покрытия в диапазоне частот 70-560 кГц. При минимальной толщине покрытия

ПАВ коэффициенты были сравнимы с относительными ГМА коэффициентами. Данное

исследование еще раз подтверждает правоту того, что отклик ПАВ химических

сенсоров выше, чем ожидаемый только от изменения массы. Вязко-эластичный

эффект также более ярко выражен, чем гравиметрический. Более того, подобие

диффузионных коэффициентов, полученных при более толстом слое полимера,

говорит о том, что скорости изменения вязко-эластичных компонентов ПАВ и

гравиметрического элемента подобны. Авторами работы был сделан вывод, что

оба явления имеют в своей основе один и тот же процесс: адсорбцию

анализируемого вещества в полимер. И с этой точки зрения, по мнению авторов

работы, покрытый полимером ПАВ сенсор может считаться частным случаем

гравиметрического сенсора.

В работе [14] представлен сенсор на ПАВ с двойной линией задержки с

напыленной пленкой WO3:Ru в качестве чувствительного элемента. В результате

окисления оксида азота (NO) полупроводниковой пленки оксида металла

уменьшается концентрация носителей в пленке и, следовательно, ее

проводимость. Это уменьшение проводимости пленки является причиной

увеличения скорости ПАВ. Таким образом, в приборе, который представляет

собой колебательный контур с двойной линией задержки, частота

чувствительного канала является мерой чувствительности концентрации NO. В

работе также представлены отклики данного сенсора на концентрации NO (10-9

– 10-6) в воздухе, то есть среди газов более высоких концентраций. Также в

работе проанализированы зависимости отклика сенсора от времени отклика,

времени восстановления, минимального уровня концентрации, уровня насыщения

и линейность отклика. Кроме того, приводятся рисунки и возможности

улучшения показателей сенсора в будущем.

В работе [13] представлен ПАВ сенсор для измерения относительной

влажности и концентрации углекислого газа при комнатной температуре. Он

представляет собой две 97 МГц линии задержки ПАВ, покрытые тонкими

полимерными пленками. Одна линия задержки служит для измерения

концентрации, вторая – для измерения относительной влажности. В работе

также представлены кривые зависимости отклика сенсора от определяемых

параметров.

В работе [20] использовался датчик, содержащий 2 независимые

идентичные линии задержки с исследуемыми покрытиями. Каждая линия задержки

соединена с частотомером и через специальную плату интерфейса с

персональной ЭВМ «Нейрон». Математическое обеспечение позволяло в режиме

реального времени считывать показания частотомеров 1 раз в секунду и

накапливать результаты измерений в буфере ЭВМ для последующей обработки.

Как видно из работ зарубежных и отечественных разработчиков ПАВ

сенсоров, при проведении исследований необходима обработка больших объемов

данных. Поэтому возникает необходимость повысить степень автоматизации

экспериментальной установки. Для чего считается целесообразным сопряжение

измерительных приборов, необходимых для проведения эксперимента с ЭВМ.

Данная задача успешно решается зарубежными разработчиками, в то время как

среди научных разработок отечественных ученых такая задача была решена

только в работе [20]. В этой работе использовалась достаточно маломощная

ЭВМ «Нейрон», которая при современных требованиях к быстроте и качеству

обработки информации не может справиться со своей задачей. Для успешного

проведения исследований необходимо повысить степень автоматизации

установки, путем сопряжения ее с ЭВМ более высокого уровня.

Цель работы – разработать схему, программу, обслуживающую интерфейсное

устройство сопряжения и произвести подключение измерительной установки к

ЭВМ.

