UA122920C2 - OPTOELECTRONIC SENSOR - Google Patents

Abstract

Винахід належить до аналітичного приладобудування і може бути застосований при розробці стаціонарних та малогабаритних інфрачервоних газоаналізаторів для виміру концентрацій газів. Оптоелектронний сенсор містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, внутрішня поверхня якої дифузно розсіює світло, розміщені всередині кювети світлорозсіюючий екран і активні елементи випромінювання, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу, та фотоприймач. Cвітлорозсіюючий екран містить з обох сторін щонайменше по два активні елементи випромінювання та активний елемент фотоприймача, які знаходиться в безпосередньому контакті з оптичними покриттями. Активні елементи випромінювання, які розміщені на одній із сторін світлорозсіюючого екрана, та активний елемент фотоприймача, який розміщений із іншої його сторони, здатні активуватися одночасно та здатні працювати з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу. Запропонований оптоелектронний сенсор дозволяє вимірювати концентрації аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні температур з підвищеною надійністю.The invention relates to analytical instrumentation and can be used in the development of stationary and small infrared gas analyzers for measuring gas concentrations. The optoelectronic sensor contains a cuvette in the form of an integrating sphere, the inner surface of which diffusely scatters light, placed inside the cuvette light scattering screen and active radiation elements that are able to emit at maxima at wavelengths consistent with wavelength at maximum The light scattering screen contains on both sides at least two active elements of radiation and an active element of the photodetector, which are in direct contact with the optical coatings. The active elements of the radiation, which are located on one side of the light scattering screen, and the active element of the photodetector, which is located on the other side, are able to be activated simultaneously and are able to work with the same or different frequency and duration. The proposed optoelectronic sensor allows to measure the concentrations of the analyzed gases with a given accuracy and sensitivity in a wide range of temperatures with increased reliability.

Description

Винахід належить до сфери аналітичного приладобудування і може бути застосований при розробці стаціонарних та малогабаритних інфрачервоних газоаналізаторів для виміру концентрацій найбільш поширених забруднюючих атмосферу газів, які є в складі відпрацьованих газів транспортних засобів, промислових підприємств, енергетичних установок та виділяються при неповному згоранні палива у печі або каміні та на початковій стадії пожежі.The invention belongs to the field of analytical instrumentation and can be used in the development of stationary and small-sized infrared gas analyzers for measuring the concentrations of the most common air polluting gases that are part of the exhaust gases of vehicles, industrial enterprises, power plants and are released during incomplete combustion of fuel in a furnace or fireplace and at the initial stage of the fire.

Метод інфрачервоної (ІЧ)-спектроскопії широко використовується на практиці для аналізу концентрацій у складі багатокомпонентних газових сумішей і є одними з найбільш точних і надійних. Наявність вузьких селективних смуг поглинання різної інтенсивності в середній ІЧ- області спектра, характерних для метану, окису й двоокису вуглецю, окисів сірки й азоту, дозволяє вибирати оптимальні умови виміру їх концентрацій, а також розробити оптоелектронну елементну базу й прилади газового аналізу з високими селективними можливостями. Використання напівпровідникових джерел і детекторів ІЧ-випромінювання на область спектра 2,5-5,0 мкм, які працюють при кімнатних температурах, дозволяє істотно підвищити чутливість, селективність, швидкодію і надійність багатофункціональних приладів газового аналізу та значно зменшити габарити й матеріалоємність.The method of infrared (IR) spectroscopy is widely used in practice for the analysis of concentrations in multicomponent gas mixtures and is one of the most accurate and reliable. The presence of narrow selective absorption bands of different intensities in the mid-IR region of the spectrum, characteristic of methane, carbon monoxide and dioxide, sulfur and nitrogen oxides, allows choosing optimal conditions for measuring their concentrations, as well as developing an optoelectronic element base and gas analysis devices with high selective capabilities . The use of semiconductor sources and detectors of IR radiation in the range of 2.5-5.0 μm of the spectrum, which work at room temperatures, allows to significantly increase the sensitivity, selectivity, speed and reliability of multifunctional devices for gas analysis and significantly reduce the dimensions and material consumption.

