Устройство для измерения концентрации кислорода в газовой среде

Полезная модель относится к химическим процессам и может найти применение при медицинских обследованиях, в частности, при определении концентрации кислорода в газовой среде, выдыхаемой пациентом. Полезной моделью решается задача создания устройства для измерения концентрации кислорода в газовой среде, характеризующегося широкими функциональными возможностями благодаря его применению в медицине для измерения концентрации кислорода в газовой среде, выдыхаемой пациентом. Для решения поставленной задачи в устройство для измерения концентрации кислорода в газовой среде, содержащее источник ультрафиолетового излучения, поверхность с кислороде чувствительным люминесцентом, фотоприемник, вычислительный блок и, по крайней мере, две оптические системы, предложено, согласно настоящей полезной модели, ввести содержит измерительную камеру, имеющую вход и выход, при этом фотоприемник связать с усилителем фототока и фазовым детектором, первую оптическую систему установить между источником ультрафиолетового излучения, в качестве которого использовать лазер, и входом измерительной камеры, вторую оптическую систему установить между поверхностью с кислороде чувствительным люминесцентом и фотоприемником, поверхность с кислороде чувствительным люминесцентом связать с выходом измерительной камеры, а введенный модулятор ультрафиолетового излучения связать с лазером.

Полезная модель относится к химическим процессам и может найти применение при медицинских обследованиях, в частности, при определении концентрации кислорода в газовой среде, выдыхаемой пациентом.

Известно устройство для измерения концентрации кислорода в газообразной и жидкой средах, содержащее оптически связанные импульсный источник излучения, кислородный люминесцентный сенсор и фотоприемное устройство, и блок индикации, а также блок формирования фиксирующих напряжений, две схемы сравнения, блок выделения временного интервала, ждущий генератор возбуждающих импульсов, ограничитель длительности возбуждающих импульсов, блок выборки-хранения и блок стробирования, при этом первый вход ждущего генератора возбуждающих импульсов связан с запускающим выходом микроконтроллера, а вход - с выходом ограничителя длительности возбуждающих импульсов, первый выход ждущего генератора возбуждающих импульсов связан с импульсным источником излучения, а второй выход - с управляющими входами блока выборки-хранения и блока стробирования, выход фотоприемного устройства связан с первыми входами схем сравнения, с информационным входом блока выборки-хранения и с первым входом ограничителя длительности возбуждающих импульсов, второй вход которого связан с источником постоянного напряжения, выход блока выборки-хранения связан со входом блока формирования фиксированных напряжений, первый выход которого связан со вторым входом первой схемы сравнения, а второй выход - со вторым входом второй схемы сравнения, выходы которых связаны соответственно с первым и вторым входами блока выделения временного интервала, выход которого связан с информационным входом блока стробирования, выход которого связан со входом микроконтроллера, выход которого связан со входом блока индикации [Л.1].

Описанное в [Л.1] устройство для измерения концентрации кислорода в газообразных и жидких средах характеризуется высокой точностью измерений концентрации кислорода в емкостях, наполненных жидкостями, а также в химических и биологических производствах.

Однако оно характеризуется ограниченными функциональными возможностями, так как отсутствие измерительной камеры не обеспечивает достоверного результата измерений концентрации кислорода в выдыхаемом пациентом воздухе вследствие того, что выдыхаемый воздух смешивается с внешней средой.

Полезной моделью решается задача создания устройства для измерения концентрации кислорода в газовой среде, лишенного отмеченных в устройстве по [Л.1] недостатков и характеризующегося широкими функциональными возможностями благодаря обеспечению им достоверного результата измерений концентрации кислорода в выдыхаемом пациентом воздухе вследствие отсутствия смешения выдыхаемого пациентом воздуха с внешней средой.

