система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности и из негерметизированных объектов

Классы МПК:G01N1/22 в газообразном состоянии 
Автор(ы):, ,
Патентообладатель(и):Горбачев Юрий Петрович (RU),
Ионов Владимир Владимирович (RU),
Коломиец Юрий Николаевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2004-10-05
публикация патента:

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для отбора проб микропримесей веществ в газах при обнаружении аварийных выбросов и локализации утечек паров токсичных и горючих веществ на производстве, поиске скрытых закладок взрывчатых и наркотических веществ на таможенных пунктах досмотра, аэропортах, вокзалах, производственных и жилых помещениях, определении мест хранения запрещенных и опасных веществ. Система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности и из негерметизированных объектов содержит устройство обдува объекта воздушной струей, включающее побудитель нагнетаемого потока воздуха, устройство всасывания поступающего от объекта воздушного потока, снабженное побудителем всасываемого потока воздуха и устройство отбора транспортируемой от объекта пробы. Устройство обдува снабжено завихрителем воздушного потока и каналом транспортировки нагнетаемого потока воздуха от побудителя к завихрителю. Устройство всасывания выполнено в виде всасывающего канала, выход которого соединен с побудителем всасываемого потока воздуха, а его вход расположен внутри завихрителя и установлен соосно с ним. Устройство отбора пробы расположено на входе всасывающего канала или перед ним. Устройство портативно, обеспечивает снижение потерь при отборе транспортируемой от объекта пробы, устраняет «память» при последующих после обнаружения обследованиях. 4 з.п. ф-лы, 2 ил. система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности   и из негерметизированных объектов, патент № 2279051

система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности   и из негерметизированных объектов, патент № 2279051 система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности   и из негерметизированных объектов, патент № 2279051

Формула изобретения

1. Система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности и из негерметизированных объектов, содержащая устройство обдува объекта воздушной струей, включающее побудитель нагнетаемого потока воздуха, устройство всасывания поступающего от объекта воздушного потока, снабженное побудителем всасываемого потока воздуха, и устройство отбора транспортируемой от объекта пробы, отличающаяся тем, что устройство обдува снабжено завихрителем воздушного потока и каналом транспортировки нагнетаемого потока воздуха от побудителя к завихрителю, а устройство всасывания выполнено в виде всасывающего канала, выход которого соединен с побудителем всасываемого потока воздуха, а его вход расположен внутри завихрителя и установлен соосно с ним, при этом устройство отбора пробы расположено на входе всасывающего канала или перед ним.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство отбора пробы расположено на входе всасывающего канала и занимает всю его площадь.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство отбора пробы расположено на входе всасывающего канала и занимает часть его площади.

4. Система по пп.1-3, отличающаяся тем, что устройство отбора пробы выполнено в виде концентратора паров.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде рефлектора и установленной при его основании и сосной с ним подвижной или неподвижной крыльчатки, образующей с всасывающим каналом кольцевую полость, являющуюся выходом канала транспортировки нагнетаемого потока воздуха.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области газового анализа и может использоваться для отбора проб микропримесей веществ в газах при обнаружении аварийных выбросов и локализации утечек паров токсичных и горючих веществ на производстве, поиске скрытых закладок взрывчатых (ВВ) и наркотических (НВ) веществ на таможенных пунктах досмотра, обнаружении взрывчатых веществ и взрывных устройств (ВУ) в аэропортах, вокзалах, производственных и жилых помещениях, выявлении предметов и лиц, имевших ранее контакт с ВВ или НВ, определении мест хранения запрещенных и опасных веществ.