Відомий інфрачервоний датчик газу (|, що містить інфрачервоний випромінювач, інфрачервоний детектор і вимірювальну кювету. Оптичні осі випромінювача й детектора перебувають в одному напрямку. Інфрачервоне випромінювання відхиляється за допомогою сферичної або параболічної поверхні на 90 градусів у вигляді паралельного світлового пучка в напрямку оптичної осі детектора й фокусується на детекторі за допомогою додаткової сферичної або параболічної поверхні, у фокусах яких знаходяться випромінювач і детектор. Усі поверхні, що контактують із випромінюванням, покриті шаром речовини, що відбиває інфрачервоне випромінювання. Технічним результатом інфрачервоного датчика газу є створення компактного датчика, який підходить для встановлення на друкованій платі.A known infrared gas sensor (|, which contains an infrared emitter, an infrared detector and a measuring cuvette. The optical axes of the emitter and detector are in the same direction. Infrared radiation is deflected by a spherical or parabolic surface by 90 degrees in the form of a parallel light beam in the direction of the optical axis of the detector and is focused on the detector by means of an additional spherical or parabolic surface, at the foci of which the emitter and the detector are located. All surfaces in contact with the radiation are covered with a layer of material that reflects infrared radiation. The technical result of the infrared gas sensor is to create a compact sensor that is suitable for installation on a printed circuit board.

Недоліками цього інфрачервоного датчика газу є низька надійність, викликана невизначеністю реальної довжини оптичного шляху в кюветі за рахунок відбивання світлового потоку від сферичних або параболічних поверхонь та бокових стінок вимірювальної кювети й взаємного розташування випромінювача і детектора, розміщення отворів на поверхні вимірювальної кювети, що збільшує нерівномірність заповнення аналізованим газом і неповнеThe disadvantages of this infrared gas sensor are low reliability caused by the uncertainty of the actual length of the optical path in the cuvette due to the reflection of the light flux from the spherical or parabolic surfaces and side walls of the measuring cuvette and the mutual location of the emitter and detector, the placement of holes on the surface of the measuring cuvette, which increases the unevenness of filling analyzed gas and incomplete

Зо використання світлового потоку при вимірюванні концентрації аналізованого газу, що приводить до зменшення чутливості та точності вимірів. Недоліком даного датчика є також низька температурна стабільність за рахунок рознесення в просторі випромінювача і детектора.From the use of light flux when measuring the concentration of the analyzed gas, which leads to a decrease in the sensitivity and accuracy of the measurements. The disadvantage of this sensor is also low temperature stability due to the spatial separation of the emitter and detector.

Відомий пристрій для оптичного аналізу газів (2), що містить щонайменше три увігнутих дзеркала з сферичною поверхнею, які розміщені з можливістю обертатися симетрично відносно центральної осі у вимірювальній камері. Світловий промінь від джерела випромінювання направлений на дзеркальну поверхню вимірювальної камери так, що його відбитий промінь фокусується в центрі другої поверхні дзеркала і розфокусованим знову фокусується на іншій дзеркальній поверхні та через вихідний отвір попадає на детектор випромінювання. Технічним результатом даного пристрою є створення компактного пристрою із невеликим об'ємом вимірювальної камери, коротким часом її продувки та збільшеною довжиною шляху оптичного поглинання.A known device for the optical analysis of gases (2) containing at least three concave mirrors with a spherical surface, which are arranged to rotate symmetrically about a central axis in the measuring chamber. The light beam from the radiation source is directed to the mirror surface of the measuring chamber in such a way that its reflected beam is focused in the center of the second surface of the mirror and, defocused, refocuses on the other mirror surface and enters the radiation detector through the output hole. The technical result of this device is the creation of a compact device with a small volume of the measuring chamber, a short time of its purging and an increased length of the path of optical absorption.

