Флуоресцентный датчик для определения состава газа

Флуоресцентный датчик для определения состава газа

Реферат

Изобретение относится к флуоресцентному датчику для определения состава газа с подложкой и нанесенным не нее флуоресцентным слоем, который по существу состоит из газопроницаемой полимерной матрицы с внедренным в нее флуоресцентным красителем.

Известные флуоресцентные датчики указанного вида выполнены таким образом, что они преимущественно реагируют на целевые газы в детектируемой окружающей среде, которые содержат кислород, или соединения NO₂, или их смеси. Благодаря этому можно, например, обнаруживать и взрывчатые вещества. Флуоресценция датчиков, как правило, регистрируется измерительным прибором, установленным на подходящем расстоянии от флуоресцентного датчика, и электрическим или электронным способом преобразуется в необходимые сигналы в соответствующих генераторах сигналов.

Поскольку сформированные флуоресцентным датчиком сигналы должны воспроизводиться по времени и месту, отличному от места обнаружения, должны быть предусмотрены соответствующие носители информации, являющиеся при этом по меньшей мере соответствующими транспортными устройствами для сигналов, что, как правило, связано с конструктивными затратами.

Задача настоящего изобретения заключается в создании флуоресцентного датчика, флуоресценция которого, образующаяся из определения состава газа, сохраняется в течение желаемого времени, так чтобы считывающий измерительный прибор не нужно было располагать непосредственно на месте подлежащего определению состава газа, а флуоресцентный датчик после его переноса в другое место или же через желаемый промежуток времени мог передавать определенный состав газа на считывающий измерительный прибор, имеющийся в тот момент времени или в том месте.

Согласно изобретению, поставленная задача решается за счет того, что во флуоресцентном датчике согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения над флуоресцентным слоем расположен диффузионный слой из газопроницаемой керамики и/или полимеров, который согласован таким образом, что он обеспечивает временную задержку диффузии газа из подлежащей детектированию окружающей среды во флуоресцентный слой и обратно.

Таким образом, подлежащий измерению газ окружающей среды медленнее продвигается к флуоресцентному слою и также медленнее диффундирует оттуда. При этом состав газа непосредственно над флуоресцентным слоем на определенное время консервируется, так что излучаемая в каждом случае флуоресценция показывает состав газа окружающей среды с задержкой во времени. Таким образом, возникает возможность вывести флуоресцентный датчик из подлежащей детектированию среды и там определить состав газа указанной среды с помощью соответствующей считывающей оптики. Эта задержка во времени имеет большое преимущество, заключающееся в том, что пользователь получает возможность измерять ручным измерительным прибором ту флуоресценцию или же определять концентрацию газа, которая соответствует законсервированному состоянию.

В зависимости от параметров диффузионного слоя промежуток времени, в течение которого должна храниться флуоресценция, может быть откалиброван. Например, диффузионный слой рассчитывается таким образом, что хранение газов осуществляется в течение нескольких часов.

Благодаря конструкции флуоресцентного датчика согласно изобретению, может быть предусмотрено, например, применение на радиометке (RFID Tag - Radio Frequency Identification Etikett) или же по типу такой радиометки на предметах или на упаковочных или транспортировочных структурах. При этом параметры для диффузионного слоя легко могут быть рассчитаны так, что хранение газов непосредственно над флуоресцентным слоем будет происходить в течение нескольких часов.

Например, флуоресцентный датчик интегрируется на одной или нескольких радиометках. С помощью внешней считывающей оптики радиометки считываются, например, на расстоянии в несколько сантиметров.

В предпочтительных вариантах выполнения флуоресцентного датчика согласно изобретению толщина диффузионного слоя составляет от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров, при этом толщина диффузионного слоя выбирается в зависимости от желаемой временной задержки диффузии газа.

В другом варианте выполнения изобретения газопроницаемость диффузионного слоя должна предпочтительно устанавливаться относительно кислорода и/или соединений NO₂ или их смесей, что с учетом обнаружения соединений взрывчатых веществ должно иметь особое преимущество для практического использования.

В другом варианте выполнения изобретения предлагается предусмотреть для диффузионного слоя в качестве керамики тройные оксиды, а в качестве полимеров SU-8.

Наконец, еще один вариант выполнения изобретения заключается в том, что несколько по-разному реагирующих флуоресцентных слоев расположены рядом друг с другом и покрыты диффузионным слоем. Таким образом, с помощью одного и того же флуоресцентного датчика с желаемой задержкой во времени могут быть определены составы газов по различным газовым компонентам.

И, наконец, еще в одном варианте выполнения изобретения в качестве подложки предлагается применение полимеров, при этом особенно подходят каптон, полиуретаны или полиэтилены. Однако возможны также керамика и кремниевые подложки.

На прилагаемом чертеже схематически изображен пример осуществления флуоресцентного датчика согласно изобретению. На подложке 1, которая по существу имеет форму прямоугольной пластины, или же полосы, или ленты, расположен флуоресцентный слой 10, который по существу состоит из газопроницаемой полимерной матрицы 2 с внедренным в нее флуоресцентным красителем 3. Непосредственно на флуоресцентный слой 10 нанесен газопроницаемый диффузионный слой 4 толщиной d, так что воздействующие на флуоресцентный слой 10 газы из окружающей среды 5 могут достигнуть его лишь с задержкой после их диффузии на расстоянии d через диффузионный слой 4. Газовая атмосфера в области флуоресцентного слоя 10 поддерживается в течение относительно длительного промежутка времени, так как диффузия сквозь диффузионный слой 4 обратно в окружающую среду 5 также происходит с задержкой. Поэтому диффузионный слой 4 в соответствии с его действием мог бы быть обозначен и как удерживающий или накопительный слой.

1. Флуоресцентный датчик для определения составов газов с подложкой (1) и нанесенным на нее флуоресцентным слоем (10), который состоит, по существу, из газопроницаемой полимерной матрицы (2) с внедренным в нее флуоресцентным красителем (3), отличающийся тем, что над флуоресцентным слоем (10) расположен диффузионный слой (4) из газопроницаемой керамики и/или полимеров, который согласован таким образом, что он обеспечивает временную задержку диффузии газа из подлежащей детектированию окружающей среды (5) во флуоресцентный слой (10) и обратно.

2. Флуоресцентный датчик по п.1, отличающийся тем, что толщина (d) диффузионного слоя (4) составляет от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров.

3. Флуоресцентный датчик по п.2, отличающийся тем, что толщину диффузионного слоя (4) выбирают в зависимости от желаемой временной задержки диффузии газа.

4. Флуоресцентный датчик по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что газопроницаемость диффузионного слоя (4) установлена предпочтительно относительно кислорода, и/или соединений NO₂, или их смесей.

5. Флуоресцентный датчик по п.1, отличающийся тем, что для диффузионного слоя (4) в качестве керамики предусмотрены тройные оксиды, а в качестве полимеров - SU-8.

6. Флуоресцентный датчик по п.1, отличающийся тем, что несколько по-разному реагирующих флуоресцентных слоев (10) расположены рядом друг с другом и покрыты диффузионным слоем (4).

7. Флуоресцентный датчик по п.1, отличающийся тем, что в качестве подложки (1) используют полимеры.

8. Флуоресцентный датчик по п.7, отличающийся тем, что для подложки (1) выбирают каптон, полиуретан или полиэтилен.

9. Флуоресцентный датчик по п.1, отличающийся тем, что подложка (1) изготовлена из кремния и/или керамики.