Сенсорный элемент для фотолюминесцентного или оптического детектора паров

Авторы патента:

Полезная модель относится к сфере исследования или анализа воздуха с помощью оптических средств и может быть использовано в составе приборов фотолюминесцентного и оптического детекторов паров для мониторинга в воздухе паров взрывчатых, наркотических, отравляющих и сильнодействующих ядовитых веществ.

Сенсорный элемент для фотолюминесцентного или оптического детектора паров выполнен в виде картриджа. Картридж имеет соединенные между собой по контуру две части в виде днища и крышки, выполненной в виде рамы. Между частями картриджа размещен пористый сенсорный материал, оптически чувствительный к содержанию в воздухе определяемых паров вредных или наркотических или взрывчатых веществ. Части картриджа выполнены из листов жесткого материала, при этом днище снабжено прорезями в виде сетки, а крышка фиксирует пористый сенсорный материал внутри картриджа.

Технический результат - повышение эксплуатационных характеристик детектора, в составе которого применен заявляемый сенсорный элемент, за счет упрощения процесса установки сенсорного элемента внутрь фотолюминесцентного или оптического детектора паров и уменьшение затрат на обслуживание и изготовление сенсорного элемента.

1 н.п. ф-лы, 6 з.п. ф-лы. 3 фиг.

Картриджи широко применяются, например, в газовых фильтрах. К примеру, известна кассета газового фильтра, которая состоит из корпуса с надетыми снаружи на ее торцы входной и выходной по направлению движения газа сетками. Сетки окантованы обечайками. [RU 2174861, МПК B01D 46/10, 06.12.2000].

Так как практически все взрывчатые, наркотические, отравляющие и сильнодействующие ядовитые вещества имеют некоторое давление паров, т.е. летучесть, при перевозке и хранении пары веществ неизбежно попадают в воздух и могут быть обнаружены фотолюминесцентным или оптическим детектором.

Известен сенсорный элемент фотолюминесцентного или оптического детектора паров, выполненного в виде трубки, который представляет собой покрытие внутренней поверхности трубки люминесцентным сенсорным материалом, чувствительным к содержанию в воздухе паров взрывчатых веществ [US 6558626, МПК G01N 21/64, G01N 21/05, G01N 21/66, G01N 21/77, 17.10.2000].

В качестве прототипа был выбран сенсорный элемент фотолюминесцентного или оптического детектора паров, выполненного в виде трубки, который представляет собой покрытие внутренней поверхности трубки пористым наноструктурированным материалом, чувствительным к содержанию в воздухе паров взрывчатых веществ [US 6558626, МПК G01N 21/64, G01N 21/05, G01N 21/66, G01N 21/77, 17.10.2000].

Общим недостатком аналога и прототипа является то, что сенсорные элементы не являются съемными и требуют длительного и сложного процесса установки. Это обуславливает низкие эксплуатационные характеристики фотолюминесцентных или оптических детекторов паров из-за сложности установки сенсорного элемента внутри детектора.

Техническая задача повышение - эксплуатационных характеристик детектора, в составе которого применен заявляемый сенсорный элемент, и уменьшение затрат па обслуживание и изготовление сенсорного элемента.

Повышение ремонтопригодности детектора обеспечивается за счет возможности простой замены сенсорного элемента при выходе его из строя в процессе эксплуатации сенсорного элемента в составе фотолюминесцентного или оптического детектора.

Сущность заявляемого устройства заключает в следующем.

Сенсорный элемент для фотолюминесцентного или оптического детектора паров выполнен в виде картриджа. Картридж имеет соединенные между собой по контуру две части в виде днища и крышки, выполненной в виде рамы. Между частями картриджа размещен пористый сенсорный материал, оптически чувствительный к содержанию в воздухе определяемых паров вредных или наркотических или взрывчатых веществ. Части картриджа выполнены из листов жесткого материала, при этом днище снабжено прорезями в виде сетки, а крышка фиксирует пористый сенсорный материал внутри картриджа.