Недоліками даного пристрою для оптичного аналізу газів є низька надійність, викликана наявністю сферичних дзеркальних поверхонь, що обертаються, та оптичних елементів поза вимірювальною камерою, зменшення чутливості й точності вимірів за рахунок нерівномірності розсіювання світлових потоків від сферичних дзеркальних поверхонь і неповного їх використання, нерівномірність заповнення вимірювальної кювети аналізованим газом та низька температурна стабільність вимірювань за рахунок рознесення в просторі джерела випромінювання і детектора.The disadvantages of this device for the optical analysis of gases are low reliability caused by the presence of rotating spherical mirror surfaces and optical elements outside the measuring chamber, a decrease in sensitivity and accuracy of measurements due to uneven scattering of light fluxes from spherical mirror surfaces and their incomplete use, uneven filling of the measuring chamber cuvettes with the analyzed gas and low temperature stability of measurements due to the spatial dispersion of the radiation source and the detector.

Відомий газоаналізатор І|ЗЇ, що вибраний як прототип, який містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, джерела випромінювання, які розміщені всередині кювети так, що їх випромінювання направлене в протилежну сторону по відношенню до приймача випромінювання, який знаходиться на корпусі інтегруючої сфери. Технічним результатом даного газоаналізатора є підвищення чутливості, точності та швидкодії газоаналізатора при вимірюванні концентрації різних газів, а також температурна стабілізація його роботи.The well-known I|ZI gas analyzer, which was chosen as a prototype, contains a cuvette in the form of an integrating sphere, radiation sources that are placed inside the cuvette so that their radiation is directed in the opposite direction to the radiation receiver, which is located on the body of the integrating sphere. The technical result of this gas analyzer is an increase in the sensitivity, accuracy and speed of the gas analyzer when measuring the concentration of various gases, as well as temperature stabilization of its operation.

Недоліками даного газоаналізатора є взаємне розміщення джерела випромінювання, приймача випромінювання і світлорозсіюючого екрана, яке приводить до нерівномірності розсіювання випромінювання у різних частинах сфери та разом із наявністю додаткового отвору на корпусі кювети, у якому розміщений приймач випромінювання не дозволяє в повній мірі використати світловий потік і одержати рівномірний його розподіл всередині кювети, що бо зменшує чутливість й точність вимірів. Недоліком даного газоаналізатора є також низька температурна стабільність за рахунок рознесення в просторі джерел і приймача випромінювання.The disadvantages of this gas analyzer are the mutual location of the radiation source, radiation receiver, and light-scattering screen, which leads to uneven radiation scattering in different parts of the sphere, and together with the presence of an additional hole on the cuvette body, in which the radiation receiver is placed, does not allow to fully use the light flux and obtain its uniform distribution inside the cuvette, which reduces the sensitivity and accuracy of measurements. The disadvantage of this gas analyzer is also low temperature stability due to the spatial dispersion of radiation sources and receivers.

В основу винаходу поставлена задача створити оптоелектронний сенсор, який дозволяє вимірювати концентрації аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні температур та підвищити його надійність.The invention is based on the task of creating an optoelectronic sensor that allows measuring the concentrations of analyzed gases with specified accuracy and sensitivity in a wide range of temperatures and increasing its reliability.

Поставлена задача вирішується тим, що оптоелектронний сенсор містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, внутрішня поверхня якої дифузно розсіює світло, розміщені всередині кювети світлорозсіюючий екран і активні елементи випромінювання, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу та фотоприймач, світлорозсіюючий екран містить з обох сторін щонайменше по два активні елементи випромінювання та активний елемент фотоприймача, які знаходиться в безпосередньому контакті з оптичними покриттями із наперед заданим показником заломлення, причому активні елементи випромінювання, які розміщені на одній із сторін світлорозсіюючого екрана та активний елемент фотоприймача, який розміщений із іншої його сторони активуються одночасно та здатні працювати з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу.The task is solved by the fact that the optoelectronic sensor contains a cuvette in the form of an integrating sphere, the inner surface of which diffusely scatters light, a light-scattering screen and active radiation elements are placed inside the cuvette, which are capable of emitting in maxima at wavelengths consistent with the wavelength in the maximum of the intrinsic absorption band of the analyzed gas and a photoreceptor, the light-scattering screen contains at least two active radiation elements and an active photoreceptor element on both sides, which are in direct contact with optical coatings with a predetermined refractive index, and the active radiation elements that are placed on one side of the light-scattering screen and an active the element of the photo receiver, which is placed on the other side of it, are activated simultaneously and are able to work with the same or different frequency and duration of time.

