В работе представлены результаты разработки математической модели и структуры модуляционного оптико-абсорбционного газоанализатора выхлопных газов, в котором используется модулированное по длине волны излучение квантово–каскадного лазера. Одной из основных целей математического моделирования является определение минимальной требуемой длины оптического пути L измерительной газовой кюветы при заданной чувствительности газоанализатора. Представлены исходные данные для построения математической модели, а именно параметры спектров поглощения исследуемых газов, спектр излучения лазера и закон его модуляции, параметры фотоприемника; алгоритм работы модели. В ходе моделирования было установлено, что для определения концентраций О2=0,1% иNO = 1 ppm, необходимо обеспечить L≥ 10 см. Описана структура газоанализатора, предназначенного для контроля выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания на газовом топливе, удовлетворяющего экологическим нормам Евро-5 и Евро-6.
This article deals with the results of a mathematical modeling and structure designing of the modulation optico-absorptive exhaust gases sensor, which uses a wavelength modulated radiation of quantum cascade laser. One of the main purposes of mathematical modeling is to determine the minimum required length of the optical path length L of the measuring gas cell at a given sensitivity of the analyzer. Initial data of a mathematical model, namely, the absorption spectra of the studied parameters of gas, the emission spectrum of the laser and the law of its modulation, parameters of the photo-detector; the algorithm of the model are shown. During the simulation, it was found that for the determination of the concentrations of О2=0,1% and NO = 1 ppm it was necessary to ensure L≥10 cm. The structure of gas analyzer is described. Analyzer is designed to control exhaust gases of internal combustion engine on gas that meets the environmental standards Euro-5 and Euro-6.
1. ГИАМ-29М-3, ГИАМ-29М-4 газоанализатор контроля отработавших газов двигателей внутреннего сгорания переносной // Аналитприбор.URL:http://www.analitpribors.ru/GIAM-29M-3--GIAM-29M-4.html(дата обращения 05.09.2014).
2. ГОСТ Р 54942-2012. Газобаллонные автомобили с искровыми двигателями. Выбросы вредных (загрязняющих) веществ с отработавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния. – М., Изд-во стандартов, 2012. – 20 с.
3. Инфракрасная спектроскопия // Физическая энциклопедия.URL: http://dic.academic.ru/ dic.nsf/enc_physics/1134/ИНФРАКРАСНАЯ(дата обращения 05.09.2014).
4. Справочная информация по ИВС SPECTRA // Спектроскопия атмосферных газов. URL:http://specinfo.iao.ru/ru/theory/pt_dep/(дата обращения 05.09.2014).
5. Фотодиоды для диапазона 280-1100 нм. Каталог продукции// Инновационная компания ФТИ им. А.Ф. Иоффе. ЗАО Техноэскан. URL:http://www.technoexan.ru/products/ diodes/cat1.php(дата обращения 05.09.2014)
6. Eblana Photonics. Gas Sensing & Metrology Laser Diodes// Eblana Photonics. URL: http://www.eblanaphotonics.com/specialty-laser-diodes.php (дата обращения 05.06.2014).
7. Fitzpatrick C., Dooly G. and Lewis E. HazardousexhaustgasmonitoringusingadeepUVbaseddifferentialopticalabsorption spectroscopy (DOAS) system // Journal of Physics: Conference Series, 2007. - №76. – Р.15-21.
8. Kasyutich V.L., Holdsworth R.J., Martin P.A. Mid-infrared laser absorption spectrometers based upon all-diode laser difference frequency generation and a room temperature quantum cascade laser for the detection of CO, N2O and NO // Appl. Phys., 2008, № B92. – С. 271–279.
9. Mędrzycki R., Wojtas J., Rutecka B., Bielecki Z. Detection of nitric oxide in exhaled air using cavity enhanced absorption spectroscopy // Proc. of SPIE, 2013. Vol. 8902. – С. 92-113.
10. Oxygen Concentration Sensors and Methods of Rapidly Measuring the Concentration of Oxygen in Fluids: пат.US20120019829 A1 США. №US8248612; заявл.26.07.2010; опубл. 26.01.2012. 4 с.