МОБИЛЬНОЕ РАДИОУСТРОЙСТВО С ИЗМЕРИТЕЛЕМ НИТРАТОВ

Настоящая полезная модель относится к устройствам, служащим для измерения концентрации вредных для пользователей ионов в веществах с использованием специального измерительного зонда в электрических цепях переменного тока высокой частоты. В частности, полезная модель относится к устройствам для определения уровня нитратов в продуктах питания.
Широко известны устройства для измерения концентрации ионов в веществах, содержащие процессор, снабженный средством формирования высокочастотных сигналов, блок индикации, измерительный зонд и эталонный резистор. Процессор определяет концентрацию ионов, анализируя на высокой частоте испытательных сигналов проводимость измерительного зонда, погруженного в исследуемое вещество, с проводимостью эталонного резистора, параметры которого заранее известны. Для определения концентрации ионов процессор использует какие-либо эмпирические формулы. Результат расчетов концентрации фиксируется на блоке индикации.
К таким устройствам относятся, в частности, US №4655899, G01N 27/28, G01N 27/30, G01N 27/416 от 07.04.1987, RU №2073854 G01N 27/22 от 20.02.1997, RU №2143843, А61В 5/05 от; 28.04.1999, RU №2188411, G01N 27/414 от 27.08.2002, RU №2244917, G01N 27/414 от 20.01.2005, WO №2005119237, C12Q 1/00, G01N 27/327, G01N 27/403,. G01N 27/49. - от - 15.12.2005.
Известные устройства функционируют в разных средах и используют для вычисления различные эмпирические \ формулы, но обладают общим недостатком: все они предназначены для лабораторных испытаний и не могут применяться для оперативной проверки продукции.
Между тем, все чаще требуется ускорение получения результатов и обеспечение возможности удобной проверки продуктов питания путем использования носимого малогабаритного оборудования.
Такую оперативную проверку обеспечивает мобильное радиоустройство по полезной модели RU №109625, Н04М 1/22 от 24.06.2011.
Это мобильное радиоустройство, содержащее измерительный зонд и мобильное радиоустройство, в корпусе которого, размещен блок питания, выполненный с возможностью подачи питающих напряжений ко всем электронным узлам и блокам, расположенным в корпусе мобильного радиоустройства, процессор, соответствующие входы и выходы которого соединены с аудиоблоком, с радиоблоком и с блоком памяти, а также блок индикации, вход которого подключен к соответствующему выходу процессора и клавиатура, подключенная к соответствующему входу процессора,
Большинство составных частей этого мобильного радиоустройства располагаются в корпусе мобильного телефона. Используемый в этом мобильном радиоустройстве измерительный зонд, состоящий из последовательно соединенных полупроводникового детектора излучения, усилителя и блока сопряжения, позволяет проводить измерения альфа, бета, гамма и нейтронного излучения. Но это мобильное радиоустройство допускает замену указанного измерительного зонда на известную его конструкцию, приведенную, например, в патенте RU №2143843, А61В 5/05 от 28.04.1999. В этом случае, мобильное радиоустройство по полезной модели RU №109625, Н04М 1/22 от 24.06.2011 обеспечивает проверку концентрации нитратов. С учетом указанной формальной замены мобильное радиоустройство по полезной модели RU №109625, Н04М 1/22 от 24.06.2011 принимается в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого устройства.
Однако данное мобильное радиоустройство не обеспечивает требуемой скорости получения результатов измерения. Процесс измерения занимает продолжительный отрезок времени.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение указанного недостатка.
Предметом настоящей полезной модели является мобильное радиоустройство с измерителем нитратов, содержащее измерительный зонд и мобильное радиоустройство, в корпусе которого, размещен блок питания, выполненный с возможностью подачи питающих напряжений ко всем электронным узлам и блокам, расположенным в корпусе мобильного радиоустройства, процессор, соответствующие входы и выходы которого соединены с аудио-блоком, с радиоблоком и с блоком памяти, а также блок индикации, вход которого подключен к соответствующему выходу процессора и клавиатура, подключенная к соответствующему входу процессора, - при этом в него введен первый эталонный резистор, который подключен между корпусным контактом аудиоблока и его входом микрофона, к которому через измерительный зонд подключен аудиовыход аудиоблока.