Конструкция экспериментальной ячейки

В качестве чувствительных элементов на поверхностно-акустических

волнах использовались линии задержки ПАВ, выполненные на АТ-срезе

монокристаллического кварца таким образом, что частота генерируемой

поверхностно-акустической волны составляла 170 МГц. Для выполнения

поставленных в данной работе задач была изготовлена экспериментальная

ячейка следующей конструкции. На основание, представляющее собой пластину

100*100*10 мм из нержавеющей стали, устанавливался высокочастотный

усилитель. Усилитель был помещен в металлический корпус 25х25х10 мм и его

параметры были специально подобраны для использовавшихся в ходе

исследований ПАВ преобразователей. В верхней грани корпуса усилителя

имелись контактные отверстия, в которые вставлялись ножки стандартного ПАВ

держателя. В качестве крышки ПАВ преобразователя, для исключения влияния

внешних воздействий на частоту ПАВ, использовалась нержавеющая пластина

40х40х4 мм, в которой было вырезано отверстие необходимой геометрии и

размеров. На верхнюю грань этой пластины напротив отверстия была приварена

еще одна пластинка таким образом, что в первой пластине образовалась

полость. В данную полость помещался ПАВ преобразователь. Для создания

вакуумного уплотнения крышка прижималась к усилительной коробке при помощи

болтов диаметром 5 мм через прокладку из силиконовой резины. В верхнюю

часть пластины над ПАВ преобразователем были вварены два штуцера из

нержавеющих трубок 3-х миллиметрового диаметра для введения в ячейку

требуемых газовых потоков, а также откачки ее на вакуум. Для исключения

попадания пыли и частиц грязи на поверхность распространения поверхностно-

акустической волны, в штуцеры были введены специальные фильтры,

используемые в качестве вкладышей во входных штуцерах газовых редукторов.

При проведении экспериментов штуцеры ячейки соединялись с соответствующими

выводами универсального газового стенда.

Описание приборов и материалов

Для измерения частоты ПАВ в работе использовался частотомер электронно-

счетный Ч3-54, характеристики которого представлены ниже:

[pic]

Рисунок 3 Внешний вид частотомера Ч3-54

Назначение:

1. Частотомер электронно-счетный 43-54 предназначен для:

- измерения частоты синусоидальных и частоты следования импульсных

сигналов;

- измерения периода синусоидальных и периода следования импульсных

сигналов;

- измерения длительности импульсов и интервалов времени;

- измерения отношения частот электрических сигналов;

- суммирования электрических сигналов;

- деления частоты электрических сигналов;

- выдачи напряжений опорных частот;

- работы со сменными блоками.

2. Прибор по условиям эксплуатации предназначен для работы в условиях:

- температура окружающей среды от 243 до 323 К (от минус 30 до +50°С);

- повышенная влажность до 98% при температуре до 308 К (+35°С).

3. Прибор питается от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В

частотой (50±0,5) Гц; (220±11) В или (115±6) В частотой (400-12+25 ) Гц.

4. В приборе предусмотрена возможность работы со сменными блоками и другими

приборами.

Применение сменных блоков и других приборов позволяет производить

измерение частоты в широком диапазоне и значительно расширяет возможности

прибора.

При работе со сменным блоком усилителем широкополосным ЯЗЧ-31/1 прибор

измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 0.1 до 60 МГц при

уровне входного сигнала от 1 мВ до 10 В.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-41 прибор

измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 0,1 до 1 ГГц при

уровне входного сигнала от 0.05 до 1 В.

При работе со сменным блоком преобразователем частот ты ЯЗЧ-42 прибор

измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 1 до 5 ГГц при

уровне входного сигнала от 0.2 до 10 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-43 прибор

измеряет частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 4 до 12 ГГц при

уровне входного сигнала от 0.2 до 5 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты автоматическим ЯЗЧ-

72 прибор измеряет частоту синусоидальных сигналов от 0.3 до 7 ГГц при

уровне входного сигнала от 0.2 до 5 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты автоматическим ЯЗЧ-

72 или преобразователем частоты ЯЗЧ-42 и преобразователем частоты Ч5-13

измеряется частота синусоидальных сигналов в диапазоне от 10 до 78.33 ГГц

при уровне входного сигнала от 0,1 до 5 мВт (10 – 37.5) ГГц, от 0.5 до 5

мВт (37.5 - 70) ГГц и от 1 до 5 мВт (70 – 78.33) ГГц.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-87 прибор

измеряет частоту синусоидальных сигналов и несущую частоту импульсно-

модулированных сигналов от 0.07 до 12 ГГц при уровне входного сигнала от

0.1 до 5 мВт.

При работе со сменным блоком преобразователем частоты ЯЗЧ-88 прибор

измеряет частоту синусоидальных сигналов и несущую частоту импульсно-

модулированных сигналов от 8 до 18 ГГц при уровне входного сигнала от 0.4

мВт до 5 мВт.

5. Прибор может применяться для настройки, испытаний и калибровки

различного рода приемо-передающих трактов, фильтров, генераторов, для

настройки систем связи и других устройств.

