Мониторинг парогазовоздушных смесей горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей с использованием нанокристаллических структур на основе SnO2

1. Повысить разрешающую способность по дальности без использования сложных алгоритмов сжатия сигнала.

2. Уменьшить уровень пассивных помех, что уменьшает вероятность ложных тревог и снижает требования к величине динамического диапазона приемника.

3. Разрешить отдельные блестящие точки крупных объектов и получить «портрет» обнаруживаемого объекта.

Таким образом, рассмотренные особенности функционирования комплексов подповерхностного обнаружения объектов с помощью сверхширокополосных сигналов показывают их несомненные преимущества перед узкополосными устройствами благодаря низкой спектральной плотности мощности сигнала, что влияет на стоимость выполняемых работ за счет упрощения передающей части и простоты реализации приемной части системы и повышает устойчивость к интерференции сигнала в условиях его многократных переотражений от окружающих предметов.

Список использованной литературы

1. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений / Л. Ю. Астанин, А. А. Костылев - М.: «Радио и связь», 1989. - 192 с.

2. Идентификация систем. [Текст] / Л. Льюнг. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1991. - 432 с.

3. Основы информационной теории идентификации / Я. З. Цыпкин - М.: Наука. 1984. - 320 с.

4. Современные методы идентификации / Под ред. П. Эйкхоффа. - М.: Мир. 1983. - 400с.

5. Решение инженерных задач на ЭВМ. Т. Шуп. Пер. с англ. - М.: Мир, 1982. - 238с.

6. Дьяконов В. П. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя - М.: СОЛОН-Прессю - 2003. - 576с.

МОНИТОРИНГ ПАРОГАЗОВОЗДУШНЫХ смесей горючих газов И ЛЕГКОВОСПЛАМЕНЯЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР

НА ОСНОВЕ SnO2

Д. В. Русских, к. т. н. Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж,

С. И. Рембеза, д. ф.-м. н., профессор

Е. А. Русских

Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж,

Обнаружение парогазовоздушных смесей горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей в воздухе производственных помещений и промышленных территорий в концентрациях, значительно меньших взрывоопасных, и их

локализация является важной задачей [1]. Требования к выбору, монтажу, применению и техническому обслуживанию газоанализаторов горючих газов регламентируются ГОСТ Р 52350.29.2-2010, РД БТ 39-0147171-003-88, ГОСТ Р ЕН 50194-2008 и инструкциями заводов-изготовителей.

В настоящее время проявляется большой интерес к относительно дешевым, имеющим малые размеры и высокую чувствительность полупроводниковым датчикам газов. Главным недостатком таких датчиков являются высокие рабочие температуры до 500 оС, что ограничивает их использование для контроля парогазовоздушных смесей горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей без взрывозащитного корпуса. Таким образом, снижение температуры максимальной газовой чувствительности и энергопотребления микроэлектронных датчиков газов является актуальной проблемой [2].

Целью работы являлось исследование электрофизических и газочувствительных свойств пленок-нанокомпозитов на основе диоксида олова, как перспективного материала для изготовления чувствительных элементов полупроводниковых датчиков газов.

Исходя из современного состояния исследований в области мониторинга парогазовоздушных смесей горючих газов и легковоспламеняющихся жидкостей, а также современных представлений о строении и физико-химических свойствах диоксида олова и нанокомпозитов на его основе, были поставлены следующие основные задачи: исследование состава, термостабилизации, температурных зависимостей и газовой чувствительности пленок - композитов SnO2: Y2Oз и SnO2: Mn2Oз;

Измерения проводились на пленках композитах SnO2: Y2O3 и SnO2: Mn2O3, напыленных методом ионно-лучевого распыления с использованием установки, разработанной на платформе вакуумного напылительного поста УВН-2М.

Были проведены эксперименты по измерению толщины образцов после их получения, выбору режимов изотермического стабилизирующего ступенчатого отжига, исследованию влияния температурной обработки на поверхностное сопротивление плёнок-композитов и определению температурных зависимостей газовой чувствительности к различным газам.