Частными существенными признаками предлагаемой полезной модели являются следующие.
В состав мобильного радиоустройства с измерителем нитратов введен второй эталонный резистор, подключенный параллельно измерительному зонду.
Процессор выполнен с возможностью обеспечения сигнализации о допустимой, и недопустимой концентрации нитратов в проверяемом продукте, а блок индикации выполнен с возможностью вывода сигнализации процессора, представленной в графическом, табличном или текстовом виде и подачи необходимых звуковых сигналов.
В состав клавиатуры введены дополнительные клавиши для управления работой процессора в режиме измерения концентрации нитратов в проверяемом продукте.
Радиоблок выполнен с возможностью определения местоположения проверяемого объекта в пространстве с помощью систем GPS или ГЛОНАСС.
Процессор выполнен с возможностью, позволяющей сохранять дату и время каждого проведенного измерения.
Процессор выполнен с возможностью, позволяющей производить фотографирование встроенным в мобильное радиоустройство фотоаппаратом и сохранять в памяти процесс измерения.
Процессор выполнен с возможностью, позволяющей фиксировать в памяти дополнительные текстовые или речевые комментарии пользователя к каждому измерению.
Процессор выполнен с возможностью, позволяющей передавать через радиоблок установленные координаты местоположения проверяемого объекта в пространстве, дату и время проведения измерения, фотографию объекта во время измерения и текстовые или речевые комментарии
Процессор выполнен с возможностью, позволяющей наносить установленные координаты местоположения проверяемого объекта в пространстве на карту местности.
Процессор выполнен с возможностью, позволяющей передавать через радиоблок установленные координаты местоположения проверяемого объекта в пространстве.
В качестве измерительного зонда используется штекер JACK AUDIO.
Штекер JACK AUDIO имеет покрытие "золото".
Измерительный зонд, выполненный в виде штекера JACK AUDIO, его соединительный кабель, первый и второй эталонные резисторы выполнены в виде единого узла.
Задачей настоящей полезной модели является создание мобильного устройства, обеспечивающего оперативную и достаточно точную проверку концентрации ионов нитратов в контролируемых образцах.
Суть предлагаемого технического решения поясняется на фиг.1, где представлена обобщенная структурная схема заявляемой полезной модели.
На фиг.1 использованы следующие обозначения: 1 - блок питания, 2 - измерительный зонд, 3 - аудиоблок, 4 - первый эталонный резистор, 5 - второй эталонный резистор, 6 - клавиатура, 7 - процессор, 8 - блок памяти, 9 - блок индикации, 10 - радиоблок.
Рассматриваемое мобильное радиоустройство с измерителем нитратов содержит измерительный зонд 2 и мобильное радиоустройство. В корпусе мобильного радиоустройства размещен блок 1 питания, выполненный с возможностью подачи питающих напряжений ко всем электронным узлам и блокам, расположенным в корпусе мобильного радиоустройства. В корпусе мобильного радиоустройства располагаются также клавиатура 6, блок 9 индикации и процессор 7, соответствующие входы и выходы которого соединены с аудиоблоком 3, с радиоблоком 10 и с блоком 8 памяти. Вход блока 9 индикации подключен к соответствующему выходу процессора 6, а клавиатура 6 подключена к соответствующему входу процессора 6. Первый эталонный резистор 4 подключен между корпусным контактом аудиоблока 3 и его входом микрофона. Аудиовыход аудиоблока 3 через параллельно соединенные измерительный зонд 2 и второй эталонный резистор 5 подключен ко входу микрофона аудиоблока 3.
Мобильное радиоустройство (с входящими в его состав блоком 1 памяти, аудиоблоком 3, клавиатурой 6, процессором 7, блоком 8 памяти, блоком 9 индикации и радиоблоком 10) представляет собой обычный мобильный телефон, блок памяти 8 которого позволяет производить введение дополнительных программ работы, а клавиатура 6 позволяет переходить на эти программы работы и возвращаться к выполнению стандартных программ.
