Оптико-электронная система для определения концентрации озона

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОЗОНА(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Гришин Сергей Александрович Мельников Виктор Павлович Петюк Алексей Леонидович Гришин Сергей Сергеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Оптико-электронная система определения концентрации озона, содержащая входной фильтр, соединенные между собой первый и второй соленоидные электроклапаны деструктор озона, соединенный с первым соленоидным электроклапаном источник УФ-излучения,соединенный со входом трубки, выход которой соединен с первым датчиком давления и температуры, соединенным с насосом, отличающаяся тем, что введены третий соленоидный электроклапан, соединенный со вторым соленоидным электроклапаном и деструктором озона генератор озона, соединенный с деструктором озона и третьим соленоидным электроклапаном второй и третий датчики давления и температуры, второй из которых 84222012.08.30 соединен со входным фильтром и первым соленоидным электроклапаном, третий - со вторым соленоидным электроклапаном и входом трубки, причем трубка выполнена в виде спирали с зеркальным внутренним покрытием фотодетектор, установленная на объективе фотодетектора панель со сменными интерференционными светофильтрами, соединенная с выходом трубки персональный компьютер, соединенный с модулем управления, выходы которого электрически соединены с первым, вторым и третьим соленоидными электроклапанами, а входы - с первым, вторым и третьим датчиками давления и температуры, генератором озона, источником УФ-излучения, фотодетектором и насосом. Полезная модель относится к области исследования атмосферы и может применяться в решении научно-технических задач для дистанционного автоматизированного непрерывного мониторинга концентрации озона. Возможно применение в промышленности, в сварочных цехах, где необходимо проведение контроля содержания озона в воздухе, в опасных для человека условиях. Наиболее близким по технической сущности является устройство для автоматического определения концентрации озона в объеме газовой смеси 1. Устройство включает в себя камеру, в которой располагается -образная трубка с двумя зеркальными участками. К одному концу -образной трубки подсоединен излучатель ультрафиолета и электроклапан, к которому подсоединены катализатор, соединенный с участком трубопровода между двумя электроклапанами, и другой электроклапан, соединенный с фильтром и распределителем, который соединен с лампой, соединенной с вакуумным насосом, соединенным с нулевым фильтром посредством первого регулятора состояния. К другому концу -образной трубки подсоединен фотодетектор, датчик давления и температуры и второй регулятор состояния, соединенный с насосом посредством детектора состояния. Фотодетектор соединен с усилителем, который соединен с микропроцессором, соединенным с информационным дисплеем, устройством вывода данных и аналогово-цифровым преобразователем, который подключен к датчику давления и температуры. Данное устройство не позволяет определять концентрацию озона в различных газовых смесях с высокой точностью, что ограничивает его использование. Технической задачей является повышение точности определения концентрации озона в различных газовых смесях с одновременным расширением области применения. Техническим результатом является возможность точного автоматизированного измерения концентрации озона в различных газовых смесях и проведения калибровки, возможность определения коэффициента поглощения озона на различных длинах волн УФдиапазона с обратной связью по температуре и давлению. Техническая задача решается тем, что в оптико-электронную систему определения концентрации озона, содержащую входной фильтр, соединенные между собой первый и второй соленоидные электроклапаны деструктор озона, соединенный с первым соленоидным электроклапаном источник УФ-излучения, соединенный со входом трубки, выход которой соединен с первым датчиком давления и температуры, соединенным с насосом,введены третий соленоидный электроклапан, соединенный со вторым соленоидным электроклапаном и деструктором озона генератор озона, соединенный с деструктором озона и третьим соленоидным электроклапаном второй и третий датчики давления и температуры, второй из которых соединен со входным фильтром и первым соленоидным электроклапаном, третий - со вторым соленоидным электроклапаном и входом трубки, причем 2 84222012.08.30 трубка выполнена в виде спирали с зеркальным внутренним покрытием фотодетектор,установленная на объективе фотодетектора панель со сменными интерференционными светофильтрами, соединенная с выходом трубки персональный компьютер, соединенный с модулем управления, выходы которого электрически соединены с первым, вторым и третьим соленоидными электроклапанами, а входы - с первым, вторым и третьим датчиками давления и температуры, генератором озона, источником УФ-излучения, фотодетектором и насосом. Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой изображена структурная схема системы, где 1 - входной фильтр 2 - первый соленоидный электроклапан 3 - второй соленоидный электроклапан 4 - третий соленоидный электроклапан 5 - деструктор озона 6 - первый датчик давления и температуры 7 - второй датчик давления и температуры 8 - третий датчик давления и температуры 9 - трубка 10 - насос 11 - источник УФ-излучения 12 - панель со сменными интерференционными светофильтрами 13 - фотодетектор 14 - генератор озона 15 - модуль управления 16 - персональный компьютер. Оптико-электронная система определения концентрации озона, содержит входной фильтр 1, соединенный через второй датчик давления и температуры 7 с первым соленоидным электроклапаном 2 второй соленоидный электроклапан 3, соединенный с первым 2 и третьим 4 соленоидными электроклапанами и через третий датчик давления и температуры 8 - со входом спиральной трубки 9 насос 10, соединенный через первый датчик давления и температуры 6 с выходом спиральной трубки 9 деструктор озона 5, вход которого соединен с первым соленоидным электроклапаном 2, а выход - с генератором озона 14 и третьим соленоидным электроклапаном 4, соединенным, в свою очередь, с выходом генератора озона 14 источник УФ-излучения 11, соединенный со входом спиральной трубки 9 панель со сменными интерференционными светофильтрами 12, установленную на объектив фотодетектора 13 модуль управления 15, входы которого электрически соединены с первым 6, вторым 7 и третьим 8 датчиками давления и температуры, генератором озона 14,источником УФ-излучения 11, фотодетектором 13 и насосом 10, а выходы электрически соединены с первым 2, вторым 3 и третьим 4 соленоидными электроклапанами и с персональным компьютером 16. Оптико-электронная система для определения концентрации озона работает следующим образом. Предварительно определяются калибровочные коэффициенты. Производится калибровка фотодетектора 13. Для этого на объектив фотодетектора 13 устанавливается один из интерференционных фильтров панели 12. На входной фильтр 1 подается определенная газовая смесь и определяется ее температура и давление с помощью датчика 7. Далее газовая смесь через соленоидный электроклапан 2 поступает на деструктор озона 5, где удаляется имеющийся в газовой смеси озон. Далее газовая смесь проходит через второй 3 и третий 4 соленоидные электроклапаны, через третий датчик давления и температуры 8 и поступает в спиральную трубку 9 с зеркальным внутренним покрытием. Температура и давление газовой смеси на выходе из спиральной трубки 9 определяются с помощью первого датчика давления и температуры 6 и с помощью насоса 10 выводятся из системы. 3 84222012.08.30 УФ-излучение от источника 11 направляется в спиральную трубку 9. Пройдя через исследуемую газовую смесь в спиральной трубке 9, часть УФ-излучения поглощается газовой смесью. Фотодетектор 13 определяет количество прошедшего УФ-излучения на определенной длине волны. Таким образом производится калибровка нуля концентрации озона на определенной длине волны. Затем интерференционный светофильтр панели 12 меняется и происходит калибровка нуля концентрации озона на другой длине волны. Данные с фотодетектора 13 передаются на модуль управления 15 и далее на компьютер 16, где с помощью разработанной компьютерной программы определяются калибровочные коэффициенты 01 и 02. Далее необходимо произвести калибровку максимума концентрации озона. Для этого в работу включается генератор озона 14. Второй 3 и третий 4 соленоидные электроклапаны включаются модулем управления 15 таким образом, что газовая смесь с выхода деструктора озона 5 поступает на генератор озона 14, который создает в газовой смеси определенную концентрацию озона, и полученная газовая смесь направляется в спиральную трубку 9. УФ-излучение от источника 11 направляется в спиральную трубку 9. Пройдя через определенную газовую смесь в спиральной трубке 9, часть УФ-излучения поглощается газовой смесью. Фотодетектор 13 определяет количество прошедшего УФизлучения на определенной длине волны. Таким образом производится калибровка концентрации озона на определенной длине волны. Затем интерференционный светофильтр панели 12 меняется и происходит калибровка концентрации озона на другой длине волны. Данные с фотодетектора 13 передаются на модуль управления 15 и далее на компьютер 16, определяются калибровочные коэффициенты 1 и 2. Аналогичным образом происходит калибровка концентрации озона при других определенных концентрациях озона в зависимости от необходимости. После определения калибровочных коэффициентов можно приступать к определению концентрации озона в исследуемой газовой смеси. Исследуемая газовая смесь поступает на входной фильтр 1, с помощью второго датчика давления и температуры 7 определяются ее температура и давление. Управляемый модулем управления 15 посредством разработанной программы на компьютере 16 первый соленоидный электроклапан 2 направляет исследуемую газовую смесь ко второму соленоидному электроклапану 3, который через третий датчик давления и температуры 8 направляет исследуемую газовую смесь в спиральную трубку 9. На выходе из спиральной трубки 9 исследуемая газовая смесь поступает на первый датчик давления и температуры 6 и далее идет к насосу 10, который выводит газовую смесь из системы. Фотодетектор 13 с помощью панели со сменными интерференционными светофильтрами 12 определяет интенсивность УФ-излучения источника 11,пройденного через исследуемую газовую смесь в спиральной трубке 9. Модуль управления 15 принимает данные с фотодетектора 13, управляет работой источника УФ-излучения 11, насоса 10, генератора озона 14, соленоидных электроклапанов 2, 3, 4, и принимает данные с датчиков давления и температуры 6, 7, 8, и передает полученную информацию на персональный компьютер 16, где разработанная программа определяет концентрацию озона в исследуемой газовой смеси с учетом влияния температуры и давления. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4