Установлено, что легирование плёнок SnO2 иттрием и марганцем позволяет снижать температуру максимальной газовой чувствительности более, чем в два раза. На рис. 1 приведены графики зависимости газовой чувствительности плёнки SnO2, легированной иттрием в количестве 4,7 ат.% от температуры к парам этанола, ацетона, изопропилового спирта и формальдегида в воздухе. На графике справа обозначены температуры максимальной газовой чувствительности к тем же газам нелегированных пленок SnO2.

Исследованные плёнки-композиты могут использоваться в качестве чувствительных элементов миниатюрных датчиков газов в любых конструкциях реализованных на кремниевой подложке без дополнительных усиливающих схем. Пример такой конструкции приведен на рис. 2 [3].

На рис.3 приведен пример монтажа кристалла датчика газов в металлоке-рамический корпус интегральной микросхемы [4].

Рис. 1. Температурные зависимости газовой чувствительности пленки-композита SnO2 : (2,8 ат.%) Y2O3. Справа отмечены температуры максимальной газовой чувствительности для нелегированных пленок SnO2

Рис. 2. Топология микроэлектронного Рис. 3. Фотография датчика газов

датчика газов (кристалл 1,0 х 1,0 х 0,12 мм3): в металлокерамическом корпусе

1 - платиновый меандр нагревателя, интегральной микросхемы

2 - встречно-штыревые электроды

сенсорного элемента,

3 - газочувствительная пленка SnO2, 4 - контактные площадки

Из проделанной работы можно сделать следующие основные выводы:

а) Выбраны режимы изотермического стабилизирующего ступенчатого отжига образцов Бп-У-О: Т = 400 оС, t > 2 часа; и Бп-Мп-О: 300 оС, 400 оС и 500 оС не менее 9 часов.

б) Температурные зависимости поверхностного сопротивления пленок-композитов Бп-У-О и Бп-Мп-О прошедших термообработку имеют вид присущий полупроводникам и характеризуются воспроизводимостью электросо-

противления при нагреве и охлаждении в интервале рабочих температур датчика газов (20 - 400 оС).

в) Величина максимальной газовой чувствительности изменяется в пределах от 1,09 до 3,4 и является достаточной для использования датчиков газов на основе исследованных плёнок-композитов в устройствах сигнализации опасных газов без дополнительных усиливающих схем.

г) Легирование пленок диоксида олова иттрием и марганцем снижает температуру максимальной газовой чувствительности более, чем в два раза, и улучшает селективность к различным газам по сравнению с нелегированными плёнками SnO2.

Список использованной литературы

1. Федоров А. В. Современные автоматические газоанализаторы-сигнализаторы для производственных помещений и открытых установок / А. В. Федоров, А. Н. Членов // Системы безопасности, 2004. - № 3. - С. 122 - 127.

2. Русских Д. В. Адаптация полупроводниковых датчиков газов для их использования в горючих и взрывоопасных средах / Д. В. Русских, В. Е. Туев, Е. А. Русских // Материалы III Всероссийской научно-практической Интернет конференции курсантов, слушателей, студентов и молодых ученых с международным участием. - Воронеж, 2012. - С. 161 - 162.

3. Рембеза С. И. Особенности конструкции и технологии изготовления тонкопленочных металлооксидных интегральных сенсоров газов / С. И. Рембе-за, Д. Б. Просвирин, О. Г. Викин, Г. А. Викин, В. А. Буслов, Д. Ю. Куликов // Сенсор № 1(10), 2004. С. 20 - 28.

4. Русских Д. В. Высокочувствительный полупроводниковый датчик газовых сред / Д. В. Русских, С. И. Рембеза, С. Ю. Жиронкин, Д. Ю. Куликов, В. А. Буслов // Датчики и системы. 2008. № 8. С. 14 - 16.

ОСОБЕННОСТИ БАЗОВЫХ ЭТАПОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В. Н. Старов, д. т. н., профессор

А. В. Гуров

Воронежский институт ГПС МЧС России, Воронеж

В. Ф. Лазукин, д. п. н., профессор А. Н. Внуков, к. т. н.

Военный учебно-научный центр ВВС «ВВА»

Выявление влияние различные внешних и внутренних факторов и. взаимосвязей технико-экономического уровня является задачей системного анализа технических систем (ТС). Это свойственно всем техническим системам, таким как различные машины (автомобиль, самолет, вертолет и т. п.) и технологиче-