Диссертация (1143140), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Газоанализатор на МоЯК по принципудетектирования относится к аэрозольным газоанализаторам [104]. Его принципиальноеотличие от других аэрозольных газоанализаторов заключается в том, что в газоанализатореМоЯК каждая аэрозольная частица образуется из одной молекулы примеси, тогда как в других34приборах требуется коагуляция нескольких молекул. Следствием этого является уникальнаячувствительность газоанализатора на основе эффекта проявления МоЯК и большой диапазонлинейности отклика.В [104] оценена относительная чувствительность различных аэрозольных детекторов взависимости от числа молекул детектируемого вещества (принимает значения i=1, 2, 3, 4, 5)находящихся в регистрируемых аэрозольных частицах. Рассчитано, что относительныезначения пределов обнаружения соответственно составят 1 (для i=1); 21000 (для i=2); 57000(для i=3); 350000 (для i=4) и 850000 (для i=5).
Зависимость сигнала от концентрации молекулв пробе для метода МоЯК линейна в диапазоне 7 порядков. Газоанализаторы, регистрирующиеядра конденсации из 5 молекул, могут служить лишь газосигнализаторами, срабатывающимипри счетной концентрации молекулярного пара m 107 .Концентрацию примеси удобно выражать в виде числа молекул примеси m в объеме 1см3. Фототок фотометра определяется выражением J n j a1 a2 a3 m j , где J – фототокнефелометра; m – счетная концентрация молекул примеси, n – счетная концентрация частицаэрозоля, полученного на МоЯК, см-3; j – фототок светорассеяния аэрозоля с концентрацией1 см-3; a1 – выход реакции конвертирования; a 2 –коэффициент доставки МоЯК в зонупроявления; a 3 – истинный коэффициент проявления, равный вероятности образованияаэрозольной частицы на МоЯК, достигшем зоны проявления.В [104] оценен теоретический предел измерения концентраций примеси в методе МоЯК.Минимальноизмеримаясчетнаявыражениемnmin a1 a2 a3 mminконцентрациясм-3,гдепроявленныхМоЯКопределяетсяmmin – минимально измеримая счетнаяконцентрация молекул примеси, см-3.
Для регистрации МоЯК необходимы столь высокиепересыщения проявляющего вещества, что в оптимальном режиме проявлению МоЯКспособствует наличие фона спонтанной конденсацииnсп 100 см–3. Кроме того,определенный фон nфон генерирует конвертор: в случае регистрации карбонилов сфотоконверсией (ртутные лампы среднего давления) nфон nсп 300 см-3. Коэффициенты a1 ,a 2 , a 3 доступны экспериментальному определению. Так, для фотоконверсии карбонилов придостаточной мощности источника УФ-света a1 0,5 . Коэффициент проявления a 3 дляоптимальных проявителей МоЯК в случае применения активации близок к единице. Наконец,2коэффициент доставки a 2 можно сделать более 0,1.
Тогда mmin 6 10 см-3. В одном см3 газапри нормальных условиях содержится NL=2,681019 молекул (число Лошмидта), тогдаминимально измеримая концентрация примеси C мин в мольных долях определится формулой:35Смин mmin6 102 2 101719NL2, 68 10(1.15)Для примеси с молекулярным весом M 100 г/моль значению С мин =210-17 мольнойдоли соответствует значение весовой концентрации 10-13 мг/л. Столь предельно низкиезначениярегистрируемыхконцентрацийпримесейявляютсярекорднымидлягазоанализаторов.Полученное оценочное количество ядер конденсации в газоанализаторе МоЯК (mmin 6102 см-3) должно быть зарегистрировано приемно-преобразующим устройством, итогда газоанализатор сможет определять предельно низкие концентрации вредных веществ науровне 10-13 мг/л.Столь высокие возможности конденсационного принципа МоЯК на практике должнореализовывать ППУ газоанализатора. Фототоки светорассеяния, регистрируемые ППУ, могутбыть рассчитаны на основе теории светорассеяния Ми, однако в научной литературе такогорасчета для газоанализаторов на основе МоЯК не представлено.