Части картриджа предназначены для фиксации положения пористого сенсорного материала.

В качестве пористого сенсорного материала может быть использован пористый материал, то есть материал способный пропускать воздух, содержащий в своем составе химическое вещество, которое при контакте с парами вредных или наркотических или взрывчатых веществ изменяет, по крайней мере, одну свою оптическую характеристику. Выбранное химическое вещество зависит от вида детектора паров: фотолюминисцентный детектор паров или оптический детектор паров.

В качестве пористого сенсорного материала может быть использован композит, созданный при помощи процедуры электроформования полименного волокна с предвнесенным в его состав химическим веществом, например, флуоресцентным веществом, способным образовывать с молекулами аналитов нефлуоресцентные комплексы (для фотолюминисцентного детектора паров) или флуоресцентным веществом, способным образовывать с молекулами аналитов азо-краситель (для оптического детектора паров). В качестве пористого сенсорного материала картриджа могут быть использованы например, неорганические фотолюминесцентные полимерные материалы, описанные в патенте US 7482168, МПК G01N 33/00, G01N 21/76, G01N 21/64, G01N 33/22, G01N 31/22, 14.09.2002. Также в качестве пористого сенсорного материала фотолюминесцентного детектора паров могут быть использованы органические полимерные материалы, например полиацетилены.

Прорези днища выполняют функцию сетчатого выхода и препятствуют деформации пористого сенсорного материала при контакте с потоком анализируемого воздуха.

Предпочтительно части картриджа имеют равные контуры. Контуры частей картриджа могут быть выполнены круглой, квадратной или другой формы в зависимости от формы фотолюминесцентного или оптического детектора паров.

Части картриджа могут быть выполнены из любого жесткого материала, например, металла, пластмассы, фанеры иди другого.

Части картриджа могут быть жестко или разъемно соединены между собой по контуру с помощью контактной сварки, склеивания, шарнирно со скреплением типа шип-паз или с помощью аналогичных средств.

Предпочтительно с целью обеспечения высокой оптической чувствительности пористого сенсорного материала площадь прорезей днища составляет не менее 80% от его площади.

Предпочтительно соотношение толщин днища и крышки к их максимальному поперечному размеру равно от 20:1 до 1:300, что зависит от размеров фотолюминесцентного или оптического детектора паров. Предпочтительно прорези в виде сетки образованы, по крайней мере, четырьмя линиями, расположенными радиально, и, по крайней мере, одной линией, расположенной концентрически или линией, расположенной по спирали, или линиями, образующие соты.

Заявляемое устройство может быть применено в составе фотолюминесцентного или оптического детектора паров. Рассмотрим применение заявляемого устройства в составе фотолюминесцентного детектора паров.

Заявляемое устройство поясняется следующими чертежами:

Фиг. 1 - принципиальная схема фотолюминесцентного детектора паров (вид спереди).

Фиг. 2 - общий вид сенсорного элемента фотолюминесцентного или оптического детектора паров (в разобранном виде).

Фиг. 3 - общий вид сенсорного элемента фотолюминесцентного или оптического детектора паров (в собранном виде).

Фотолюминесцентный детектор паров выполнен в виде цилиндрической трубы 1, внутри которой последовательно расположены блок вентиляции 2, сенсорный элемент 3 и параллельно расположенные источник излучения 4, подключенный к блоку стабилизации питания 5 и фотоэлемент 6, подключенный к блоку регистрации 7, снабженный микроконтроллером (не показан на чертежах) и жидкокристаллическим дисплеем (не показан на чертежах). Микроконтроллер подключен к жидкокристаллическому дисплею. Внутренняя поверхность трубы 1 содержит элементы крепления (не обозначен на чертежах) сенсорного элемента 3 в виде двух гнезд (не обозначены на чертежах) в корпусе трубы 1. Элементы крепления выполнены с возможность крепления сенсорного элемента 3 к внутренней поверхности трубы 1 без зазоров. Сенсорный элемент 3 размещен внутри трубы 1 перпендикулярно потоку анализируемого воздуха.

