РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина

Цель
Цель работы - Разработка методики анализа состава газовых сред с применением компактного интерактивного электрофлуктуационного газоанализатора нового поколения.

Типичный спектр низкочастотного токового шума в полупроводниках
Спектр фликкер-шума в полупроводниковых материалах удобно описывать с помощью эмпирического соотношения Хоуге:
где SU(f) –спектральная плотность флуктуаций образца,
N = nWLt – полное число носителей заряда (НЗ) в образце;
n – концентрация НЗ;
W, L, t – ширина, длина и толщина образца, соответственно; μ - подвижность НЗ; q – заряд электрона.
R =
,

Конструкция ФШГС
Сенсор представляет собой пластину из высокоомного кремния марки БДМ с ориентацией р-типа проводимости, полученного методом бестигельной зонной плавки в вакууме размером 2,8х2,8 мм и толщиной 0,24 мм с нанесенным контактами из золота толщиной 1 мкм и шириной 0,75 мм
Сенсор смонтирован на поверхность однокаскадного термоэлектрического охладителя (ТЭО)
Температурные режимы работы сенсора контролировались с помощью платинового термометра сопротивления (Rном=100 Ом, Δt=0,1С)
Установлены два светодиода - имеется возможность облучения газочувствительной поверхности в видимом световом диапазоне

Схема экспериментальной установки
1-блок питания
2-электромагнитный натекатель
3-вакуумметр
4-блок управления напуском газа
5-регулятор температуры
6-блок обработки данных
7- АЦП
8- форвакуумный насос
9- турбомолекулярный насос
10-вакуумная измерительная камера
11-газовый сенсор
12-зарядочувствительный усилитель
13-датчик температуры
14-светодиод
15-блок управления светодиодами
ТЭО

Схема устройства газового анализатора с бисенсорным синхронным дифференциально температурным датчиком
Газовый сенсор № 1
Газовый сенсор № 2
Светодиоды
Датчики температуры
Двухкаскадный ТЭО
Усилители зарядочувствительные
АЦП
Компьютер
Исполнительное устройство
Регулятор температуры
Источник питания ТЭО
Источник питания и управления светодиодами
Реле вакуумное
Клапан напуска
Вакуумный насос
Вакуумная камера
Анализируемый газ

Схема устройства газового бисенсорного датчика
1- Корпус
2- Кольцо установочное
3- Цоколь монтажный
4- Элемент Пельтье 2-х каскадный
5(1)- Сенсор кремниевый газовый 1-й каскад
5(2)- Сенсор кремниевый газовый 2-й каскад
6(1)- Термосопротивление Pt 1-й каскад
6(2)- Термосопротивление Pt 2-й каскад
7- Прокладка изолирующая
8- Пластина металлическая
9- Винт из диэлектрика
10- Вентилирующее отверстие
11- Выводы электрические
12- Уплотнение вакуумное витоновое

Способ отбора пробы
Схема пробоотборного устройства:
1 - колба Бунзена,
2 - пробка резиновая,
3 - игла инъекционная,
4- трубка присоединительная,
5 - трубка буферная.

Блок схема программы вычислений идентифицирующих признаков различных газов

Температурные зависимости Su(f) и штрих-коды (Δγ) полученные для гептана при различных значениях температуры

Интенсивность проявления характеристических пиков анализируемых веществ (алканов) с ростом концентрации. Температура сенсора +5оС и 0оС (С7Н16 and C8H18)
T=268K
T=273K

Типичный спектр для дуплетного фликкер-шумового сенсора при дискретных температурах Т=-15оС до Т=+15оС для атмосферного воздуха

Спектр паров гексана для дуплетного фликкер-шумового сенсора при различных температурах на каскадах ТЭО

Спектр паров гептана для дуплетного фликкер-шумового сенсора при различных температурах на каскадах ТЭО

Спектр паров смеси гексана+гептана для дуплетного фликкер-шумового сенсора при различных температурах на каскадах ТЭО

Изменение среднего параметра спектральной плотности напряжения от дискретных значений температуры

Реализация функций управления и сигнализации в среде LabView

Наименование полученных научных результатов
Методика измерений на основе синхронного дуплета твердотельных электрофлуктуационных (фликкер-шумовых) наносенсоров в режиме дифференциальных параметров температуры, давления, фотостимуляции, электрической и магнитной фильтрации
Программное обеспечение к установке электрофлуктуационной спектрометрии (ЭФС) с использованием современных методов математической обработки сигналов.