CC BY
50
УДК 66.085.1
МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОГО ГАЗОАНАЛИЗАТОРА С ПЕРВИЧНЫМ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ СПЛАВА С^.^п^ И АЛГОРИТМ ЕЕ РАБОТЫ
© А.Ю. Кузьмин, Ю.А. Брусенцов, В.П. Дудаков
Ключевые слова: селективный; оптический газоанализатор; инфракрасный спектр; спектральное распределение, микропроцессорная система, алгоритм работы.
Предлагается микропроцессорная система оптического газоанализатора с первичным измерительным преобразователем на основе сплава С^ХЗп^ и алгоритм ее работы.
В последнее время наибольшее распространение получают оптические газоанализаторы, одной из сфер применения которых является контроль транспортных выбросов соответствия международным стандартам. Преимущество данного типа газоанализаторов по сравнению с иными (электрохимическими, термокаталитическими, полупроводниковыми) заключается, прежде всего, в отсутствии контакта между загазованной атмосферой (агрессивной средой) и измерительными элементами. В данной работе предлагается оптический газоанализатор, в основе работы которого лежит запатентованная конструкция первичного измерительного преобразователя (ПИП) [1], представляющая собой фоторезистивную тонкопленочную матрицу с селективными фотоэлементами, выполненными из сплава С^^пД Область чувствительности фотоэлементов определяется составом сплава и совокупно охватывает заданный участок спектра инфракрасного излучения. Достоинством выбранного материала является возможность перекрывать инфракрасный диапазон до 12,5 мкм изменяя концентрацию легирующего вещества в сплаве.
В рамках исследования разработана микропроцессорная система [2, 3] для определения спектральной плотности ИК-излучения. В качестве ПИП, как было указано ранее, был использован преобразователь в виде матрицы тонкопленочных фоточувствительных элементов на основе сплава С^.^п^.
На рис. 1 представлена схема микропроцессорной системы. Функционально ее можно разделить на несколько частей: ПИП, блок компенсации и блок преобразования измерительной информации.
Для преобразования измерительной информации микропроцессорная система содержит: коммутатор (6), второй усилитель (7), предназначенный для усиления сигнала с коммутатора до нормированного уровня аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (8), микропроцессор (9) и блок управления (11) для ввода параметров и программы в память микропроцессора с последующим отображением на дисплее (10).
Измерительная система работает следующим образом. С блока управления вводится программа, составленная в соответствии с алгоритмом обработки информации. Тестовыми сигналами проверяется правиль-
ность работы прибора. Поток излучения с заданной модулятором (1) частотой попадает на ПИП (2). Опрос матрицы производится с помощью команд по заданной программе. Для усиления сигнала, возникающего на ПИП при его освещении, используется многополосный программируемый усилитель (5) с малым уровнем собственных шумов. Для согласованной работы усилителя с низкоомным входом и ПИП с высоким номинальным электросопротивлением в цепь включен катодный повторитель (4). Напряжение с ПИП поступает на управляемый микропроцессором (9) коммутатор (6), который поочередно подключает ячейки ПИП излучения, предназначенные для работы в разных диапазонах ИК-спектра. Усиленное до нормированного уровня напряжение поступает на АЦП (8), который преобразует аналоговый сигнал в цифровой код, передающийся в микропроцессор (9), где по программе, составленной в соответствии с алгоритмом работы системы, происходит расчет значения фототока в соответствии с законом
12 4 5
_ [4_Д*
Рис. 1. Структурная схема микропроцессорной системы контроля спектральной плотности ИК излучения: 1 - модулятор; 2 - резистивная матрица; 3 - источник напряжения; 4 - катодный повторитель; 5 - узкополосный усилитель; 6 - коммутатор; 7 - второй усилитель; 8 - АЦП; 9 - микропроцессор; 10 - индикатор; 11 - блок управления
АЛГОРИТМ РАБОТЫ МАП
L Модуляция потока ю.тучення Ф(Му,Лу)^ =irm по час юте и
Ф<ХД)
IL Сканиро! акне мазр ниы ш адрес ач г с
з'=0,и-1;
1. Узкополосное усиление
2. Измерение Rt = Rp,i = \,п
3. Измерение Ut = U0 -Utri = 1?гс
4. Вычисление фото тока
^=тлу
Ш. Детекг1ф01:анне излучения (форынросаюс цнфро! oio кода)
1. Проверю условия регистрации
£■
VL Инд нкащи результатов ншерення
Рис. 2. Схема алгоритма
Ома. Результаты записываются в оперативную память микропроцессора и затем вызываются оператором на индикатор (10) в любое время после окончания измерения.
Распределение по спектру плотности излучения любых тел характеризуется плавной кривой, имеющей один максимум и спадающий до нуля при изменении длины волны к нулю или бесконечности. В каждом случае преобладание в спектре какой-либо волны соответствует конкретному значению спектральной плотности лучистого потока, значения которой являются справочными величинами [4]. Программное обеспечение разработанного микропроцессорного устройства представлено на основе алгоритма работы микропроцессорной измерительной системы (рис. 2).
В начале работы микропроцессорной системы производится сканирование по адресам фоторезистивной матрицы: Ф(^). Следующим этапом работы алгоритма, после обеспечения его цикличности, происходит измерение фототока в цепи соответствующего ПИП и сравнивание его с пороговым значением
(1ф,- - 1ф.п,- )
Система в случае «ДА» производит формирование цифрового кода N. На заключительном этапе работы программы производится индикация результатов измерения в виде цифрового кода и максимального значения фототока на одном из ПИП резистивной матрицы. В случае «НЕТ» действия алгоритма ограничиваются формированием цифрового кода.
Таким образом, была разработана микропроцессорная система для определения спектральной плотности ИК-излучения, использующая неохлаждаемый селективный ПИП на основе сплава Cdj.^Sn^S, позволяющая контролировать спектральную плотность ИК-излучения в диапазоне длин волн от 5 до 12,5 мкм с заданной дискретностью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Поляков Е.В., Минаев А.М., Пручкин В.А, Кузьмин А.Ю. Чувствительный элемент детектора инфракрасного излучения. Патент на изобретение по заявке № 2005133562 от 31.10. 2005 г.
2. Калабеков Б.А., Мамзелев И.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. М., 1987.
3. Герасимов Б.И. Микропроцессорные аналитические приборы. М., 1997.
4. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М., 1978.
Поступила в редакцию 20 сентября 2008 г.
Kuzmin A.Y., Brusentsov Y.A., Dudakov V.P. Microprocessor system of an optical gas analyzer with a primary measuring converter on the basis of an alloy Cd^Sn^S and an algorithm of its work. A microprocessor system of an optical gas analyzer with a primary measuring converter on the basis of an alloy Cd^Sn^S and an algorithm of its work are offered.
Key words: selective, optical gas analyzer, infrared spectrum, spectral distribution, microprocessor system, algorithm of work.
