|
| |
-
Портативный газоанализатор на базе диодных оптопар среднего
ИК-диапазона.
-
-
Александров С.Е., Гаврилов Г.А., Капралов А.А., Матвеев Б.А., Ременный М.А.,
Стусь Н.М., Сотникова Г.Ю.
-
ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН,
-
Петров В.А.
-
ВНИИМ им. Д.И.Менделеева.
-
-
Успехи полупроводниковой
инфракрасной (ИК) оптоэлектроники позволяют по-новому взглянуть на создание
портативных газоанализаторов (ГА) для оптического анализа таких газов, как СnНm,
HCl,
СО2, СО,
H2S
и др, использующих в качестве источников и приемников оптически связанные
«широкополосные» (FWHM
=0.4-0.6 мкм) пары светодиод (СД) - фотодиод (ФД), работающие в среднем ИК
диапазоне спектра (2.9 – 5.3 мкм).
-
Для оценки предельной
чувствительности ГА на основе диодных оптопар (ДОП) была разработана модель,
учитывающая линейчатый характер спектров поглощения газов, а также учитывающая
влияние изменения температуры на погрешность измерений, т.е. было учтено
температурное смещение спектральных характеристик ДОП и изменение ее
энергетических характеристик, влияние узкополосного(ых) фильтра(ов),
параметров усилительных каналов, размера кюветы и концентрации исследуемых и
мешающих газов. Учет экспериментальных зависимостей выходного сигнала ДОП и
спектральных распределений мощности излучения СД и чувствительности ФД от
температуры [1] позволил ввести температурную коррекцию выходного сигнала
ДОП/ГА. При этом установлено,
что аппроксимация зависимости коэффициента пропускания от концентрации газа с
помощью полинома третьей степени дает невысокую погрешность для измерений СН4
в диапазоне концентраций от 0 до 50% об., и для СО2 – в
диапазоне от 0 до 5% об..
-
Проверка модели производилась на макете двухканального ГА для СН4
(ДОП 3.4 мкм ) и СО2 (ДОП 4.3 мкм). Исследования показаний ГА при
циклическом изменении температуры показали, что у ДОП отсутствует «гистерезис»
характеристик, поэтому коррекция данных вводилась с использованием расчетной
функциональной зависимости типа
A=А0(t0)*exp(-k(t-t0)),
где
A,
А0,
t,
t0
– текущие и начальные значения амплитуды сигнала ДОП и температуры,
соотвественно, а
k
– константа. Это обеспечивало простейший способ калибровки прибора по одной
температурной точке (А0, определяемой при произвольной
t0,
без газа), что позволяет в будущем создавать экономичные (одноканальные) ГА
без опорного канала.
-
-
Литература:
-
1.
S.Aleksandrov, G.Gavrilov, A.Kapralov et al, Portable
Optoelectronic Gas Sensors Operating In The Mid-IR Spectral Range (l=3-5
mm)
SPIE .Vol.4680 ( 2002 ), pp 188-194
|
