UA127144C2 - SPHERICAL OPTOELECTRONIC SENSOR - Google Patents

Abstract

Винахід належить до сфери аналітичного приладобудування і може бути застосований при розробці малогабаритних інфрачервоних газоаналізаторів. Сферичний оптоелектронний сенсор містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, внутрішня поверхня якої дифузно розсіює світло, щонайменше два активні елементи, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу, та активний елемент фотоприймача. Кювета складається з двох півсфер, кожна з яких містить отвори, через які проходить аналізований газ. Активні елементи випромінювання, які розміщені на світлорозсіюючому екрані, знаходяться під однаковими або різними кутами відносно до однієї його сторони, а щонайменше один активний елемент фотоприймача розміщений на його протилежній стороні. Запропонований сферичний оптоелектронний сенсор дозволяє вимірювати концентрації аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні температур, підвищити надійність вимірювань та розширити область його використання.The invention belongs to the field of analytical instrumentation and can be used in the development of small infrared gas analyzers. The spherical optoelectronic sensor contains a cuvette in the form of an integrating sphere, the inner surface of which diffusely scatters light, at least two active elements that 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 an active photodetector element. The cuvette consists of two hemispheres, each of which contains holes through which the analyzed gas passes. The active elements of radiation, which are placed on the light-scattering screen, are at the same or different angles relative to one of its sides, and at least one active element of the photoreceptor is placed on its opposite side. The proposed spherical optoelectronic sensor allows you to measure the concentrations of analyzed gases with specified accuracy and sensitivity in a wide range of temperatures, increase the reliability of measurements and expand the scope of its use.

Description

Винахід належить до сфери аналітичного приладобудування і може бути застосований при розробці малогабаритних інфрачервоних газоаналізаторів для виміру концентрацій найбільш поширених забруднювачів атмосфери газів, які є в складі відпрацьованих газів транспортних засобів, промислових підприємств, енергетичних установок та виділяються при неповному згорянні палива у печі або каміні та на початковій стадії пожежі.The invention belongs to the field of analytical instrumentation and can be applied in the development of small-sized infrared gas analyzers for measuring the concentrations of the most common atmospheric pollutants of 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 on 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, економічність і надійність спектроабсорбційних приладів аналізу сполук газових сумішей, значно зменшити габарити й матеріалоємність.The method of infrared (IR) spectroscopy is widely used in practice to analyze 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 of operation, economy and reliability of spectroabsorption devices for the analysis of compounds of gas mixtures, to 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 неThe 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 not

Зо повного 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 full use of the 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 (2Ї, 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 (2Й, containing at least three concave mirrors with a spherical surface, which are placed with the ability to rotate symmetrically with respect to the central axis in the measuring chamber. The light beam from the radiation source is directed to the mirror surface of the measuring chamber so that its reflected beam is focused in the center of the second surface of the mirror and defocused again focuses on another mirror surface and enters the radiation detector through the exit hole.The technical result of this device is the creation of a compact device with a small volume of the measuring chamber, a short purge time and an increased optical absorption path length.

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 не повного 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 |З), який вибраний у якості найближчого аналога, що містить оптично зв'язані джерело випромінювання, кювету у вигляді інтегруючої сфери, світлофільтр та приймач випромінювання, внутрішнє покриття кювети виконано із м'ятої алюмінієвої фольги, що дифузно розсіює світло, а перед джерелом випромінювання встановлено світлорозсіюючий екран у вигляді багатокутної правильної піраміди вершиною до джерела випромінювання, площа основи якої у два рази більша за площу поперечного перерізу світлового потоку на оптичному вході кювети. Технічним результатом даного газоаналізатора є підвищення надійності газового аналізу, а також його чутливості та точності.The well-known gas analyzer |Z), which was chosen as the closest analogue, contains an optically coupled radiation source, a cuvette in the form of an integrating sphere, a light filter and a radiation receiver, the inner covering of the cuvette is made of crumpled aluminum foil, which diffusely scatters light, and in front of the radiation source, a light-scattering screen is installed in the form of a polygonal regular pyramid with the apex facing the radiation source, the area of the base of which is twice as large as the cross-sectional area of the light flux at the optical entrance of the cuvette. The technical result of this gas analyzer is an increase in the reliability of gas analysis, as well as its sensitivity and accuracy.

