Газовая Промышленность 11.2023

Научная статья

УДК 538.975:543.27
(UDK 538.975:543.27)

Для получения доступа к статьям

Авторизуйтесь

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ (NEW TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT)

АНАЛИЗ ОПТИМАЛЬНОГО ИНФРАКРАСНОГО ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ В РАЗРАБОТКЕ КОНСТРУКЦИИ СТЕНДА ГАЗОАНАЛИЗАТОРА С ДЕТЕКТОРОМ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ЛАЗЕРОМ ПЛЕНОК СЕЛЕНИДА СВИНЦА

(EVALUATION OF THE BEST INFRARED SOURCE FOR DESIGN OF GAS ANALYZER SETUP EQUIPPED WITH A DETECTOR BASED ON LASER-MODIFIED LEAD SELENIDE FILMS)

В статье представлены результаты разработки лабораторного газоанализатора на основе халькогенидной пленки селенида свинца (PbSe). Так как технология лазерной модификации малоизучена и находится в фазе активного развития, регулярно появляются новые образцы PbSe-пленок, требующие тестирования. Основной принцип действия детекторов, в которых используются данные пленки, состоит в том, что под влиянием инфракрасного излучения, проходящего через оптическую среду, изменяются электрооптические параметры пленки. Как следствие, регистрация этих параметров (в первую очередь электрического сопротивления), предположительно, позволит и детектировать сам факт наличия определенных газов в оптической среде, и определять их концентрацию.
Описаны три разработанных испытательных стенда. В качестве источников излучения выбраны керамическая, галогеновая лампы и многокомпонентный светодиод. Приводятся результаты исследования спектров интенсивности этих источников в инфракрасной области, показаны преимущества и недостатки их применения. Установлено, что мощность, достаточная, чтобы различать наличие газа в системе относительно прочих шумов, лежит в диапазоне от 3 до 6 мВт. Сделан вывод, что в оптических газоанализаторах светодиоды более предпочтительны по сравнению с галогеновыми и керамическими лампами.

The article presents the results of lab gas analyzer development based on lead selenide (PbSe) chalcogenide film. Since the laser modification technology is under-researched and is still actively evolving, new samples of PbSe films appearing from time require to be tested. The fundamental operating principle behind the detector using such films is that infrared radiation changes electrical and optical properties of the film when passes the optical medium. As a result, logging of these properties (first of all, electrical resistance) is supposed to allow detecting specific gases in the optical medium and measuring their concentrations.
Three developed test setups are described. Ceramic lamp, halogen lamp, and multi-component LED were selected as infrared radiation sources. The article provides the results of the intensity spectra analysis for the above sources in the infrared radiation range, and shows their benefits and shortcomings. It has been found that the power sufficient to detect the presence of gas in the system relative to other noise lies in the range between 3 and 6 mW. It has been concluded that LEDs are more preferable in optical gas analyzers than ceramic and halogen lamps.

ГАЗОАНАЛИЗАТОР, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ СЕНСОР, ХАЛЬКОГЕНИДНАЯ ПЛЕНКА, ЛАЗЕРНАЯ МОДИФИКАЦИЯ, ФОТОДЕТЕКТОР, ИНФРАКРАСНЫЙ ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ, ФОТОПРОВОДИМОСТЬ, ДИОКСИД УГЛЕРОДА, КОМПЕНСАЦИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

GAS ANALYZER, SEMICONDUCTOR GAS SENSOR, CHALCOGENIDE FILM, LASER MODIFICATION, PHOTODETECTOR, INFRARED SOURCE, PHOTOCONDUCTIVITY, CARBON DIOXIDE, TEMPERATURE DEPENDENCE COMPENSATION

А.А. Ольхова, лауреат Международного конкурса молодых ученых «Нефтегазовые проекты: взгляд в будущее», ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО» (Санкт-Петербург, Россия), olkhova.a.a@mail.ru

Д.Б. Гончаров, ФГАОУ ВО «Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы» (Москва, Россия), denis.goncharov.1998@gmail.com

А.А. Патрикеева, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО», patrikeeva17@gmail.com

М.А. Дубкова, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО», maria.dubkova@mail.ru

М.М. Сергеев, к.т.н., ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет ИТМО», maxim.m.sergeev@gmail.com

A.A. Olkhova, winner of the International Young Scientists Awards “Oil and Gas Projects: A Glance into the Future”, ITMO University (Saint Petersburg, Russia), olkhova.a.a@mail.ru