Використання щонайменше по два активних елементи (АЕ) випромінювання, які знаходяться із різних сторін на світлорозсіюючому екрані, дозволяє отримати в різні моменти часу незалежні світлові потоки по всій поверхні інтегруючої сферичної кювети, що приводить до підвищення освітленості всередині кювети та забезпечення заданої точності й чутливості при вимірюванні концентрації аналізуючого газу.The use of at least two active radiation elements (AEs), which are located from different sides on the light-scattering screen, allows to obtain independent light fluxes across the entire surface of the integrating spherical cuvette at different moments of time, which leads to an increase in the illumination inside the cuvette and ensuring the specified accuracy and sensitivity at measuring the concentration of the analyzing gas.

Розміщення фотоприймачів всередині кювети дозволило збільшити кількість світлового потоку, який попадає на них, а їх розташування на світлорозсіюючому екрані таким чином, що вони знаходяться з різних сторін по відношенню до відповідних АЕ випромінювання забезпечило підвищення співвідношення сигнал/шум при проведенні вимірювань.Placing the photodetectors inside the cuvette made it possible to increase the amount of light that falls on them, and their location on the light-scattering screen in such a way that they are on different sides in relation to the corresponding AEs of radiation ensured an increase in the signal-to-noise ratio during measurements.

Вимірювання концентрації аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю відбувається також за рахунок того, що активні елементи (АЕ) випромінювання та АЕ фотоприймача знаходиться в безпосередньому контакті з оптичним покриттям із наперед заданим показником заломлення, що суттєво підвищує випромінювальну здатність АЕ та спектральну чутливість АЕThe measurement of the concentration of the analyzed gases with the specified accuracy and sensitivity is also due to the fact that the active elements (AE) of the radiation and the AE of the photoreceiver are in direct contact with the optical coating with a predetermined refractive index, which significantly increases the emissivity of the AE and the spectral sensitivity of the AE

Зо фотоприймача. Крім цього, використання оптичного покриття забезпечує герметизацію АЕ, що підвищує надійність роботи оптоелектронного сенсора з різними аналізованими газами.From the photo receiver. In addition, the use of an optical coating ensures the sealing of the AE, which increases the reliability of the optoelectronic sensor with various analyzed gases.

Вимірювання концентрації газів в широкому діапазоні температур із заданою точністю і чутливістю у випадку неузгодженості спектра АЕ випромінювання і спектральної чутливості фотоприймача по відношенню до спектра поглинання аналізуючого газу під дією температури оточуючого середовища досягається за рахунок отого, що вони знаходяться на світлорозсіюючому екрані та одночасно зазнають однакових змін, не пов'язаних з поглинанням аналізуючого газу. В процесі обробки електричних сигналів з виходу фотоприймача ці зміни взаємокомпенсуються. Здатність АЕ працювати з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу забезпечує покращений температурний режим їх роботи. Крім цього, така робота АЕ дозволяє підвищити надійність та енергоефективність оптоелектронного сенсора, що особливо вважливо при його використанні як виносного датчика в польових умовах або переносних багатофункціональних приладах газового аналізу.Measurement of the concentration of gases in a wide range of temperatures with a given accuracy and sensitivity in case of inconsistency of the AE radiation spectrum and the spectral sensitivity of the photodetector in relation to the absorption spectrum of the analyzing gas under the influence of the ambient temperature is achieved due to the fact that they are on the light-scattering screen and simultaneously undergo the same changes , not related to the absorption of the analyzing gas. In the process of processing electrical signals from the output of the photodetector, these changes are mutually compensated. The ability of AEs to work with the same or different periodicity and duration of time ensures an improved temperature regime of their operation. In addition, such operation of the AE allows to increase the reliability and energy efficiency of the optoelectronic sensor, which is especially important when it is used as a remote sensor in field conditions or portable multifunctional gas analysis devices.

