но и влажности воздуха, которая связана с его температурой. Поэтому далее сигнал с выхода фазового детектора 10 подают на первый вход решающего блока 22, на второй вход которого подают сигнал, пропорциональный влажности воздуха. Этот сигнал получают с выхода измерителя влажности воздуха 21. Одновременно на третий вход решающего блока 22 подают сигнал, пропорциональный изменению температуры воздуха, который получают на выходе измерителя температуры воздуха.
В решающем блоке 22 производят вычитание из сигнала, описываемого выражением 12 значение сигнала с выхода измерителя влажности воздуха 21 с учетом некоторого приведенного коэффициента, значение которого, в свою очередь, определяют по сигналу, снимаемому с выхода измерителя температуры воздуха 23. После чего на выходе решающего блока 22 получают сигнал, пропорциональный изменению содержания вредоносных газов в воздухе, и этот сигнал не зависит от влажности контролируемого воздуха и его температуры.
Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с созданием системы, которая дает возможность анализировать свойства среды распространения микроволн по результатам измерений флуктуаций набега фазы микроволновых колебаний. Преимущество данного измерителя, по сравнению с прототипом, заключается в возможности определения изменений содержания в воздухе исключительно посторонних газов и примесей, которые по определению являются вредоносными для человека. При этом проводимые измерения оказываются нечувствительными к изменению содержания паров воды в среде распространения с учетом её температуры. При этом значения влажности и температуры воздуха получают отдельно с помощью известных измерителей влажности и температуры, что позволяет получить точные данные об изменении содержания вредоносных газов в воздухе без погрешности, вызванной изменениями влагосодержания и температуры среды.
Преимущество данного измерителя, по сравнению с другими способами измерения заключается в малом времени и высокой точности измерений и возможности проведения контроля изменений содержания вредоносных газов в воздухе на протяжённых трассах и в больших объёмах рабочих пространств. Эти свойства предполагаемого изобретения особенно важны для применения в угольных шахтах, на производствах с токсичной и вредной средой, а также на пожароопасных и взрывоопасных производствах, где газы, пыль и пары неравномерно распределены по объёму рабочего пространства. Кроме того части данного измерителя могут быть реализованы в компактном исполнении, небольшого веса, с малым энергопотреблением.
Другой аспект повышения эффективности применения предполагаемого изобретения связан с возможностью его использования в составе аналитическо-измерительных комплексов непрерывного контроля параметров атмосферы в замкнутых пространствах, в шахтах и тоннелях, а также в системах непрерывного экологического мониторинга, метеорологии и системах автоматического управления технологическими процессами.

Claims (1)

  1. Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе, включающий генерирование непрерывных микроволновых колебаний с частотой f 1
    Figure 00000077
    , модулирование этих колебаний по амплитуде низкочастотным сигналом с частотой F 1
    Figure 00000078
    , полученной от кварцевого опорного генератора путем деления его частоты на коэффициент
    Figure 00000079
    , первичное излучение этих микроволновых модулированных колебаний, первичный прием модулированных микроволновых колебаний, фильтрацию модулированных микроволновых колебаний, усиление модулированных микроволновых колебаний, амплитудное детектирование этих микроволновых колебаний и получение низкочастотного сигнала с частотой F 1
    Figure 00000078
    , фазовую автоподстройку частоты кварцевого опорного генератора, управляемого напряжением путем сравнения частоты и фазы полученного низкочастотного сигнала с частотой F 1
    Figure 00000078
     с частотой и фазой сигнала, полученного от кварцевого опорного генератора, управляемого напряжением путем деления его частоты на коэффициент
    Figure 00000080
    , управление сдвигом фазы модулированных микроволновых колебаний с частотой f 1
    Figure 00000077
     сигналом частотой F 2
    Figure 00000081
    , полученным от кварцевого опорного генератора, управляемого напряжением путем деления его частоты на коэффициент
    Figure 00000082
    , вторичное излучение трансформированных по частоте и фазе модулированных микроволновых колебаний с частотой
    Figure 00000083
    , вторичный прием трансформированных по частоте и фазе модулированных микроволновых колебаний, перемножение вторично принятых трансформированных по частоте и фазе модулированных микроволновых колебаний с частотой
    Figure 00000084
    и исходных немодулированных микроволновых колебаний частотой с f 1
    Figure 00000085
    , выделение после гомодинного преобразования в смесителе низкочастотного сигнала с частотой F 2 = f 2 − f 1
    Figure 00000086
    , ограничение по амплитуде этого низкочастотного сигнала с частотой
    Figure 00000087
    , измерение разности фаз между полученным низкочастотным сигналом с частотой
    Figure 00000087
    и опорным низкочастотным сигналом с частотой
    Figure 00000087
    , полученным от кварцевого опорного генератора путем деления его частоты на коэффициент
    Figure 00000088
    , получение на выходе фазового детектора сигнала, пропорционального набегу фазы микроволнового сигнала при его двукратном прохождении измерительной трассы, отличающийся тем, что полученный с выхода фазового детектора сигнал подают на первый вход решающего блока, на второй вход которого подают сигнал, пропорциональный влажности контролируемого воздуха, который получают с помощью измерителя влажности воздуха, при этом на третий вход решающего блока подают сигнал, пропорциональный температуре контролируемого воздуха, который получают с помощью измерителя температуры воздуха, после чего в решающем блоке производят вычитание из сигнала, полученного на выходе фазового детектора, значения сигнала, полученного на выходе измерителя влажности воздуха с учетом некоторого приведенного коэффициента, значение которого, в свою очередь, определяют по сигналу, который получают на выходе измерителя температуры воздуха, после чего на выходе решающего блока получают сигнал, пропорциональный изменению содержания вредоносных газов в воздухе, и этот сигнал не зависит от влажности контролируемого воздуха и его температуры.
RU2020119796A 2020-06-16 2020-06-16 Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе RU2735058C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119796A RU2735058C1 (ru) 2020-06-16 2020-06-16 Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020119796A RU2735058C1 (ru) 2020-06-16 2020-06-16 Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2735058C1 true RU2735058C1 (ru) 2020-10-27