Недоліками даного газоаналізатора є взаємне розміщення джерела випромінювання, приймача випромінювання і світлорозсіюючого екрану, яке приводить до нерівномірності розсіювання випромінювання у різних частинах сфери та разом із наявністю чотирьох отворів бо на корпусі кювети не дозволяє в повній мірі використати світловий потік і одержати рівномірний розподіл аналізованого газу всередині кювети, що зменшує чутливість й точність вимірів.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 four holes on the cuvette body, it does not allow to fully use the light flux and obtain an even distribution of the analyzed gas inside cuvette, which reduces the sensitivity and accuracy of measurements.

Недоліком даного газоаналізатора є також низька температурна стабільність за рахунок рознесення в просторі джерела і приймача випромінювання.The disadvantage of this gas analyzer is also low temperature stability due to the spatial dispersion of the radiation source and receiver.

В основу винаходу поставлена задача створити сферичний оптоелектронний сенсор, який дозволяє вимірювати концентрації аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні температур, підвищити надійність вимірювань та розширити область його використання.The invention is based on the task of creating a spherical optoelectronic sensor that allows measuring the concentration of analyzed gases with a given accuracy and sensitivity in a wide range of temperatures, increasing the reliability of measurements and expanding the scope of its use.

Поставлена задача вирішується тим, що сферичний оптоелектронний сенсор містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, внутрішня поверхня якої дифузно розсіює світло, щонайменше два активні елементи, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу, та активний елемент фотоприймача, кювета складається з двох півсфер, кожна з яких містить дрібні отвори, через які проходить аналізований газ, активні елементи випромінювання, які розміщені на світлорозсіюючому екрані, знаходяться під однаковими або різними кутами відносно до однієї його сторони, а щонайменше один активний елемент фотоприймача розміщений на його протилежній стороні.The problem is solved by the fact that the spherical optoelectronic sensor contains a cuvette in the form of an integrating sphere, the inner surface of which diffusely scatters light, at least two active elements that 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 an active element of the photodetector, the cuvette consists of two hemispheres, each of which contains small holes through which the analyzed gas passes, the active radiation elements, which are placed on the light-scattering screen, are at the same or different angles relative to one of its sides, and at least one active element of the photodetector placed on its opposite side.

Виготовлення інтегруючої сферичної кювети з двох півсфер дозволяє технологічно простіше й точніше одержати сферичні поверхні однакового радіуса кривизни та однорідну поверхню з однаковими нерівномірностями, які дифузно розсіюють світловий потік.The manufacturing of an integrating spherical cuvette from two hemispheres makes it technologically easier and more accurate to obtain spherical surfaces of the same radius of curvature and a uniform surface with the same irregularities that diffusely scatter the light flux.

Наявність на корпусі кювети декількох отворів меншого діаметру, ніж присутні у прототипі, які розміщені у певних сферичних сегментах, дозволяє отримати однорідний розподіл аналізованого газу всередині кювети та зменшити час повної продувки кювети повітрям або інертним газом після проведення вимірювань, що значно зменшує витрати інертного газу й збільшує швидкодію сенсора. Крім того, поверхня кювети між отворами також дифузно відбиває світловий потік, що приводить до збільшення освітленості всередині сфери.The presence on the body of the cuvette of several holes of a smaller diameter than those present in the prototype, which are placed in certain spherical segments, allows to obtain a homogeneous distribution of the analyzed gas inside the cuvette and reduce the time of complete purging of the cuvette with air or inert gas after taking measurements, which significantly reduces the consumption of inert gas and increases the speed of the sensor. In addition, the surface of the cuvette between the holes also diffusely reflects the light flux, which leads to an increase in illumination inside the sphere.

Розміщення щонайменше двох активних елементів (АЕ) випромінювання під однаковими кутами або різними кутами відносно до однієї із сторін світлорозсіюючого екрана дозволяє отримати рівномірний світловий потік по всій поверхні інтегруючої сферичної кювети у залежності від її розмірів, що дає можливість повністю використати його для вимірюванняPlacing at least two active elements (AE) of radiation at the same angles or at different angles relative to one of the sides of the light-scattering screen allows obtaining a uniform light flux over the entire surface of the integrating spherical cuvette, depending on its dimensions, which makes it possible to fully use it for measurement

Зо концентрації аналізуючого газу.From the concentration of the analyzing gas.