Технические данные

1. Прибор измеряет:

. по ВХОДУ А частоту синусоидальных сигналов:

- в диапазоне от 0.1 Гц до 420 МГц при напряжении входного сигнала от

0.1 до 100 В эфф.;

- в диапазоне от 120 до 150 МГц при напряжении входного сигнала от 0.2

до 3 В эфф.;

. по ВХОДУ Д частоту синусоидальных сигналов в диапазоне от 50 до 300 МГц

при напряжении входного сигнала 0.2 до 3 В эфф.;

. по ВХОДУ А частоту следования импульсных сигналов любой полярности,

имеющих не более двух экстремальных значений за период, в диапазоне от

0.1 Гц до 120 МГц при напряжении входного сигнала от 0,3 до 100 В.

2. Относительная погрешность измерения частоты синусоидальных и импульсных

сигналов (f в пределах значений, рассчитанных по формуле:

[pic]

где (0 - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого,

генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего

генератора;

fизм – измеряемая частота, Гц;

tcч – время счета, с.

3. Номинальное значение частоты кварцевого генератора - 5 МГц. Пределы

корректировки частоты кварцевого генератора при выпуске прибора не менее

±5•10-7 относительно номинального значения частоты.

Действительное значение частоты кварцевого генератора при выпуске прибора

установлено с погрешностью в пределах ±2•10-8 относительно номинального

значения частоты после времени установления рабочего режима.

4. Максимальная относительная погрешность по частоте кварцевого генератора

после времени установления рабочего режима не должна быть более:

± 1.5(10-7 в течение 1 месяца;

±2.5(10-7 в течение 6 месяцев;

±5(10-7 в течение 12 месяцев,

Время 1, 6 и 12 месяцев отсчитывается с момента установки действительного

значения частоты с погрешностью в пределах ±2(10-8.

5. Относительное изменение среднего значения частоты выходного сигнала

кварцевого генератора за 1 сутки в пределах:

после времени установления рабочего режима ±2(10-8;

после 24 часов непрерывной работы ± 1(10-8;

после 72 часов непрерывной работы ±5(10-8.

6. Среднеквадратическая относительная случайная вариация частоты кварцевого

генератора при окружающей температуре, поддерживаемой с точностью ±1°С,

после времени установления рабочего режима не должна быть более:

±1(10-10 за 1 с;

±1(10-10 зa 10 с;

±3(10-9 за 1 ч.

7. Температурный коэффициент частоты кварцевого генератора в пределах:

±1(10-9 на 1°С (для приборов с приемкой представителя заказчика);

±3(10-9 на 1°С (для остальных потребителей).

8. Прибор измеряет по ВХОДУ Б единичный и усредненный (коэффициент

усреднения равен 10, 102, 103 и 104) период сигналов синусоидальной, и

импульсной формы любой полярности при длительности импульсов не менее 0.1

мкс в диапазоне частот от 0 до 1 МГц. Напряжение входного сигнала:

от 0.1 до 100 В эфф. для сигнала синусоидальной формы;

от 0.3 до 100 В для сигнала импульсной формы.

9. Относительная погрешность измерения периода (т синусоидальных сигналов

должна быть в пределах значений, рассчитанных по формуле:

[pic]

где (0 - относительная погрешность по частоте внутреннего кварцевого,

генератора или внешнего источника, используемого вместо внутреннего

генератора;

n - число усредняемых периодов (множитель периода);

Ттакт - период частоты заполнения (метки времени);

Тизм - измеряемый период;

(з - относительная погрешность уровня запуска, определяемая по

формуле:

[pic]

где Uш - амплитуда шумового сигнала, В;

Uc - амплитуда входного сигнала, В.

Значения относительной погрешности (з в зависимости от

соотношения [pic]приведены ниже

| |20 |40 |60 |

|[pic], дБ | | | |

|(з |3(10-2 |3(10-3 |3(10-4 |

Относительная погрешность измерения периода импульсных сигналов при

длительности фронтов импульсов не более половины периода сигнала заполнения

- в пределах значении, определяемых по формуле:

[pic]

10. Прибор измеряет отношение частот электрических сигналов.

Диапазон высшей из сравниваемых частот (ВХОД А) от 10 Гц до 150 МГц.

Диапазон низшей из сравниваемых частот (ВХОД Б) от 0 до 1 МГц.

Напряжение и форма входных сигналов соответствуют приведенным в пп. 1 и

8.

11. Относительная погрешность измерения отношения частот [pic] - в пределах

значении, определяемых по формуле:

[pic]

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6