D.B. Goncharov, Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (Moscow, Russia), denis.goncharov.1998@gmail.com

A.A. Patrikeeva, ITMO University, patrikeeva17@gmail.com

M.A. Dubkova, ITMO University, maria.dubkova@mail.ru

M.M. Sergeev, PhD in Engineering, ITMO University, maxim.m.sergeev@gmail.com

Sun Y., Liu C., Xie P., et al. Industrial SO2 emission monitoring through a portable multichannel gas analyzer with an optimized retrieval algorithm // Atmos. Meas. Tech. 2016. Vol. 9, No. 3. P. 1167–1180. DOI: 10.5194/amt-9-1167-2016.

Truman S.L. Industrial use and applications of ion selective electrodes // J. Chem. Educ. 1997. Vol. 74, No. 2. Article ID 171. DOI: 10.1021/ed074p171.

Tran D., Gorius N., Quilligan G.T., et al. Gas analyzer for monitoring H2O and CO2 partial pressures in space instrumentation // IEEE Sens. J. 2022. Vol. 22, No. 13. P. 12576–12587. DOI: 10.1109/JSEN.2022.3177079.

Томаев В.В., Чернышова И.В., Тихонов П.А. Исследование продуктов окисления селенида свинца методом ИК спектроскопии // Физика и химия стекла. 2007. Т. 33, № 6. С. 883–889.

Olkhova A.A., Patrikeeva A.A., Dubkova M.A., et al. Comparison of CW NUV and pulse NIR laser influence on PbSe films photosensitivity // Appl. Sci. 2023. Vol. 13, No. 4. Article ID 2396. DOI: 10.3390/app13042396.

Olkhova A.A., Patrikeeva A.A., Sergeev M.M. Electrical and optical properties of laser-induced structural modifications in PbSe films // Appl. Sci. 2022. Vol. 12, No. 19. Article ID 10162. DOI: 10.3390/app121910162.

Ольхова А.А., Патрикеева А.А., Дубкова М.А., Сергеев М.М. Модификация оптических свойств халькогенидных пленок селенида свинца с помощью непрерывного лазерного излучения // Газовая промышленность. 2022. № 12 (842). С. 46–53.

Sun Y, Liu C, Xie P, Hartl A, Chan K, Tian Y, et al. Industrial SO2 emission monitoring through a portable multichannel gas analyzer with an optimized retrieval algorithm. Atmos. Meas. Tech. 2016; 9(3): 1167–1180. https://doi.org/10.5194/amt-9-1167-2016.

Truman SL. Industrial use and applications of ion selective electrodes. J. Chem. Educ. 1997; 74(2); article ID 171. https://doi.org/10.1021/ed074p171.

Tran D, Gorius N, Quilligan GT, Gong Q, Kolasinski JR, Purser TC, et al. Gas analyzer for monitoring H2O and CO2 partial pressures in space instrumentation. IEEE Sens. J. 2022; 22(13): 12576–12587. https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3177079.

Tomaev VV, Chernyshova IV, Tikhonov PA. Investigation of the products of oxidation of lead selenide by IR spectroscopy. Glass Physics and Chemistry [Fizika i khimiya stekla]. 2007; 33(6): 883–889. (In Russian)

Olkhova AA, Patrikeeva AA, Dubkova MA, Kuzmenko NK, Nikonorov NV, Sergeev MM. Comparison of CW NUV and pulse NIR laser influence on PbSe films photosensitivity. Appl. Sci. 2023; 13(4): article ID 2396. https://doi.org/10.3390/app13042396.

Olkhova AA, Patrikeeva AA, Sergeev MM. Electrical and optical properties of laser-induced structural modifications in PbSe films. Appl. Sci. 2022; 12(19): article ID 10162. https://doi.org/10.3390/app121910162.

Olkhova AA, Patrikeeva AA, Dubkova MA, Sergeev MM. Modification of lead selenide chalcogenide films’ optical properties by continuous wave laser irradiation. Gas Industry [Gazovaya promyshlennost']. 2022; 842(12): 46–53. (In Russian)
NEFTEGAS.info

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Контакты

108811, г. Москва, Киевское ш.,
Бизнес-парк «Румянцево», корп. Б,
подъезд 5, офис 506 Б

+7 (495) 240-54-57