Розміщення щонайменше одного АЕ фотоприймача всередині кювети на світлорозсіюючому екрані таким чином, що він знаходиться на протилежній, відносно до розміщення АЕ випромінювання, стороні дозволило збільшити кількість світлового потоку, який попадає на нього та співвідношення сигнал/шум при проведенні вимірювань.Placing at least one AE photodetector inside the cuvette on the light-scattering screen in such a way that it is on the side opposite to the placement of the AE radiation allowed to increase the amount of light flux that falls on it and the signal-to-noise ratio during measurements.

Вимірювання концентрації газів в широкому діапазоні температур із заданою точністю і чутливістю у випадку неузгодженості спектра АЕ випромінювання і спектральної чутливості АЕ фотоприймача відносно до спектра поглинання аналізуючого газу під дією температури оточуючого середовища досягається за рахунок того, що вони знаходяться на одній поверхні світлорозсіюючого екрану та одночасно зазнають однакових змін, не пов'язаних з поглинанням аналізуючого газу. В процесі обробки електричних сигналів з виходу АЕ фотоприймача ці зміни взаємокомпенсуються.The measurement of the gas concentration in a wide temperature range with the given accuracy and sensitivity in the case of inconsistency of the AE emission spectrum and the AE spectral sensitivity of the photodetector relative 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 same surface of 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 AE output of the photoreceiver, these changes are mutually compensated.

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

На фіг. 1 представлена схема кювети сферичного оптоелектронного сенсора.In fig. 1 shows the diagram of the cuvette of the spherical optoelectronic sensor.

Сферична 1 кювета з внутрішнім дифузно розсіюючим світло покриттям містить отвори 2 подачі аналізованого газу та отвори З виходу аналізованого газу.A spherical 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.

На фіг. 2 представлена схема світлорозсіюючого екрану.In fig. 2 shows a diagram of a light-scattering screen.

Світлорозсіюючий 5 екран механічно закріплений до однієї з півсфер за допомогою дифузно розсіюючої світло 4 трубки та містить АЕ випромінювання АЕ 6 і АЕ 7, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу та АЕ 8 фотоприймача.The light-scattering screen 5 is mechanically fixed to one of the hemispheres with the help of a diffuse light-scattering tube 4 and contains AE radiation AE 6 and AE 7, 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 AE 8 of the photodetector.

На фіг. З представлена схема світлорозсіюючого екрану у вигляді багатокутної правильної піраміди.In fig. A diagram of a light-scattering screen in the form of a polygonal regular pyramid is presented.

Світлорозсіюючий 5 екран у вигляді багатокутної правильної піраміди на своїх гранях містить АЕ випромінювання АЕ 6 і АЕ 7, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу,The light-scattering screen 5 in the form of a polygonal regular pyramid on its faces contains AE radiation AE 6 and AE 7, 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,

АЕ9 ї АЕ 10, які здатних випромінювати в максимумах на довжині хвилі узгодженій з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання іншого аналізованого газу та АЕ11 ї АЕ 12, які здатні випромінювати в максимумах на одній або різних довжинах хвиль поза максимумами смуг власного поглинання аналізованих газів.AE9 and AE 10, which are able to emit in maxima at a wavelength consistent with the wavelength in the maximum of the intrinsic absorption band of another analyzed gas, and AE11 and AE 12, which are capable of emitting in maxima at one or different wavelengths outside the maxima of the intrinsic absorption bands of the analyzed gases.