Сенсорный элемент 3 выполнен в виде картриджа. Картридж имеет соединенные между собой по контуру две части в виде днища 8 и крышки 9, выполненной в виде рамы. Между днищем 8 и крышкой 9 размещен пористый сенсорный материал 10, оптически чувствительный к содержанию в воздухе определяемых паров вредных или наркотических или взрывчатых веществ. Днище 8 снабжено прорезями (не показаны на чертежах) в виде сетки, а крышка 9 фиксирует пористый сенсорный материал 10 между днищем 8 и крышкой 9 внутри картриджа.

Крышка 9 и днище 8 имеют равные контуры круглой формы и предназначены для фиксации положения пористого сенсорного материала 10. Части картриджа (крышка 9 и днище 8) жестко соединены между собой по кромке с помощью склеивания и выполнены из листов металла.

Прорези днища 8 выполняют функцию сетчатого выхода и препятствуют деформации пористого сенсорного материала 10 при контакте с потоком анализируемого воздуха. Прорези днища 8 образованы четырьмя линиями, расположенными радиально, и линией, расположенной концентрически. С целью обеспечения высокой оптической чувствительности пористого сенсорного материала 10 площадь прорезей днища 8 составляет приблизительно 80% от его площади.

Детектор имеет следующие размеры 100*100*400 мм. Соотношение толщины днища 8 и крышки 9 к их максимальному поперечному размеру равно 1:90.

Принцип работы заявляемого устройства заключается в следующем.

Блок вентиляции обеспечивает движение анализируемого воздуха внутри трубы 1 и его прохождение через сенсорный элемент 3. Источник излучения 4 возбуждает фотолюминесценцию. Детектирование паров основано на интенсивном тушении фотолюминесценции пористого сенсорного материала К) в присутствии в анализируемом воздухе паров взрывчатых, наркотических или вредных веществ. Микроконтроллер регистрирует снижение уровня фотолюминесценции, обрабатывает полученный аналоговый сигнал в цифровой и предает его на жидкокристаллический дисплей. При снижении уровня люминесценции жидкокристаллический дисплей оповещает пользователя о наличие в анализируемом воздухе паров взрывчатых, наркотических или вредных веществ. Крышка 9 и днище 8 фиксируют положение пористого сенсорного материала 10. При прохождении потока анализируемого воздуха через сенсорный элемент 3 прорези днища 8 препятствуют деформации пористого сенсорного материала 10.

1. Сенсорный элемент для фотолюминесцентного или оптического детектора паров выполнен в виде картриджа, картридж имеет соединенные между собой по контуру две части в виде днища и крышки, выполненной в виде рамы, причем между частями картриджа размещен пористый сенсорный материал, оптически чувствительный к содержанию в воздухе определяемых паров вредных, или наркотических, или взрывчатых веществ, части картриджа выполнены из листов жесткого материала, при этом днище снабжено прорезями в виде сетки, а крышка фиксирует пористый сенсорный материал внутри картриджа.

2. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что части картриджа имеют равные контуры круглой или квадратной формы.

3. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что части картриджа выполнены из металла, или пластмассы, или фанеры.

4. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что части картриджа могут быть жестко или разъемно соединены между собой по контуру с помощью контактной сварки, или склеивания, или шарнирно со скреплением типа шип-паз.

5. Сенсорный элемент по п. 1, отличающийся тем, что площадь прорезей днища составляет не менее 80% от его площади.

6. Сенсорный элемент по п. 1. отличающийся тем, что соотношение толщин днища и крышки к их максимальному поперечному размеру равно от 20:1 до 1:300.

7. Сенсорный элемент по п. 1. отличающийся тем, что прорези в виде сетки образованы, по крайней мере, четырьмя линиями, расположенными радиально, и, по крайней мере, одной линией, расположенной концентрически, или линией, расположенной по спирали, или линиями, образующимисоты.