Для решения поставленной задачи в устройство для измерения концентрации кислорода в газовой среде, содержащее источник ультрафиолетового излучения, поверхность с кислороде чувствительным люминесцентом, фотоприемник, вычислительный блок и, по крайней мере, две оптические системы, предложено, согласно настоящей полезной модели, ввести измерительную камеру, имеющую вход и выход, при этом фотоприемник связать с усилителем фототока и фазовым детектором, первую оптическую систему установить между источником ультрафиолетового излучения, в качестве которого использовать лазер, и входом измерительной камеры, вторую оптическую систему установить между поверхностью с кислороде чувствительным люминесцентом и фотоприемником, поверхность с кислородо чувствительным люминесцентом связать с выходом измерительной камеры, а введенный модулятор ультрафиолетового излучения связать с лазером.

Устройство для измерения концентрации кислорода в газовой смеси поясняется на примере выполнения чертежом, на котором схематично представлено заявляемое устройство.

Устройство для измерения концентрации кислорода в газовой смеси содержит источник ультрафиолетового излучения, в качестве которого использован лазер 1, связанный со входом первой оптической системы 2, выход которой соединен со входом измерительной камеры 3.

Выход измерительной камеры 3 связан с поверхностью с кислороде чувствительным элементом 4, соединенным со входом второй оптической системы 5, выход которой связан со входом фотоприемника 6.

Выход фотоприемника 6 связан с усилителем фототока 7, который соединен со входом фазового детектора 8, связанным одним выходом с вычислительным блоком 9, а другим выходом - со входом модулятора ультрафиолетового излучения 10, выход которого соединен с лазером 1.

Устройство для измерения концентрации кислорода в газовой смеси работает следующим образом.

Фазовый детектор 8 генерирует синусоидальный сигнал для модулятора 10. Модулятор 10 модулирует ультрафиолетовое излучение лазера 1, которое при помощи первой оптической системы 2 фокусируется на поверхность с кислороде чувствительным элементом 4, находящуюся на выходе измерительной камеры 3.

Поверхность с кислороде чувствительным элементом 4 под действием ультрафиолетового излучения обеспечивает переизлучение в красном спектре. Характер этого излучения зависит от концентрации кислорода в исследуемом газе.

Вторичное излучение, выходя с поверхности с кислороде чувствительным элементом 4, фокусируется второй оптической системой 5 и поступает на фотоприемник 6.

Слабый фототок с фотоприемника 6 поступает на усилитель фототока 7, а с него усиленный сигнал поступает на фазовый детектор 8.

Фазовый детектор 8 осуществляет сравнение величины фазы принятого сигнала с фазой генерированного сигнала, а информация о разности величин фаз двух сравниваемых сигналов поступает на вычислительный блок 9.

На основании значений разности величин фаз сравниваемых сигналов вычислительный блок 9 рассчитывает концентрацию кислорода в исследуемой газовой среде.

В соответствии с заявляемым решением в ООО фирма "Тритон-ЭлектроникС" разработано, изготовлено и испытано устройство для измерения концентрации кислорода в газовой среде. Положительные испытания устройства подтвердили его работоспособность и широкие практические возможности применения в будущем.

Литература:

1. Патент РФ 2172948, МПК G01N 21/64, 2001 год.

Устройство для измерения концентрации кислорода в газовой среде, содержащее источник ультрафиолетового излучения, поверхность с кислородочувствительным люминесцентом, фотоприемник, вычислительный блок и, по крайней мере, две оптические системы, отличающееся тем, что оно содержит измерительную камеру, имеющую вход и выход, при этом фотоприемник связан с усилителем фототока и фазовым детектором, первая из оптических систем установлена между источником ультрафиолетового излучения, в качестве которого использован лазер, и входом измерительной камеры, а вторая оптическая система установлена между поверхностью с кислороде чувствительным люминесцентом и фотоприемником, при этом поверхность с кислороде чувствительным люминесцентом связана с выходом измерительной камеры, а введенный модулятор ультрафиолетового излучения связан с лазером.