Сферичний оптоелектронний сенсор працює наступним чином. Випромінювання від АЕ 6 іThe spherical optoelectronic sensor works as follows. Radiation from AE 6 and

АЕ 7 потрапляє в порожнину кювети 1 у вигляді інтегруючої сфери, де відбиваючись та розсіюючись від стінок та світлорозсіюючого 5 екрану, що попереджає потрапляння прямих променів від АЕ випромінювання на АЕ 8 фотоприймача, взаємодіє або з повітрям чи газом, який не поглинає випромінювання від АЕ 6 і АЕ 7 (при калібровці АЕ 8 фотоприймача), або з газом, що аналізується (при вимірюванні його концентрації). При цьому на стінках сфери встановлюється певний рівень освітленості, що пропорційний послабленню випромінювання в аналізованому газі. Після цього випромінювання від АЕ б і АЕ 7 потрапляє на АЕ 8 фотоприймача. Сигнал на виході АЕ 8 фотоприймача пропорційний величині падаючого на нього потоку випромінювання, а зміна інтенсивності випромінювання при проходженні через аналізований газ і відповідно зміна сигналу на його виході є мірою концентрації аналізованого газу.AE 7 enters the cavity of 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 8 of the photodetector, it interacts with air or gas that does not absorb radiation from AE 6 and AE 7 (when calibrating the AE 8 photodetector), 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 is proportional to the attenuation of radiation in the analyzed gas. After that, the radiation from AE b and AE 7 falls on AE 8 of the photodetector. The signal at the output of AE 8 of the photodetector is proportional to the amount of radiation falling on it, and the change in radiation intensity 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.

Як АЕ випромінювання та фотоприймача були використані напівпровідникові гетероструктури з утвореними р-п-переходами СаіпА5ЗБ/АІбЗадз5р она основі базр,Semiconductor heterostructures with formed p-p junctions SaipA5ZB/AIbZadz5r based on bazr were used as AE radiation and photoreceiver.

ІпАЗЗБЛПАЗОрР вна основі ІпА5 та одержані на основі твердих розчинів епітаксіальних гетероструктур ІпсСадвз/пА5 і ІпА55ОР/пА5. 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 змінним струмом величиною 200 тА та частотою до 100 кГц. Мінімальна вимірювана концентрація СН» у повітрі була не менше 200-250 ррт, а мінімально зафіксована концентрація СО» у повітрі складала 50-100 ррт.IpAZZBLPAZORP based on IpA5 and obtained on the basis of solid solutions of epitaxial heterostructures IpsSadvz/pA5 and IpA55OR/pA5. 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 the AE with an alternating current of 200 tA and a frequency of up to 100 kHz. The minimum measured concentration of CH" in the air was at least 200-250 ppm, and the minimum recorded concentration of CO" in the air was 50-100 ppm.

Для підвищення точності і чутливості вимірювання, світлорозсіюючий екран виготовлений у вигляді правильної багатокутної піраміди, і на гранях якої розміщені АЕ випромінювання. Таке розміщення АЕ випромінювання дозволяє отримати рівномірний світловий потік по всій поверхні інтегруючої сферичної кювети у залежності від її розмірів та повного його використання дляTo increase the accuracy and sensitivity of the measurement, the light-scattering screen is made in the form of a regular polygonal pyramid, and AE radiation is placed on its edges. Such placement of AE radiation allows obtaining a uniform light flux over the entire surface of the integrating spherical cuvette, depending on its dimensions and its full use for

Зо вимірювання концентрації аналізуючого газу при наявності АЕ здатних випромінювати в максимумах на однакових або різних довжинах хвиль.From the measurement of the concentration of the analyzing gas in the presence of AE capable of emitting in maxima at the same or different wavelengths.

Для розширення області використання та вимірювання концентрації різних аналізованих газів із заданою точністю і чутливістю, сферичний оптоелектронний сенсор додатково містить щонайменше два АЕ здатних випромінювати в максимумах на довжині хвилі узгодженій з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання іншого аналізованого газу. Наприклад, випромінюючі АЕ, що випромінюють у максимумах з довжинами хвиль А-3,32 мкм, які співпадають з довжиною хвилі у максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу СН. та випромінюють у максимумах з довжинами хвиль А-4,27 мкм, які співпадають з довжиною хвилі у максимумі смуги власного поглинання іншого аналізованого газу СО».In order to expand the field of use and measure the concentration of various analyzed gases with a given accuracy and sensitivity, the spherical optoelectronic sensor additionally contains at least two AEs capable of emitting in maxima at a wavelength consistent with the wavelength in the maximum of the intrinsic absorption band of another analyzed gas. For example, emitting AEs emitting in maxima with wavelengths of A-3.32 μm, which coincide with the wavelength in the maximum of the intrinsic absorption band of the analyzed CH gas. and emit in maxima with wavelengths of А-4.27 μm, which coincide with the wavelength in the maximum of the intrinsic absorption band of the other analyzed CO gas."