В качестве первого 4 и второго 5 эталонных резисторов могут быть использованы любые прецизионные точные резисторы.
В качестве измерительного зонда 2 может быть использован штекер JACK AUDIO (называемый также штекером TRS-аббревиатура от английского Tip, Ring, Sleeve). Такие штекеры широко выпускаются и доступны на коммерческом рынке. При наличии покрытия "золото" указанные штекеры выдерживают воздействие на них кислот и других опасных веществ, которые могут содержаться в исследуемом продукте.
Таким образом, все функциональные узлы и элементы рассматриваемого устройства широко известны и доступны на коммерческом рынке или могут быть легко изготовлены. Поэтому возможность практической реализации рассматриваемого мобильного радиоустройства с измерителем нитратов не вызывает сомнений.
Предлагаемое мобильное радиоустройство с измерителем нитратов (фиг.1) работает следующим образом.
Перед началом измерения концентрации нитратов в испытуемом продукте мобильное радиоустройство выполняет функции обычного мобильного телефона. Блок 1 питания при этом включен, и требуемое питание поступает на все узлы, расположенные внутри корпуса мобильного радиоустройства.
Измерение концентрации нитратов начинается с того, что пользователь подключает измерительный зонд 2 между контактом аудиовыхода и контактом входа микрофона аудиоблока 3, расположенного в корпусе мобильного радиоустройства. Между контактом входа микрофона аудиоблока 3 и его входом заземления подключается первый эталонный резистор 4. Контакты второго эталонного резистора 5, включенного параллельно измерительному зонду 2, оказываются при этом соединенными, соответственно, с контактом аудиовыхода и контактом входа микрофона аудиоблока 3.
Затем пользователь с помощью клавиатуры 6 формирует на процессор 7 команду запускающую программу измерения концентрации нитратов. Эта команда может подаваться, например, путем нажатия специальных клавиш (если такие имеются на клавиатуре 6). Процессор 7 после получения команды обращается к блоку 8 памяти для введения программы работы в режиме измерения концентрации нитратов. После ввода программы процессор 7 включает блок 9 индикации, информируя пользователя об изменении режима работы мобильного радиоустройства. Аудиоблок 3 по команде процессора 7 формирует на своем аудиовыходе испытательный сигнал в виде немодулированного сигнала с заданной частотой и амплитудой, установленными в программе режима измерения концентрации нитратов.
микр
Поскольку в этот момент измерительный зонд 2 еще не погружен в исследуемый продукт, внутренне сопротивление измерительного зонда 2 близкок состоянию обрыва. Второй 5 и первый 4 эталонные резисторы образуют при этом делитель напряжения, на который с контакта аудио аудиоблока 3 поступает формируемый процессором 7 сигнал с заданной частотой и амплитудой U. При этом на вход микрофона аудиоблока 3 будет подаваться сигнал с амплитудой U, определяемой по следующей формуле:
где R1 - сопротивление первого эталонного резистора;
R2 - сопротивление второго эталонного резистора.
Аудиоблок 3 передает этот сигнал в процессор 7, который преобразует его и запоминает в блоке памяти 8, как эталонное, калибровочное значение.
Пользователь погружает измерительный зонд 2 в исследуемый продукт (например, втыкает измерительный зонд 2 в яблоко или морковь). Внутреннее сопротивление измерительного зонда 2 падает в соответствии с концентрацией нитратов в исследуемом продукте. Установлено, что проводимость измерительного зонда 2 (величина обратная сопротивлению) прямо пропорциональна концентрации ионов нитратов в исследуемом продукте.
ЗОНД
ЗОНД
ЗОНД
МИКР
То есть, величина сопротивления между контактами аудиовыхода и входа микрофона аудиоблока 3 теперь определяется параллельным соединением второго эталонного резистора 5 (сопротивление R2) и измерительного зонда 2 (сопротивление R). При этом в формуле (1) вместо R2 будет R2 R/(R2+R). Соответственно, меняется величина U.