Приведені вище нові ознаки дозволяють створити оптоелектронний сенсор, який вимірює концентрацію аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні температур та підвищити його надійність.The above-mentioned new features make it possible to create an optoelectronic sensor that measures the concentration of analyzed gases with specified accuracy and sensitivity in a wide temperature range and to increase its reliability.

На кресленні представлена функціональна схема оптоелектронного сенсора.The drawing shows the functional scheme of the optoelectronic sensor.

Сферична 1 кювета з внутрішнім дифузно розсіюючим світло покриттям містить отвори 2 подачі аналізованого газу та отвори З виходу аналізованого газу. Світлорозсіюючий 5 екран механічно закріплений до дифузно розсіюючої світло 4 трубки. З обох сторін світлорозсіюючого 5 екрана розміщені АЕ випромінювання, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газуSpherical cuvette 1 with an internal diffuse light-scattering coating contains holes 2 for the supply of the analyzed gas and holes C for the output of the analyzed gas. The light-scattering 5 screen is mechanically attached to the diffusely scattering light 4 tube. On both sides of the light-scattering screen 5, AE radiation is placed, which is capable of emitting in maxima at wavelengths consistent with the wavelength in the maximum of the inherent absorption band of the analyzed gas

АЕ 6 ї АЕ 8, АЕ фотоприймача 7 та АЕ 9 і АЕ 11, АЕ фотоприймача 10 відповідно. Активні елементи випромінювання АЕ 6 і АЕ 8 та АЕ фотоприймача 10 активуються одночасно. В інший момент часу одночасно активуються АЕ випромінювання АЕ 9 і АЕ 11 та АЕ фотоприймача 7.AE 6 and AE 8, AE of photoreceiver 7 and AE 9 and AE 11, AE of photoreceiver 10, respectively. Active radiation elements AE 6 and AE 8 and AE photoreceiver 10 are activated simultaneously. At another point in time, AEs of radiation AE 9 and AE 11 and AE of photoreceiver 7 are simultaneously activated.

Оптоелектронний сенсор працює наступним чином.The optoelectronic sensor works as follows.

В початковий момент часу активуються АЕ випромінювання, наприклад АЕ б і АЕ 8 та АЕ фотоприймача 10. Утворений АЕ 6 і АЕ 8 світловий потік потрапляє в порожнину кювети 1 у вигляді інтегруючої сфери, де, відбиваючись та розсіюючись від стінок та світлорозсіюючого 5 екрана, що попереджає потрапляння прямих променів від АЕ випромінювання на АЕ 60 фотоприймача 10, взаємодіє або з повітрям чи газом, який не поглинає випромінювання від АЕAt the initial moment of time, AE radiations are activated, for example AE b and AE 8 and AE of the photoreceiver 10. The light flux formed by AE 6 and AE 8 enters the cavity of the cuvette 1 in the form of an integrating sphere, where, reflecting and scattering from the walls and the light-scattering screen 5, which prevents direct rays from AE radiation from entering AE 60 of photoreceiver 10, interacts with air or gas that does not absorb radiation from AE

6 і АЕ 8 (при калібровці АЕ фотоприймача 10), або з газом, що аналізується (при вимірюванні його концентрації). При цьому на стінках сфери встановлюється певний рівень освітленості, який не змінюється при проведенні калібрування АЕ фотоприймача 10 або пропорційний послабленню випромінювання в аналізованому газі при проведенні вимірювання. Після цього, випромінювання від АЕ б і АЕ 8 потрапляє на АЕ фотоприймача 10. Сигнал на виході АЕ фотоприймача 10 пропорційний величині падаючого на нього світлового потоку, а зміна інтенсивності випромінювання при проходженні через аналізований газ і відповідно зміна сигналу на його виході є мірою концентрації аналізованого газу Сі.6 and AE 8 (when calibrating the AE photodetector 10), or with the gas being analyzed (when measuring its concentration). At the same time, a certain level of illumination is set on the walls of the sphere, which does not change during the calibration of AE of the photodetector 10 or is proportional to the attenuation of radiation in the analyzed gas during the measurement. After that, the radiation from AE b and AE 8 falls on the AE of the photodetector 10. The signal at the output of the AE of the photodetector 10 is proportional to the magnitude of the light flux falling on it, and the change in the intensity of the radiation when passing through the analyzed gas and, accordingly, the change in the signal at its output is a measure of the concentration of the analyzed Si gas.