Большинство вышеуказанных поисковых задач, особенно задача оперативного поиска скрытых закладок ВВ и ВУ по испускаемым взрывчатыми веществами парам, характеризуются следующими особенностями: поиск ведется в полевых условиях, в режиме реального времени и в отсутствии прямого, открытого доступа к взрывчатому веществу. Это накладывает довольно жесткие требования на используемую оперативными службами поисковую аппаратуру. С учетом крайне низкого давления насыщенных паров ВВ (при 20°С концентрация насыщенных паров 2,4,6-тринитротолуола (ТНТ) составляет 4×10-11 г/см3) и их высокой адсорбционной способности, а также присутствия обычно в обследуемой атмосфере большого количества мешающих фоновых примесей (например, парфюмерии, лакокрасочных веществ, фармацевтических веществ, веществ бытовой химии и т.д.), поисковая техника должна быть портативной, работать в реальном режиме времени, обладать высокой чувствительностью и селективностью. Кроме того, для успешного решения данной задачи поисковые средства должны быть снабжены специфическим портативным пробоотборным устройством, которое бы позволяло: 1 - дистанционно вытеснять внутреннюю атмосферу объекта наружу и захватывать с его поверхности паровую фазу, 2 - транспортировать с минимальными потерями вытесненные пары к анализатору и 3 - обеспечивать эффективное улавливание и ввод пробы в детектор или концентратор.

Известно пробоотборное устройство, представляющее собой простой вентилятор или насос с всасывающим патрубком. Такое устройство работает по принципу аспирации и является принадлежностью практически всех выпускаемых в настоящее время портативных детекторов ВВ, в том числе работающих на основе спектрометрии ионной подвижности (СИП), например детекторов "Vapor Tracer" фирмы Ion Track Instruments (США) [1], и "SABRE 2000" фирмы Barringer (Канада) [2]. Данное пробоотборное устройство не удовлетворяет необходимым требованиям для решения поставленной задачи из-за выраженного близкодействия отбора пробы и невозможности обеспечить эффективное извлечение паров из объекта. Действительно, процесс аспирационного всасывания изотропен. По этой причине, по мере удаления от входного сечения всасывающего патрубка, происходит резкое уменьшение скорости отбираемого потока и величины разрежения, обеспечивающего вытеснение внутренней атмосферы объекта. Отбор пробы таким устройством ограничен областью с радиусом, не превышающим диаметр входного патрубка, на котором величина разрежения падает более чем на два порядка. При проведении с его помощью поиска не только не удается извлечь внутреннюю атмосферу объекта, но оператору приходится елозить входным патрубком практически по обследуемой поверхности, что приводит к быстрому загрязнению устройства и выходу его из рабочего состояния.

Известно пробоотборное устройство, представляющее собой конус, основание которого прижимается к обследуемой поверхности, а отбор пробы производится через его вершину [3]. Внутренняя поверхность конуса обогревается ИК лампой, увеличивая скорость испарения молекул ВВ с поверхности объекта и уменьшая их адсорбцию на стенки. Работает устройство следующим образом. Поток внешней атмосферы, поступая через щель в боковой поверхности конуса у его основания, омывает обследуемую поверхность, захватывает паровую фазу и транспортирует ее к вершине конуса в анализатор или концентратор. Данное пробоотборное устройство не решает поставленной задачи из-за низкой эффективности сбора паров и их транспортировки к анализатору. Подобная конструкция рассчитана на ровную, гладкую поверхность. Наличие реальных неровностей и шероховатости приводит к неоднородному радиальному всасыванию внешней атмосферы, что влечет за собой сильное разбавление поступающих в анализатор паров ВВ и соответственно снижение эффективности пробоотбора. К тому же описанное пробоотборное устройство предполагает непосредственный контакт с обследуемой поверхностью, что значительно снижает оперативность обследования и ведет к возникновению так называемой «памяти» (остаточного сигнала при повторном обследовании сразу же после обнаружения закладки).

Известно устройство отбора пробы для спектрометра, состоящее из открываемой камеры, имеющей вход и выход, ИК лампы для нагревания поверхности образца, в результате чего усиливается испарение вещества пробы и устройства для подачи чистого газа, соединенного со входом камеры [4]. В камеру помещают обследуемый образец и на вход подают чистый газ (или воздух), который омывает поверхность образца, захватывает пары пробы и транспортирует их к анализатору, подсоединенному к выходу камеры. Данное пробоотборное устройство не удовлетворяет требованиям поставленной задачи из-за неэффективности извлечения внутренней атмосферы объекта, отсутствия дистанционности обследования и больших потерь пробы при ее транспортировке к анализатору. Действительно, во-первых, скорости потоков, омывающих поверхность объекта в камере, невелики, не превышают 1 м/с. При этих скоростях величина разрежения, создаваемая над объектом, составляет примерно 0,6×10 -5 атм. Обследование в таких условиях небольшой бандероли объемом 200 см3 предоставит оператору для анализа объем вытесненной внутренней атмосферы объекта, не превышающий примерно 1 мм3, что является совершенно недостаточным. Во-вторых, при транспортировке захваченной пробы через выходной канал неизбежны ее потери за счет процессов диффузии и адсорбции молекул анализируемого вещества на стенках канала, что существенно снижает эффективность обследования и является причиной возникновения остаточного сигнала при последующих обследованиях. И, наконец, не каждый объект можно поместить внутрь камеры. При обследовании строительных конструкций, мебели или крупногабаритных контейнеров на предмет наличия в них скрытых ВВ или ВУ, данное пробоотборное устройство просто невозможно будет применить.