Для підвищення точності, чутливості та надійності вимірювань в широкому діапазоні температур, сферичний оптоелектронний сенсор додатково містить щонайменше два АЕ здатних випромінювати в максимумах на одній або різних довжинах хвиль поза максимумами смуг власного поглинання аналізованих газів. Використання таких додаткових випромінюючихTo increase the accuracy, sensitivity and reliability of measurements in a wide temperature range, the spherical optoelectronic sensor additionally contains at least two 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 emitters

АЕ дозволяє проводити вимірювання концентрації аналізованих газів без додаткового прокачування через вимірювальну кювету повітря або інертного газу та створити опорний канал. Крім того, таке використання випромінюючих АЕ зумовлене також особливістю вимірювання концентрацій аналізованих газів із суттєво різною поглинаючою світлове випромінювання здатністю. Опорний канал утворюють АЕ, що випромінюють у максимумах з довжинами хвиль л-3,80 мкм, яка не співпадає з довжинами хвиль селективних смуг власного поглинання аналізованих газів.AE allows measuring the concentration of analyzed gases without additional pumping of air or inert gas through the measuring cuvette and creating a reference channel. In addition, this use of emitting AEs is also due to the peculiarity of measuring the concentrations of analyzed gases with significantly different light absorption capacity. The reference channel is formed by AEs emitting in maxima with wavelengths of l-3.80 μm, which do not coincide with the wavelengths of the selective bands of intrinsic absorption of the analyzed gases.

Для підвищення точності, чутливості та надійності вимірювань в широкому діапазоні температур, щонайменше два приймаючі випромінювання активні елементи, мають різну спектральну чутливість. Використання таких приймаючих випромінювання АЕ дозволяє краще узгодити їх спектральні чутливості відносно 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 receivers of AE radiation makes it possible to better match their spectral sensitivities relative to AE emission spectra and absorption spectra of the analyzed gases in a wide range of temperatures and ambient conditions.

Для розширення області використання, активні елементи випромінювання та фотоприймача здатні працювати з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу. Така робота АЕ особливо вважлива при використанні сферичного оптоелектронного сенсора в якості виносного датчика в польових умовах або переносних багатофункціональних приладах газового аналізу.To expand the field of use, the active elements of the radiation and the photoreceiver are able to work with the same or different periodicity and duration of time. Such operation of AE is especially important when using a spherical optoelectronic sensor as a remote sensor in field conditions or portable multifunctional gas analysis devices.

Крім того, робота АЕ з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу дозволяє підвищити його енергоефективність.In addition, operation of AE with the same or different periodicity and duration of time allows to increase its energy efficiency.

Для підвищення точності, чутливості та надійності вимірювань в широкому діапазоні температур та концентрацій аналізованих газів, внутрішня поверхня кювети знаходиться у механічному контакті з додатково розміщеною тонкою сферичною поверхнею, яка дифузно розсіює світло. Наявність такої сферичної поверхні дозволяє швидко, способом її заміни, відновити внутрішню поверхню сферичної кювети у випадку її забруднення з часом або збільшенню неселективних втрат випромінювання, що дозволить уникнути збільшення похибки вимірювань в широкому діапазоні концентрацій аналізованих газів та підвищити надійність сенсора.To increase the accuracy, sensitivity and reliability of measurements in a wide range of temperatures and concentrations of analyzed gases, the inner surface of the cuvette is in mechanical contact with an additionally placed thin spherical surface that diffusely scatters light. The presence of such a spherical surface allows you to quickly, by replacing it, restore the inner surface of the spherical cuvette in case of its contamination over time or an increase in non-selective radiation losses, which will avoid an increase in the measurement error in a wide range of concentrations of the analyzed gases and increase the reliability of the sensor.

