Универсальный детектор на базе резонатора на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для систем хроматографии
Диссертация
Предложено в газовом датчике на ПАВ-резонаторе использовать «фазовый режим» выходного сигнала. Это позволило значительно увеличить чувствительность детектора и дало возможность применять такой датчик для анализа малых концентраций аналитов (порядка 10″ 14 г/см3), при чем чувствительность датчика при измерениях малых концентраций детектируемого вещества пропорциональна 0 (где 0 -нагруженная… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ В СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМАХ ХРОМАТОГРАФИИ И ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ НА ПАВ
- 1. 1. Характеристики хроматографических детекторов
- 1. 2. Анализ основных типов детекторов, применяемых в хроматографии
- 1. 2. 1. Детектор по теплопроводности (ДТП)
- 1. 2. 2. Детектор ионизационно-пламенный (ДИП)
- 1. 3. Электронный нос
- 1. 3. 1. Детектор на ПАВ для систем типа «Электронный нос»
- 1. 3. 2. Анализ существующих детекторов на ПАВ
- 1. 4. Принцип действия устройств на ПАВ
- 1. 4. 1. Акустические волны в твердых телах
- 1. 4. 2. Структурная схема устройства на ПАВ
- 1. 4. 3. Характеристики поверхностных акустических волн
- 1. 5. Изменение характеристик ПАВ под действием внешних факторов
- 1. 5. 1. Влияние газовой среды на амплитуду ПАВ
- 1. 5. 2. Воздействия внешней среды на скорость ПАВ
- 1. 5. 3. Влияние температуры на характеристики ПАВ
- 1. 6. Автогенераторы с использованием ПАВ
- 1. 6. 1. Автогенератор на линии задержки
- 1. 6. 2. Автогенератор с резонатором на ПАВ
- 1. 6. 3. Характеристики автогенераторов на ПАВ
- 2. 1. Общее описание конструкции универсального детектора на ПАВ
- 2. 2. Разработка резонаторов на ПАВ, как чувствительных элементов газовых датчиков
- 2. 3. Функция влияющих величин универсального детектора на ПАВ
- 2. 4. Разработка электрической схемы автогенератора для универсального детектора на ПАВ
- 2. 4. 1. Выбор усилителя для автогенератора
- 2. 4. 2. Компенсация фазового сдвига в схеме автогенератора
- 2. 4. 3. Электрическая схема генератора
- 2. 4. 3. 1. Моделирование фазо-частотных характеристик резонатора
- 2. 4. 4. Разработка электрической схемы терморегулятора
- 2. 4. 5. Разработка конструкции корпуса универсального детектора на ПАВ
- 2. 5. Экспериментальное исследование характеристик универсального датчика па ПАВ
- 2. 5. 1. Измерительный стенд для исследования характеристик универсального детектора на ПАВ
- 2. 5. 2. Исследование процесса термостабилизации детектора на ПАВ
- 2. 5. 3. Экспериментальные результаты по детектированию пропана
- 2. 6. Основные результаты главы
- 3. 1. Методика эксперимента
- 3. 2. Результаты экспериментов
- 3. 2. 1. Зависимость чувствительности детектора на ПАВ от мощности подводимого ВЧ сигнала
- 3. 3. Увеличение чувствительности детектора при работе резонатора в режиме «на отражение»
- 3. 4. Основные результаты главы
- 4. 1. Структурная схема программно-аппаратного комплекса
- 4. 2. Использование смесителя в электронном измерителе частоты
- 4. 3. Определение частоты интервалов измерения и разработка алгоритма измерения частоты без потери точности
- 4. 4. Работа универсального детектора на ПАВ в составе хроматографической системы
- 4. 4. 1. Экспериментальные данные по детектированию пропана
- 4. 4. 2. Экспериментальные данные по детектированию спиртов
- 4. 5. Метрологические исследования универсального детектора на ПАВ
- 4. 6. Перспективы использования детектора в качестве детектора для хроматографии
- 4. 7. Основные результаты главы
Список литературы
- Анисимкин В.И., Максимов С. А. Термокондуктометрическое детектирование газов и газовых потоков с помощью линий задержки на поверхностных акустических волнах // Журнал технической физики. -1997.-Т. 67, вып. 5.-С. 119−123.
- Пат. 224 248 С2 (РФ). Датчик газов и паров па поверхностных акустических волнах / O.E. Богдасаров, A.A. Жучков, Р. Г. Крышталь, А. П. Купдин, A.B. Медведь, В. В. Шемет // Б.И. 2004. — № 5.