Наиболее близким к предлагаемому устройству отбора воздушных проб является устройство создания воздушной завесы для обнаружения паров, испускаемых размещенными в ней объектами [5]. Устройство содержит две стойки, между которыми помещается обследуемый объект. В первой стойке размещается устройство обдува объекта воздушной струей, а во второй устройство всасывания воздушного потока, поступающего от объекта. Внутри второй стойки в центре всасываемого потока находится устройство отбора пробы и ее анализа. Работает устройство следующим образом. С помощью первой стойки объект обдувается с одной стороны ламинарной однородной струей воздуха, которая захватывает испускаемые объектом пары, и транспортирует их ко второй стойке. Поступающий от объекта воздушный поток просасывается через рабочий объем второй стойки, где происходит отбор и анализ воздушной пробы на наличие паров ВВ.

В отличие от предыдущих аналогов данная система пробоотбора позволяет значительно увеличить расстояние обследования. Кроме того, обдув объекта ламинарной однородной струей существенно снижает потери пробы при ее транспортировке ко второй стойке. Тем не менее, представленная система пробоотбора обладает низкой эффективностью извлечения паровой фазы изнутри объектов, большими потерями пробы при ее отборе в газоанализатор и громоздкостью конструкции. Во-первых, используемая в устройстве скорость обдувающего воздуха менее 1 м/с. Это не позволяет создать на поверхности объекта разрежение более 0,6×10-5 атм и является недостаточным для извлечения представительного объема пробы изнутри объекта. Во-вторых, объем отбираемой для анализа воздушной пробы на несколько порядков меньше объема просасываемого через стойку воздуха, что приводит к существенному ее разбавлению. При этом введение нескольких устройств отбора пробы и ламинаризация обдувающего объект потока не дает ощутимых результатов, так как заранее точно неизвестны места испускания паров ВВ, и поэтому неизвестно, где нужно устанавливать устройства отбора пробы. В-третьих, наличие двух стоек (обдувающей и всасывающей) с двух сторон объекта делает устройство слишком громоздким и непортативным. Особенно оно оказывается бесполезным при необходимости вести обследование в местах с односторонним доступом к объекту. Кроме того, среди недостатков следует отметить возникновение остаточного сигнала или так называемой «памяти» при последующих сразу после обнаружения обследованиях из-за адсорбции молекул регистрируемой примеси на ламинаризирующих решетках второй стойки. Это очень важно при использовании пробоотборного устройства в полевых условиях, когда нет ни времени, ни возможности проводить его очистку.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эффективности извлечения паровой фазы из объекта, снижение потерь при отборе транспортируемой от объекта пробы, устранение «памяти» при последующих после обнаружения обследованиях и обеспечение портативности устройства.

Указанная задача в системе для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности и из негерметизированных объектов, содержащей устройство обдува объекта воздушной струей, включающее побудитель нагнетаемого потока воздуха, устройство всасывания поступающего от объекта воздушного потока, снабженное побудителем всасываемого потока воздуха и устройство отбора транспортируемой от объекта пробы, решена тем, что устройство обдува снабжено завихрителем воздушного потока и каналом транспортировки нагнетаемого потока воздуха от побудителя к завихрителю, а устройство всасывания выполнено в виде всасывающего канала, выход которого соединен с побудителем всасываемого потока воздуха, а его вход расположен внутри завихрителя и установлен соосно с ним, при этом устройство отбора пробы расположено на входе всасывающего канала или перед ним.