Отсутствует также методикирасчета чувствительности ППУ к детектируемым вредным веществам на основе интеграторафототока. Требуют разработки системы управления временем интегрирования ППУ на основемикропроцессорной техники с целью обеспечения динамического диапазона в 7 порядковвеличины концентрации целевого компонента в пробе.Решению поставленных вопросов посвящена Глава 4 диссертации.1.4. Коэффициент шума радиотехнических приемно-преобразующих трактов сиспользованием акустоэлектронных устройств на поверхностных акустических волнахАкустоэлектронные устройства на поверхностных акустических волнах широкоиспользуются в радиотехнических устройствах, в том числе в ППУ оптико-электронныхсистем. Фильтры на ПАВ обладают высокой селективностью и поэтому могут использоватьсяв ППУ многоканальных оптико-электронных системах, например, в волоконно-оптическихсистемах передачи телевизионных каналов студийного качества.Важной характеристикой радиотехнических устройств является динамический диапазон(ДД).
Нижняя граница ДД определяется минимальным уровнем полезного сигнала,различимого на выходе устройства с заданной вероятностью ошибки (или отношениемсигнал/шум в аналоговых системах). Применительно к системам обработки информации сиспользованием устройств на поверхностных акустических волнах различают два подхода копределению нижней границы ДД. Первый, изложенный в [108], сводится к возможностиразличения полезного сигнала от возникающих в системе ложных сигналов. Их появление36связано, прежде всего с отражениями от встречно-штыревых преобразователей, которые,участвуя в дальнейшем процессе формирования выходного сигнала, порождают ложныеотклики.
Другой подход, принимаемый в [109] определяет нижнюю границу ДД уровнемтепловых шумов устройства. В [109] при этом отмечается, что определение нижней границыДД уровнем ложных акустических сигналов основан на недопустимой аналогии междуакустическими и электронными устройствами, согласно которой ложные акустическиесигналы идентифицируются с уровнем шумов, а потери с коэффициентом передачи.
Уровеньложных сигналов определяет разрешение слабых сигналов на фоне сильных и также являетсяважной характеристикой акустоэлектронных радиокомпонент при определенных режимахработы. Таким образом, второй подход представляется более общим, поскольку он определяетфундаментальное ограничение на минимальное значение полезного сигнала и позволяетотдельно рассматривать задачу снижения уровня ложных сигналов в системе обработкиинформации при минимизации шумов. Вопрос о нижней границе ДД устройств на ПАВрассматривается в литературе недостаточно полно.
Однако во всех имеющихся работах,например, отмечается [109,110,111], что даже в случае использования наиболее малошумящихусилителей их уровень шума существенно превышает уровень акустических шумов иопределяет нижнюю границу ДД акустоэлектронных радиокомпонентов. Однако, в процессевыполнения данной работы, как будет показано в последующем изложении, былоэкспериментально установлено, что использование широкополосной противошумовойкоррекции в малошумящем транзисторном усилителе позволяет снизить собственные шумыпоследнего на столько, что ограничение на нижнюю границу ДД накладывают тепловые шумывыходного встречно-штыревого преобразователя (ВШП).
Таким образом, учет шумовпьезоплаты становится актуальной задачей. Возможность дополнительного включениявходного усилителя до пьезоплаты рассматривалось в работе [110]. В работе отмечается, чтовходной усилитель позволяет упростить решение двух проблем: - согласования ВШП систочником сигнала и снижения влияния шумов выходного усилителя и, тем самым,расширить динамический диапазон акустоэлектронного устройства. Для работы во входныхустройствах в условиях сильных помех за полосой пропускания наиболее рациональнойоказывается структурная схема с пассивными согласующими цепями и фильтром на входе,параметры которых рассчитываются из условия минимальных потерь. В радиоэлектронныхтрактах промежуточной частоты и входных устройствах, в которых уровни полезных ипаразитных сигналов сравнимы или помеха носит случайный характер, наиболее подходящейоказывается структурная схема акустоэлектронного модуля с входным и выходнымусилителями, имеющая большее число степеней свободы и позволяющая эффективнеереализовывать совокупность положительных свойств фильтров [110].37В [111] рассмотрены задача оптимизации динамического диапазона и шумовогосогласования трансверсальных фильтров ПАВ.
В статье предложено использовать апертуруВШП и ток эмиттера входного биполярного транзистора усилителя для достиженияминимального уровня шума. При этом форма АЧХ фильтра удовлетворяется функциейаподизацииэлектродовВШП.Исследуютсядвавозможныхвариантапостроенияакустоэлектронного модуля. В первом варианте – входной (передающий) ВШП неаподизован,выходной (принимающий) – аподизован, во втором варианте преобразователи меняютсяместами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