- Богдасаров О. Е., Крышталь Р. Г. Универсальный газовый датчик на основе резонаторана на поверхностных акустических волнах для систем хроматографии // Датчики и системы. 2004. — № 8 — С. 43−47.
- Богдасаров O.E., Крышталь Р. Г. Универсальный газовый датчик на основе резонатора на поверхностных акустических волнах для систем хроматографии // Сенсорная электроника и микросистемные технологии (СЭМСТ 1). Тез. докл. — Одесса, 2004. — С. 174.
- Газовый датчик на основе ПАВ-резонатора с «фазовым форматом» выходного сигнала / О. Е. Богдасаров, Р. Г. Крышталь, A.B. Медведь, В. В. Шемет// Датчики и системы. -2003. № 11 — С. 9−13.
- Газовый датчик на основе ПАВ-резонатора с «фазовым форматом» выходного сигнала / O.E. Богдасаров, Р. Г. Крышталь, A.B. Медведь, В. В. Шемет // Сенсорная электроника и микросистемные технологии (СЭМСТ 1). Тез. докл. — Одесса, 2004. — С. 164.
- Богдасаров О. Е., Крышталь Р. Г., Медведь A.B. Некоторые возможности повышения чувствительности датчиков, основанных на резонаторах па поверхностных акустических волнах // Радиотехника и электроника. -2005. Т.50, № 6. — С. 1−9.
- А.С. 2 004 610 616 (РФ). Программа хроматографического анализа Z-lab / О. Е. Богдасаров, О. В. Богдасарова, А. А. Колотвинов // Оф. бюл. агенства по патентам и тов. знакам. 2004. — № 2 (472 004).
- Практическая газовая и жидкостная хроматография: Учеб. пособие / Б. В. Столяров, И. М. Савинов, А. Г. Витенберг и др. СПб.: Изд-во С.Петербург. ун-та, 2002. — 616 с.
- Ю.Вяхирев Д. А., Шушунова А. Ф. Руководство по газовой хроматографии -М.: Высшая школа, 1975.-279 с.
- Wohltjen H., Dessey R. SAW probe for chemical analysis // Analitical Chemistry. 1979.-V. 51.-P. 1458−1465.
- Bryant A., Lee D. L., Vetelino J. F. Gas detection by SAW // IEEE Ultrasonic Symp.- 1981.-V.l.-P. 171−175.
- Bryant A., Lee D.F., Vetelino J.F. A surface acoustic wave gas detector //IEEE Ultrasonic Symp.- 1981. V.I.-P. 177−181.
- D’amico A, Palma A., Verona E. Palladium SAW interaction for hydrogen detection // Appl. Phys. Lett. 1982. — V. 41. — P. 300−304.
- Brace J.G., Sanfelippo T.S. A study of polymer/water interactions using surface acoustic waves // Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators-Transducers. Tokyo, 1987. — P. 467−470.
- Barendsz A.W., Vis J.C. A SAW chemosensor for NO2 gas concentration measurement // IEEE Ultrasonics Symposium. 1985. -V.l.-P. 585−590.
- Nieuwenhuizen M.S., Barendsz A.W. Transduction mechanism in SAW gas sensors//Elect. Lett.- 1986. V.22,№ 4.-P. 184−185.
- Venema A., Nieuwkoop E., Vellkoop M.J. Design aspects of SAW gas sensors // Sensors and Actuators. 1986. — V. 5. — P. 47−64.
- Venema A., Vellekoop M.J., Nieuwkoop E. A silicon SAW physical-electronic system for sensors // Int. Conf. on Solid-State Sensors and Actuators. Tokyo, 1987.-P. 482−486.
- Vetelino J.F., Lade R., Falconer R.S. Hydrogen sulfide surface acoustic wave gas detector // IEEE Trans on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 1987.-V. 34, № 26.-P. 156−161.
- D’amico A., Petri A., Verardi P. NH3 SAW gas sensor // IEEE Ultrasonic. Symp.- 1987.-V.l.-P. 156−160.
- Nanto H. A, Tsubakino S., Ilabara H. Novel chemical sensor // IEEE Ultrasonic. Symp. 1987. — V. 1. — P. 110−112.
- Maine J. D., Paige E. G., Sounders A. F. Simple technique for the accurate determination of delay-time variations in acoustic surface wave structures // Electronics Lett.- 1969. V.23, № 5. — P. 676−680.
- Dias J. F., Karrer H. E., Kusters J. A. The temperature coefficient SAW // IEEE Trans. SIM2. 1975. — V.l.-P. 44−50.