Указанное выполнение системы дистанционного пробоотбора позволяет в рамках портативной конструкции сформировать закрученную пробоотборную струю, обладающую значительным разрежением и радиальной составляющей скорости обратного течения, направленной к оси струи. Это обеспечивает повышение эффективности извлечения паровой фазы из объекта, существенное снижение потерь при улавливании пробы и устранение «памяти» при последующих после обнаружения обследованиях.

Выгодно при больших пробоотборных потоках для снижения энергопотребления системы и упрощения ее конструкции устройство отбора пробы расположить на входе всасывающего канала так, чтобы занять всю его площадь.

Целесообразно при небольших пробоотборных потоках для увеличения эффективности извлечения пробы из объекта устройство отбора пробы расположить на входе всасывающего канала так, чтобы занять часть его площади.

Выгодно для увеличения портативности системы устройство отбора пробы выполнить в виде концентратора.

Целесообразно для увеличения площади обследуемой поверхности завихритель выполнить в виде рефлектора и установленной при его основании и сосной с ним подвижной или неподвижной крыльчатки, образующей с всасывающим каналом кольцевую полость, являющуюся выходом канала транспортировки нагнетаемого потока воздуха.

Снабжение устройства обдува в системе дистанционного отбора воздушной пробы завихрителем воздушного потока, внутри которого соосно с ним установлен всасывающий канал устройства всасывания поступающего от объекта воздушного потока, на входе которого расположено устройство отбора пробы, позволяет в рамках портативной конструкции значительно увеличить разрежение на поверхности объекта и сформировать обратное пробоотборное течение с радиальной скоростью, направленной к оси струи, тем самым повысить эффективность извлечения паров из объекта, снизить потери пробы при ее улавливании и устранить «память» при последующих после обнаружения обследованиях, устройство не имеет аналогов среди известных устройств дистанционного отбора воздушных проб для анализаторов микропримесей веществ в газах, а следовательно, соответствует критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена система для дистанционного отбора воздушных проб с завихрителем, содержащим неподвижную крыльчатку.

На фиг.2 представлена система для дистанционного отбора воздушных проб с завихрителем, содержащим подвижную крыльчатку.

Система для дистанционного отбора воздушных проб (см. фиг.1) включает: 1 - рефлектор; 2 - неподвижную крыльчатку завихрителя; 3 - всасывающий канал; 4 - кольцевую полость, образованную между крыльчаткой завихрителя и всасывающим каналом; 5 - устройство отбора пробы; 6 - канал транспортировки нагнетаемого потока воздуха; 7 - побудитель всасываемого потока воздуха; 8 - побудитель нагнетаемого потока воздуха; 9 - электродвигатель; 10, 11 - воздушные фильтры.

Система для дистанционного отбора воздушных проб (см.фиг.2) включает: 1 - рефлектор; 12 - подвижную крыльчатку завихрителя; 3 - всасывающий канал; 4 - кольцевую полость, образованную между крыльчаткой завихрителя и всасывающим каналом; 5 - устройство отбора пробы; 6 - канал транспортировки нагнетаемого потока воздуха; 7 - побудитель всасываемого потока воздуха; 9 - электродвигатель; 13 - побудитель расхода устройства отбора пробы; 14 - концентратор.

Заявляемая система (фиг.1) работает следующим образом. Обследуемый объект (на чертеже не показан) дистанционно обдувается сильно закрученной струей воздуха, создаваемой завихрителем воздушной струи и побудителем нагнетаемого потока воздуха 8. Для этого побудитель 8 забирает из атмосферы через фильтр 10 воздух, транспортирует его по каналу 6 и кольцевой полости 4 к неподвижной крыльчатке 2, которая формирует уже закрученную плоскую струю и подает ее на внутреннюю поверхность рефлектора 1. Рефлектор 1 направляет выходящую из крыльчатки 2 закрученную струю в сторону объекта. Сильно закрученная струя за счет центробежного разлета обладает пониженным статическим давлением, а в ее приосевой области возникает обратное течение воздуха [6]. С помощью побудителя всасываемого потока воздуха 7 поступающий с обратным течением от объекта поток воздуха просасывается через всасывающий канал 3 и выбрасывается в атмосферу через фильтр 11. При этом центральная часть потока с парами пробы попадает в устройство отбора 5 и поступает на вход газоанализатора для анализа. Побудители расходов 7 и 8 выполнены в виде центробежных крыльчаток, установленных на валу электродвигателя 9.