В наступний момент часу активуються АЕ випромінювання АЕ 9 і АЕ 11 та АЕ фотоприймача 7. Утворений АЕ 9 і АЕ 11 світловий потік потрапляє в порожнину кювети 1 у вигляді інтегруючої сфери, де, відбиваючись та розсіюючись від стінок та світлорозсіюючого 5 екрана, що попереджає потрапляння прямих променів від АЕ випромінювання на АЕ фотоприймача 7, взаємодіє або з повітрям чи газом, який не поглинає випромінювання від АЕ 9 і АЕ 11 (при калібровці АЕ фотоприймача 7), або з газом, що аналізується (при вимірюванні його концентрації). При цьому на стінках сфери встановлюється певний рівень освітленості, який не змінюється при проведенні калібрування АЕ фотоприймача 7 або пропорційний послабленню випромінювання в аналізованому газі при проведенні вимірювання. Після цього випромінювання від АЕ 9 ії АЕ 11 потрапляє на АЕ фотоприймача 7. Сигнал на виході АЕ фотоприймача 7 пропорційний величині падаючого на нього світлового потоку, а зміна інтенсивності випромінювання при проходженні через аналізований газ і відповідно зміна сигналу на його виході є мірою концентрації аналізованого газу С».At the next moment of time, the AE radiations of AE 9 and AE 11 and the AE of the photoreceiver 7 are activated. The light flux formed by AE 9 and AE 11 enters the cavity of the cuvette 1 in the form of an integrating sphere, where, reflecting and scattering from the walls and the light-scattering screen 5, which prevents entry direct rays from the AE radiation on the AE of photodetector 7, interacts either with air or gas that does not absorb radiation from AE 9 and AE 11 (when calibrating the AE of photoreceiver 7), or with the gas being analyzed (when measuring its concentration). At the same time, a certain level of illumination is set on the walls of the sphere, which does not change during the calibration of AE of the photodetector 7 or is proportional to the attenuation of radiation in the analyzed gas during the measurement. After that, the radiation from AE 9 and AE 11 falls on the AE of the photodetector 7. The signal at the output of the AE of the photodetector 7 is proportional to the magnitude of the light flux falling on it, and the change in the intensity of the radiation when passing through the analyzed gas and, accordingly, the change in the signal at its output is a measure of the concentration of the analyzed gas WITH".

Кінцевий результат виміряної концентрації аналізованого газу визначається за формулоюThe final result of the measured concentration of the analyzed gas is determined by the formula

С-1/2(СтівС»).C-1/2 (StivS").

Як АЄЕ випромінювання та АЄЕ фотоприймача були використані напівпровідникові гетероструктури з утвореними р-п-переходами СаіІпА5ЗБ/АІбалбвр она основі бар,Semiconductor heterostructures with formed p-p junctions SiIpA5ZB/AIbalbvr based on bar were used as AEE of radiation and AEE of photoreceiver.