Учитывая эту замену, путем простых преобразований можно вывести расчетную формулу для величины N концентрации нитратов:
где Y1 проводимость первого эталонного резистора 4,
Y2 проводимость второго эталонного резистора 5,
K коэффициент, учитывающий связь проводимости измерительного зонда 2 с концентрацией нитратов в контролируемом продукте.
Таким образом, по амплитуде испытательного сигнала аудиоблока 3 и амплитуде сигнала, поступающего на вход микрофона аудиоблока 3 можно точно рассчитать концентрацию нитратов в испытуемом образце. Этот расчет производит процессор 7, используя сигналы аудиоблока 3 и известные величины, поступающие из блока 8 памяти.
Полученные значения уровня концентрации нитратов сравниваются в процессоре 7 с предельно допустимыми, взятыми из блока 8 памяти. Далее процессор 7 формирует и отражает на блоке 9 индикации информационное сообщение, типа "Норма 80% допуска" или "Превышение 240% допуска".
В общем случае информационные сообщения могут выводиться на блоке 9 индикации в графическом, табличном или текстовом виде и сопровождаться подачей необходимых звуковых сигналов.
Через радиоблок 9 полученный результат, при необходимости, передается заинтересованному потребителю. При этом результат может быть дополнен данными местоположения объекта, для которого производилась проверка. Эти данные могут быть получены навигационными приборами с помощью систем GPS или Глонасс (если в состав мобильного радиоустройства входят такие навигационные приборы). В этом случае результатом проверки может быть, например, вывод о превышении допустимого уровня концентрации нитратов на определенном поле или на определенной овощной базе. При необходимости процессор 7 через блок индикации 9 может проставить местоположение контролируемого объекта на карте местности.
По окончании измерений пользователь с помощью клавиатуры 6 формирует на процессор 7 команду отключения программы измерения концентрации нитратов, а затем отсоединяет от мобильного радиоустройства измерительный зонд 2 с первым 4 и вторым 5 эталонными резисторами.
Наиболее комфортные для потребителя съем и установка на мобильном радиоустройстве измерительного зонда 2 и первого 4 и второго 5 эталонных резисторов обеспечивается при выполнении измерительного зонда 2, первого 4 и второго 5 эталонных резисторов, а также соединительного кабеля для этих элементов, в виде единого узла, подключаемого к контактам аудиоблока 3 и отключаемого от них.
Указанная выше методика позволяет определить концентрацию уровня нитратов с точностью до нескольких процентов, что подтвердили лабораторные испытания мелкосерийно выпускаемых предприятием-заявителем образцов заявляемого устройства.
Для пользователя проводить измерения весьма удобно (что также подтвердили лабораторные испытания). Время измерения не превышает 3 с.
Обеспечению серийного выпуска мобильных радиоустройств с измерителем нитратов способствует возможность использования в качестве измерительного зонда 2 штекеров JACK AUDIO (называемых также штекерами TRS - аббревиатура от английского Tip, Ring, Sleeve). Эти штекеры широко выпускаются и доступны на коммерческом рынке. При наличии покрытия "золото" указанные штекеры выдерживают воздействие на них кислот и других опасных веществ, которые могут содержаться в исследуемом продукте.
Штекеры JACK AUDIO серийно выпускаются в модификациях с двумя, тремя и четырьмя контактами, для подключения каждой из которых существует стандартный кабель. Любая из модификаций может быть использована в предлагаемых мобильных радиоустройствах с измерителем нитратов. Однако, для подключения модификаций с двумя и тремя контактами необходим специальный (нестандартный) кабель. А модификация с четырьмя контактами может быть использована со стандартным, фирменным кабелем.
Таким образом, благодаря введенным в мобильное радиоустройство узлам и связям решена задача полезной модели: осуществлено создание мобильного устройства, обеспечивающего оперативную и достаточно точную проверку концентрации ионов нитратов в контролируемых образцах.