Заявляемая система (фиг.2) работает аналогичным образом, но при этом закрутка воздуха в завихрителе создается подвижной крыльчаткой 12, которая вместе с крыльчатками побудителей расходов 7 и 8 установлена на валу электродвигателя 9. Для сбора анализируемых паров веществ используется концентратор 14, установленный на входе всасывающего канала 3. Сброс использованного воздуха в атмосферу производится через фильтр 11, а его забор осуществляется через входной фильтр 10.

Заявляемая система дистанционного отбора пробы в рамках портативной конструкции создает закрученную пробоотборную струю, обладающую значительным разрежением и радиальной составляющей скорости обратного течения, направленной к оси струи. Это обеспечивает повышение эффективности извлечения паровой фазы из объекта, существенное снижение потерь при улавливании пробы, устранение «памяти» при последующих после обнаружения обследованиях и возможность проводить дистанционное обследование портативным устройством при одностороннем доступе к объекту.

Во-первых. Сильно закрученная струя, обдувающая объект, обладает осевым обратным течением, которое доставляет пробу от объекта к устью струи. Дальность такой струи составляет примерно 3 диаметра рефлектора, который обычно на порядок превосходит диаметр пробоотборного устройства. Располагая патрубок пробоотборного устройства вблизи крыльчатки завихрителя на его оси, можно вести обследование объекта, имея к нему доступ лишь с одной стороны и на расстоянии, которое определяется уже не диаметром концентратора или анализатора, а диаметром рефлектора. При этом нет необходимости в дополнительном обдуве объекта с другой стороны, что позволяет значительно упростить конструкцию пробоотборника, выполнить ее в портативном варианте.

Во-вторых. Центробежный разлет сильно закрученной струи создает во всем ее объеме пониженное давление (разрежение). При этом наличие обследуемой поверхности приводит к образованию на оси обратного течения вихревого ядра, скорость вращения которого более чем на порядок превосходит скорость вращения основного объема струи. В результате этого на поверхности обследуемого объекта разрежение по сравнению с прототипом увеличивается более чем на два порядка, существенно повышая эффективность дистанционного извлечения паровой фазы из объекта.

В-третьих. Закрученная струя в предлагаемой системе дистанционного пробоотбора формируется воздухом, который не контактирует непосредственно с объектом, а поступает в аппарат закручивания через канал транспортировки нагнетаемого потока воздуха. Чистый вихревой поток, обтекая внутреннюю поверхность аппарата закручивания, защищает его от возможного попадания молекул анализируемой примеси из обратного течения. Внутри системы поток с пробой от объекта и поток, образующий закрученную струю, двигаются по изолированным не пересекающимся каналам, и проскочившие через устройство отбора пробы примеси не загрязняют вихреобразующую атмосферу. Организованная таким образом структура течений системы дистанционного пробоотбора исключает возникновение остаточного сигнала («памяти») при повторных обследованиях.

В-четвертых. Радиальная скорость обратного течения в сильно закрученной струе направлена к ее оси. Это приводит к тому, что паровая фаза, извлеченная из объекта или захваченная с его поверхности, в процессе своего движения в обратном течении к устройству отбора пробы локализуется вблизи оси пробоотборной струи. В результате этого проба подходит к входному патрубку концентратора или газоанализатора практически без разбавления и может быть отобрана практически без потерь любым, сколь угодно малым потоком.

При использовании устройств отбора пробы с большими расходами воздуха (1-10 л/с) расположение его на входе всасывающего канала, перекрывающего всю его площадь, позволяет значительно упростить конструкцию системы и снизить ее энергопотребление.

Зачастую аналитические потоки, применяемые в устройствах отбора пробы (газоанализаторах и концентраторах), весьма малы и составляют 0.001-0.1 л/с. Для создания же на поверхности обследуемого объекта значительного разрежения требуются потоки на три порядка выше. Расположение в этом случае устройства отбора пробы на входе всасывающего канала, перекрывающего часть его площади, позволяет согласовать аналитический и вихревой потоки между собой. При этом из-за локализации отбираемых от объекта примесей вблизи оси струи разбавления и потерь пробы не происходит. Практически всю пробу удается собрать малым аналитическим потоком.