ІпАЗЗБЛЛПАЗОрР вна основі ІпА5 та одержані на основі твердих розчинів епітаксіальних гетероструктур ІпсСадвз/пА5 і ІпА55ОР/ЛпА5. Неперервний ряд твердих розчинів дозволяє одержати АЕ з р-п-переходами, які працюють в області спектра 2,5-5,0 мкм. Внутрішня поверхня інтегруючої сфери, яка дифузно розсіює світло, одержана з використанням м'ятої алюмінієвої фольги, коефіцієнт дифузного відбивання якої становив 0,90-0,92 і визначався за допомогою каліброваного фотоприймача. Модуляція світлового потоку забезпечується активацією АЕ випромінювання змінним струмом величиною 200 тА та частотою до 100 кГц.IpAZZBLLPAZORP based on IpA5 and obtained on the basis of solid solutions of epitaxial heterostructures IpsSadvz/pA5 and IpA55OR/LpA5. A continuous series of solid solutions makes it possible to obtain AE with p-p transitions that work in the 2.5-5.0 μm spectrum. The inner surface of the integrating sphere, which diffusely scatters light, was obtained using crumpled aluminum foil, the coefficient of diffuse reflection of which was 0.90-0.92 and was determined using a calibrated photodetector. The modulation of the light flux is provided by the activation of AE radiation with an alternating current of 200 tA and a frequency of up to 100 kHz.

Мінімальна вимірювана концентрація СН». у повітрі була не менше 200-250 ррт, а мінімально зафіксована концентрація СО» у повітрі складала 50-100 ррт.The minimum measured concentration of CH". in the air was at least 200-250 ppt, and the minimum recorded concentration of CO" in the air was 50-100 ppt.

Для підвищення точності, чутливості та надійності вимірювань в широкому діапазоні температур, оптоелектронний сенсор додатково містить АЕ, здатних випромінювати в максимумах на одній або різних довжинах хвиль поза максимумами смуг власного поглинання аналізованих газів. Використання таких додаткових випромінюючих АЕ дозволяє проводити вимірювання концентрації аналізованих газів без додаткового прокачування через вимірювальну кювету повітря або інертного газу та створити опорний канал. Крім цього, таке використання випромінюючих АЕ зумовлене також особливістю вимірювання концентрацій аналізованих газів із суттєво різною поглинаючою світлове випромінювання здатністю. Опорний канал, наприклад, утворюють АЕ, що випромінюють у максимумах з довжинами хвиль Х-3,80 мкм, яка не співпадає з довжинами хвиль селективних смуг власного поглинання аналізованих газів СНа та СО».To increase the accuracy, sensitivity and reliability of measurements in a wide range of temperatures, the optoelectronic sensor additionally contains AEs capable of emitting in maxima at one or different wavelengths outside the maxima of the intrinsic absorption bands of the analyzed gases. The use of such additional emitting AEs allows you to measure the concentration of the analyzed gases without additional pumping through the measuring cuvette of air or inert gas and to create a reference channel. In addition, this use of emitting AEs is also due to the peculiarity of measuring the concentrations of the analyzed gases with significantly different light absorption capacity. The reference channel, for example, is formed by AEs emitting in maxima with wavelengths of Х-3.80 μm, which does not coincide with the wavelengths of the selective bands of intrinsic absorption of the analyzed gases СНа and СО».

Для підвищення точності, чутливості та надійності вимірювань в широкому діапазоні температур, щонайменше два приймаючі випромінювання активні елементи, мають різну спектральну чутливість. Використання таких фотоприймачів дозволяє краще узгодити їх спектральні чутливості по відношенню до спектрів випромінювання АЕ і спектрів поглинання аналізованих газів у широкому діапазоні температур і умов оточуючого середовища.To increase the accuracy, sensitivity and reliability of measurements in a wide range of temperatures, at least two radiation-receiving active elements have different spectral sensitivities. The use of such photodetectors makes it possible to better match their spectral sensitivities in relation to the AE emission spectra and the absorption spectra of the analyzed gases in a wide range of temperatures and ambient conditions.

Запропонований оптоелектронний сенсор дозволяє вимірювати концентрації аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні температур та підвищити його надійність.The proposed optoelectronic sensor allows you to measure the concentrations of analyzed gases with specified accuracy and sensitivity in a wide range of temperatures and increase its reliability.