- Auld B. A. Acoustic Fields and Waves in Solids // Electronics Lett. 1973. -V.2, № 2. — P. 44−50.
- Slobodnik A.J. Materials and their influence on performance // Acoustic Surface Waves. 1978. — V.l.-P. 225−303.
- Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах М.: Радио и связь, 1990.-416 с.
- Parker Т. Е., Calkrame J. Sensitivity of SAW delay hues and resonators to vibration // IEEE Ultrasonics Symp. 1981. — V.l. — P. 129−134.
- Parker Т. E. Precision surface acoustic wave oscillators // IEEE Ultrasonic Symp. 1982,-V.l.-P. 268−274.
- Staples FJ. SAW Sensors // IEEE Symp. 1999. — V. 1. — P. 417−424.
- Виглеб Г. Детекторы M.: Мир, 1989. — 302 с.
- Nagle Н.Т., Schtffman S.S., Gutierrez-Osuna R. The how and why of electronic noses // IEEE Spectrum. 1998. — V.3. — P. 22.
- Nagle H.T., Schiffman S.S., Gutierrez-Osuna R. Electronic noses // IEEE Spectrum. 1998. — V.l.-P. 22−31.
- Lundstrom L. Gas-sensitive field-effect devices // Sensors and Actuators. -1996.-V. 56.-P. 75−82.
- Dickinson T.A., Wite Y., Kauer J.S. A chemical-detecting system based on a cross-reactive optical sensor fiber // Nature.- 1996. V. 38. — P. 697−700.
- Hauden D. Miniaturized bulk and surface acoustic wave quartz oscillators used as sensors // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 1987. — V. 34. — P. 253−258.
- Гуляев Ю.В., Земляков B.E., Крышталъ Р. Г. Датчики на ПАВ // Акуст. журн. 2001. — Т. 47, № 1.-С. 39−42.
- Анисимкин В.И., Максимов С. А., Пенза М. Термокондуктометрическое детектирование газов и газовых потоков с помощью линий задержки на поверхностных акустических волнах // ЖТФ. 1997. — Т. 67, № 5. — С. 119 124.
- Cross P. S., Schmidt R.V. Coupled Surface-Acoustic-Wave Resonators // American Telephone and Telegraph Company the bell system techical journal. 1977. — V. 56, № 8. — P. 77−85.
- Нам H. A., Wright P. V. The analyses of grating structures by coupling-of-modes theory // IEEE Ultrasonics Symposium. Boston, 1980. — V. l — P. 277 281.
- Gerard H. M. Principles of surface wave filter design // Acoustic Surface Waves. 1978.- V.l.-P. 225−303.
- Jones W. S., Hartmann С. S., Sturdivant T. D. Second order effects in surface wave devices // IEEE Trans. 1972. — V. l9. — P. 368−377.
- Cross P. S., Schmidt R. V. Coupled surface-acoustic-wave resonators // Bell System Technical Journal.- 1977. V. 56. — P. 1447−1481.
- Graten W., Klusty M. Surface Acoustic Wave Sensors Based on Resonator Devices//Anal. Chem. 1991. — V.63, № 3. — P. 1719−1727.
- Sang E., Beckam R., Snow P. Desing and manufacture of SAW resonators for low phase noise and low vibration sensitivity applications // IEEE Ultrasonic Symposium. 1979. — V. l — P. 282−286.
- Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел -М.: Высшая школа, 2001. 550 с.
- Самарскски А.А., Вабищевич П. Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. — 784 с.
- Исаев С.И., Кожинов И. А., Кофанов В. И. Теория тепломассообмена. -М.: Высшая школа, 1979. 495 с.
- Harry Y.F. Аналоговые и цифровые фильтры М.: Энергия, 1982. — 203 с.
- Cowan C.F., Grant P.M. Адаптивные фильтры М.: Мир, 1988. — 120 с.
- Брюханов В.Н., Косоз М. Г., Протопопов С. П. Теория автоматического регулирования М.: Высшая школа, 2000. — 214 с.
- Schmitt R. F., John W. Designing an EMC-compliant UHF oscillator // RF Design. 2000. — V.3.-P.110−115.
- Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники М.: Высшая школа, 2001.-496 с.
- Брюханов В.Н., Косов М. Г., Протопопов С. П. Теория автоматического управления М.: Высшая школа, 2000. — 268 с.
- Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов СПб.: Питер, 2003. — 604 с.
- Бесекерского В.А. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления М.: Наука, 1978. — 512 с.