Выполнение устройства отбора пробы в виде концентратора паров позволяет значительно увеличить портативность системы. Отбор паровой фазы производится на сорбирующий наполнитель концентратора, который в зависимости от задачи может быть выполнен из металлической сетки, стекловолокна, полисорба, поликапиллярной пластины, капилляры которой покрыты хроматографической жидкой фазой и т.д. После отбора пробы концентратор вводится в газоанализатор, проба десорбируется и производится ее анализ. Концентраторы с малым газодинамическим сопротивлением и большим пробоотборным потоком (например, сеточные) имеет смысл устанавливать на всю площадь всасывающего канала. Концентраторы с большим сопротивлением либо устанавливаются на входе всасывающего канала с частичным его перекрытием, либо перед всасывающим каналом с некоторым зазором. При этом сохраняется большой расход через всасывающий канал, обеспечивая эффективное извлечение пробы из объекта.

Выполнение завихрителя воздушной струи в виде рефлектора и соосно заглубленной в нем крыльчатки позволяет значительно увеличить площадь обследуемой поверхности. С помощью крыльчатки завихрителя (2 или 12) формируется плоская веерная закрученная струя, которая растекается по внутренней поверхности рефлектора 1 от его центра наружу и создает вдоль оси в направлении объекта закрученную струю. Относительный диаметр созданного таким образом обратного течения составляет примерно 0.8 диаметра рефлектора, что значительно превышает диаметры обратных течений закрученных струй, созданных известными завихрителями, и позволяет использовать для целей пробоотбора практически весь объем закрученной струи.

Введение в завихритель вращающейся центробежной крыльчатки позволяет в одном конструктивном элементе объединить два устройства - завихритель и побудитель расхода. Это очень важно для создания портативных устройств и удобно при использовании концентратора в качестве устройства отбора пробы, который можно устанавливать непосредственно на крыльчатку.

При разработке пробоотборных устройств к портативным газоанализаторам, например к дрейфспектрометрам, удобно завихритель выполнить с неподвижной крыльчаткой. Это позволяет освободить осевое пространство системы отбора пробы, через которое осуществлять транспортировку пробы в аналитический тракт газоанализатора.

Для проведения экспериментальных испытаний было изготовлено два лабораторных макета систем дистанционного отбора пробы с неподвижной и подвижной крыльчатками завихрителя, приведенных в примерах 1 и 2.

Пример 1. Система дистанционного пробоотбора с неподвижной крыльчаткой завихрителя представлена на фиг.1. Ее завихритель воздушной струи содержит рефлектор 1 диметром 80 мм, неподвижную крыльчатку завихрителя 2 диаметром 45 мм и канал транспортировки нагнетаемого потока воздуха 6 шириной 4 мм, выполненный в виде улиточного завихрителя. Угол лопаток крыльчатки завихрителя выполнен с радиусом 45°. В качестве побудителей расхода для завихрителя и всасывающего канала использовали центробежные насосы 7 и 8, центробежные крыльчатки которых диаметром 60 мм устанавливали на ось одного двигателя. Скорость вращения двигателя 7600 об/мин. Энергопотребление системы 12 Вт. Пробоотборное устройство 5 было соединено с входной частью аналитической головки газоанализатора диаметром 10 мм, работающего на основе спектрометрии приращения ионной подвижности. Чувствительность головки по парам ТНТ составляла 10-13 г/см3 . Представленная система отбора пробы создает на поверхности объекта на расстоянии 100 мм от рефлектора разрежение около 300×10 -5 атм, что в 500 раз превосходит разрежение, создаваемое прототипом.