Джерела інформації: 1. Патент ОЕ 10200908, 501 3/42, 501М 21/3504, Опуб. 2003.07.31. 2. Патент УМО 0293141, Б01М 21/03, Опуб. 2002.11.21. 3. Патент України Мо 81704, З01М 21/59, 01М 21/61, Опуб. 2008.25.01.Sources of information: 1. Patent OE 10200908, 501 3/42, 501M 21/3504, Pub. 2003.07.31. 2. UMO patent 0293141, B01M 21/03, Pub. 2002.11.21. 3. Patent of Ukraine Mo 81704, З01М 21/59, 01М 21/61, Pub. 2008.01.25.

Claims (3)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION 1. Оптоелектронний сенсор, що містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, внутрішня поверхня якої дифузно розсіює світло, розміщені всередині кювети світлорозсіюючий екран і активні елементи випромінювання, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль, узгоджених з довжиною хвилі в максимумі, смуги власного поглинання аналізованого газу, та фотоприймач, який відрізняється тим, що світлорозсіюючий екран містить з обох сторін щонайменше по два активні елементи випромінювання та активний елемент фотоприймача, які знаходяться в безпосередньому контакті з оптичними покриттями із наперед заданим показником заломлення, причому активні елементи випромінювання, які розміщені на одній із сторін світлорозсіюючого екрана, та активний елемент фотоприймача, який розміщений із іншої його сторонни, виконані з можливістю активуватися одночасно та працювати з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу.1. An optoelectronic sensor containing a cuvette in the form of an integrating sphere, the inner surface of which diffusely scatters light, a light-scattering screen and active radiation elements are placed inside the cuvette, which are capable of emitting in maxima at wavelengths consistent with the wavelength of the maximum, the intrinsic absorption bands of the analyte gas, and a photoreceptor, which is characterized by the fact that the light-scattering screen contains on both sides at least two active radiation elements and an active photoreceptor element that are in direct contact with optical coatings with a predetermined refractive index, and the active radiation elements that are placed on one from the sides of the light-scattering screen, and the active element of the photoreceiver, which is placed from its other side, are made with the possibility of being activated simultaneously and working with the same or different periodicity and duration of time. 2. Оптоелектронний сенсор за п. 1, який відрізняється тим, що додатково містить активні елементи, які здатні випромінювати в максимумах на одній або різних довжинах хвиль поза максимумами смуг власного поглинання аналізованих газів.2. The optoelectronic sensor according to claim 1, which is characterized by the fact that it additionally contains active elements that are capable of emitting in maxima at one or different wavelengths outside the maxima of the intrinsic absorption bands of the analyzed gases. 3. Оптоелектронний сенсор за будь-яким із пп. 1, 2, який відрізняється тим, що фотоприймачі мають різну спектральну чутливість.3. An optoelectronic sensor according to any of claims 1, 2, which is characterized by the fact that the photoreceptors have different spectral sensitivities. Ко. ге х зCo. he x z Я. У Я я Е Я х ся зай: Кк х МИ л - В ММ ше в шу ії що ще дво. Вей і Е. шк йо се й В т; | еВ. ЗК ов 3 : щен КК. ши Еш їх Ж ге г ж кВ ук ще щи: шишаьь г :ш Ше З і Ме . /я т. Со щі ж є не их ЩЕ зи ж й в йо 1 - а у ше а ех ж зе й Кг " ке й. па то КЕ. св ОО Ве Ме ж як в о 7 1 1 і Ще м 5 і у НК х Кей . щи ШИ у Янів фоні йо я а ; ще І е ї ж - Ку М же? я Кк й Шо іI. U I I E I x sia zay: Kk x MY l - V MM she v shu ii what are two more. Wei and E. shk yo se and V t; | EV ZK ov 3: schen KK. ши Eш их Ж ге г ж кВ uk ще шчи: шишай г :ш She Z i Me . /ya t. So schi is not ih SCHE zi zh y v yo 1 - a u she a eh zh ze y Kg " ke y. pa to KE. sv OO Ve Me zh as in o 7 1 1 and Sche m 5 and in NK x Kay. schi SHY in Yaniv's background yo i a; also I e i jh - Ku M jhe? i Kk y Sho i