Family

ID=72949021

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020119796A RU2735058C1 (ru) 2020-06-16 2020-06-16 Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2735058C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747263C1 (ru) * 2020-11-11 2021-05-04 Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" Способ контроля изменения состава воздушной среды

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94019267A (ru) * 1994-05-25 1996-04-20 В.А. Лысых Способ контроля радиоактивного заражения воздуха и земли
RU2184956C2 (ru) * 2000-07-03 2002-07-10 Липецкий государственный технический университет Способ определения хлорфенолов в воздухе в присутствии фенола
RU2281483C1 (ru) * 2005-07-11 2006-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия Способ определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны
US7146857B2 (en) * 2003-11-24 2006-12-12 Hok Instrument Ab Real time analysis for gas mixtures
RU2377551C2 (ru) * 2007-12-10 2009-12-27 Алексей Владимирович Шапошник Способ селективного определения ацетона в воздухе
RU2396555C1 (ru) * 2009-08-31 2010-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" Способ определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны
RU2584970C1 (ru) * 2016-03-21 2016-05-20 Игорь Борисович Широков Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды
RU2594342C1 (ru) * 2016-04-18 2016-08-10 Игорь Борисович Широков Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94019267A (ru) * 1994-05-25 1996-04-20 В.А. Лысых Способ контроля радиоактивного заражения воздуха и земли
RU2184956C2 (ru) * 2000-07-03 2002-07-10 Липецкий государственный технический университет Способ определения хлорфенолов в воздухе в присутствии фенола
US7146857B2 (en) * 2003-11-24 2006-12-12 Hok Instrument Ab Real time analysis for gas mixtures
RU2281483C1 (ru) * 2005-07-11 2006-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия Способ определения паров масляной кислоты в присутствии пальмитиновой и стеариновой кислот в воздухе рабочей зоны
RU2377551C2 (ru) * 2007-12-10 2009-12-27 Алексей Владимирович Шапошник Способ селективного определения ацетона в воздухе
RU2396555C1 (ru) * 2009-08-31 2010-08-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежская государственная технологическая академия" Способ определения паров метилацетата в присутствии бензилацетата в воздухе рабочей зоны
RU2584970C1 (ru) * 2016-03-21 2016-05-20 Игорь Борисович Широков Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды
RU2594342C1 (ru) * 2016-04-18 2016-08-10 Игорь Борисович Широков Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2747263C1 (ru) * 2020-11-11 2021-05-04 Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" Способ контроля изменения состава воздушной среды

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kreuzer et al. Air pollution: sensitive detection of ten pollutant gases by carbon monoxide and carbon dioxide lasers
Barrick FM/CW radar signals and digital processing
US4061918A (en) Measurement of low concentration gases
CN104237258B (zh) 用于气体吸收频谱检测的校准方案
WO1993019357A1 (en) Remote active vapor concentration measurement system
CN104126106A (zh) 一种用于气体感测的免校准扫描波长调制光谱的方法
Wang et al. Wavelength-stabilization-based photoacoustic spectroscopy for methane detection
RU2735058C1 (ru) Способ определения изменения содержания вредоносных газов в воздухе
WO2014029663A1 (en) Gas analysis apparatus and method
CN105466956B (zh) 利用微波信号检测粮食中的水分含量的方法和装置
US10670517B2 (en) Wavelength modulation spectroscopy gas sensor calibration
Mappé et al. A quantum cascade laser absorption spectrometer devoted to the in situ measurement of atmospheric N2O and CH4 emission fluxes
Iseki A portable remote methane detector using an InGaAsP DFB laser
RU2584970C1 (ru) Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды
Wang et al. Rapid field measurement of ventilation rate using a quartz-enhanced photoacoustic SF6 gas sensor
US4972699A (en) Method and apparatus for analysis by means of microwaves
RU2594342C1 (ru) Способ контроля изменений интегрального состава газовой среды
WO2018064821A1 (en) Distributed optical fiber gas sensor
WO2016094941A1 (en) Laser frequency control and sensing system
US3866118A (en) Microwave spectrometer
US20090116027A1 (en) Apparatus and method for the detection of molecules
RU2747263C1 (ru) Способ контроля изменения состава воздушной среды
Ristori et al. Development of a high spectral resolution lidar using a multi-mode laser and a tunable interferometer
Grund et al. Optical autocovariance direct detection lidar for simultaneous wind, aerosol, and chemistry profiling from ground, air, and space platforms
Dinovitser et al. Towards quantitative atmospheric water vapor profiling with differential absorption lidar