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

Джерела інформації: 1. Патент ОЕ 10200908, 5013/42, 501М21/3504, Опуб. 2003.07.31. 2. Патент УМО 0293141, 501М 21/03, Опуб. 2002.11.21 3. Патент України Ме81703, (501 М21/59, 501 М21/61, Опуб. 2008.01.25.Sources of information: 1. Patent OE 10200908, 5013/42, 501M21/3504, Pub. 2003.07.31. 2. UMO patent 0293141, 501М 21/03, Pub. 2002.11.21 3. Patent of Ukraine Me81703, (501 M21/59, 501 M21/61, Pub. 2008.01.25.

Claims (7)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION 1. Сферичний оптоелектронний сенсор, що містить кювету у вигляді інтегруючої сфери, внутрішня поверхня якої дифузно розсіює світло, щонайменше два активні елементи, які здатні випромінювати в максимумах на довжинах хвиль, узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання аналізованого газу, та активний елемент фотоприймача, який відрізняється тим, що кювета складається з двох півсфер, кожна з яких містить дрібні отвори, через які проходить аналізований газ, активні елементи випромінювання, які розміщені на світлорозсіюючому екрані, знаходяться під однаковими або різними кутами відносно однієї його сторони, а щонайменше один активний елемент фотоприймача розміщений на його протилежній стороні. Зо 1. A spherical optoelectronic sensor containing a cuvette in the form of an integrating sphere, the inner surface of which diffusely scatters light, at least two active elements that 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 an active element photo receiver, which differs in that the cuvette consists of two hemispheres, each of which contains small holes through which the analyzed gas passes, the active radiation elements that are placed on the light-scattering screen are at the same or different angles relative to one of its sides, and at least one the active element of the photodetector is placed on its opposite side. Zo 2. Сферичний оптоелектронний сенсор за п. 1, який відрізняється тим, що світлорозсіюючий екран виготовлений у вигляді правильної багатокутної піраміди.2. Spherical optoelectronic sensor according to claim 1, which is characterized by the fact that the light-scattering screen is made in the form of a regular polygonal pyramid. 3. Сферичний оптоелектронний сенсор за будь-яким із пп. 1, 2, який відрізняється тим, що додатково містить щонайменше два активні елементи, здатні випромінювати в максимумах на довжині хвилі, узгодженій з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання іншого аналізованого газу.3. Spherical optoelectronic sensor according to any of claims 1, 2, which is characterized by the fact that it additionally contains at least two active elements capable of emitting in maxima at a wavelength consistent with the wavelength in the maximum of the own absorption band of the other analyzed gas. 4. Сферичний оптоелектронний сенсор за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що додатково містить щонайменше два активні елементи, здатні випромінювати в максимумах на одній або різних довжинах хвиль поза максимумами смуг власного поглинання аналізованих газів.4. Spherical optoelectronic sensor according to any one of claims 1-3, which is characterized by the fact that it additionally contains at least two active elements capable of emitting in maxima at one or different wavelengths outside the maxima of the intrinsic absorption bands of the analyzed gases. 5. Сферичний оптоелектронний сенсор за будь-яким із пп. 1-4, який відрізняється тим, що містить щонайменше два активні елементи, які мають різну спектральну чутливість.5. A spherical optoelectronic sensor according to any one of claims 1-4, which is characterized by the fact that it contains at least two active elements that have different spectral sensitivities. 6. Сферичний оптоелектронний сенсор за будь-яким із пп. 1-5, який відрізняється тим, що активні елементи здатні працювати з однаковою або різною періодичністю та тривалістю часу.6. Spherical optoelectronic sensor according to any one of claims 1-5, which is characterized in that the active elements are able to work with the same or different periodicity and duration of time. 7. Сферичний оптоелектронний сенсор за будь-яким із попередніх пунктів, який відрізняється тим, що внутрішня поверхня кювети знаходиться у механічному контакті з додатково розміщеною тонкою сферичною поверхнею, яка дифузно розсіює світло.7. Spherical optoelectronic sensor according to any of the previous items, which is characterized by the fact that the inner surface of the cuvette is in mechanical contact with an additionally placed thin spherical surface that diffusely scatters light.