Пример 2. Система дистанционного пробоотбора с подвижной крыльчаткой представлена на фиг.2. Ее завихритель воздушной струи содержит рефлектор 1 диаметром 100 мм, центробежную крыльчатку завихрителя 12 диаметром 60 мм и кольцевой канал транспортировки нагнетаемого потока воздуха 6 шириной 5 мм. В качестве побудителей расхода для устройства отбора пробы и всасывающего канала использовали центробежные насосы 13 и 7, центробежные крыльчатки которых диаметром 80 мм устанавливали на ось одного двигателя 9. Центробежная крыльчатка завихрителя установлена на ось того же двигателя 9. Скорость вращения двигателя 7600 об/мин. Энергопотребление системы 15 Вт. На входе устройства отбора пробы 5 был устанавлен сеточный концентратор 14 с частичным перекрытием всасывающего канала. Анализ пробы проводили с помощью газового хроматографа с детектором электронного захвата и с чувствительностью к парам ТНТ 10 -12 г/см3. Данный макет пробоотборника с подвижной крыльчаткой создает на поверхности объекта на расстоянии 120 мм от рефлектора разрежение около 400×10-5 атм, что более чем в 600 раз превосходит разрежение, создаваемое прототипом.

Чтобы оценить эффективность системы дистанционного вихревого пробоотбора, были проведены сравнительные испытания этой системы с подвижной и неподвижной крыльчатками завихрителя и аспирационного способа пробоотбора по обследованию объекта с закладкой. В качестве аспирационных пробоотборников использовали в одном случае простой всасывающий патрубок, на входе которого установлен сеточный концентратор, в другом - входную часть аналитической головки дрейфспектрометра. Объект представлял собой контейнер из дюралюминия с внутренним объемом ˜100 см3, в который была вложена фильтровальная бумага, пропитанная техническим тротилом. Обследование осуществляли в течение одной минуты через отверстие в стенке контейнера диаметром 3 мм на расстояниях 10 мм и 100 мм для аспирационной и вихревой моделей пробоотборников. Расход через концентратор в обоих случаях составлял ˜9000 см3/мин, а через аналитический канал дрейфспектрометра - 3000 см3/мин. Испытания показали, что в случае обследования объекта аспирационным пробоотборником полученный сигнал полностью маскируется шумовым фоном, несмотря на то, что отбор пробы производили почти вплотную к объекту на расстояниях порядка диаметра концентратора или входного патрубка дрейфспектрометра. В то же время обследование вихревым устройством пробоотбора на значительно больших расстояниях при том же расходе через концентратор и дрейфспектрометр дает сигнал, на порядок превосходящий шумовой. Кроме того, испытания показали, что при использовании системы дистанционного вихревого пробоотбора остаточный сигнал, или так называемая "память", обычно имеющая место непосредственно после обнаружения закладки, отсутствует.

Полученные экспериментальные результаты продемонстрировали существенное улучшение технических характеристик заявляемого устройства по сравнению с прототипом.

Литература

1. Рекламный проспект на детектор "Vapor Tracer" (Ion Track Instruments - США).

2. Рекламный проспект на детектор SABRE 2000 (Barringer - Канада).

3. Spangler G.E., Carrico J.P., Kim S.H. Analysis of explosives and explosive residues with ion mobility spectrometry. - Proc. Int. Symp. Anal. Detect. Explos., 1983, p.267-282.

4. US 5256374, МКИ: G 01 N 031/12, 1991.

5. US 4045997, МКИ: G 01 N 033/22, 1977.

6. Аэродинамика закрученной струи. Под ред. Р.Б.Ахмедова. - М.: Энергия, 1977, с.8-10.

Класс G01N1/22 в газообразном состоянии 

предварительный концентратор образцов -  патент 2526972 (27.08.2014)
аспиратор-пылепробоотборник -  патент 2516622 (20.05.2014)
переносное устройство для отбора проб природного газа -  патент 2504750 (20.01.2014)
способ выявления кислотного загрязнения приземного слоя атмосферы в зимний период и устройство для его осуществления -  патент 2502059 (20.12.2013)
лабораторный комплекс для отбора и газохроматографического анализа проб воздуха -  патент 2497097 (27.10.2013)
автоматизированная система контроля выхлопных газов технологических установок -  патент 2492444 (10.09.2013)
устройство для автоматического отбора проб -  патент 2488802 (27.07.2013)
пробоотборник для отбора сероводорода из расплава серы -  патент 2488089 (20.07.2013)
устройство для измерения дисперсности и объемной активности аэрозольной и газовой фракций радиоактивного рутения -  патент 2480730 (27.04.2013)
изокинетический зонд для анализа загрязнения газов, генерируемых авиационным двигателем -  патент 2478927 (10.04.2013)
Наверх