ВОЙСКОВОЙ ПРИБОР ХИМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ АВТОМАТИЧЕСКИЙ
AUTOMATIC MILITARY CHEMICAL RECONNAISSANCE DEVICE

Изобретение относится к области контроля загрязнения окружающей среды, а именно к средствам для обнаружения и полуколичественного определения отравляющих веществ (ОВ), аварийно химически опасных веществ (АХОВ) в воздухе и в капельно-жидком состоянии на поверхностях различных объектов, в том числе в военно-технической области с помощью индикаторных плоских элементов (ИПЭ), входящих в состав прибора.
Известны различные приборы для исследования состава воздуха с целью контроля зараженности воздуха парами токсичных веществ. Принцип работы таких приборов заключается в прокачивании через индикаторные средства определенного объема анализируемого воздуха. При наличии токсичных веществ в анализируемом воздухе происходит изменение окраски наполнителя индикаторного средства. По интенсивности окраски визуально судят о концентрации токсичных веществ. В качестве таких индикаторных средств, в частности, используются индикаторные трубки (см., например, Патент РФ №2475736) или индикаторные плоские элементы (ИПЭ) (см., например, патенты РФ №2364863, №2470292).
Известные приборы имеют следующие недостатки:
- результаты колориметрического анализа с помощью приборов, в которых используются индикаторные трубки, базируются на низкой чувствительности индикаторных трубок и основаны на принципе «ДА», «НЕТ» - т.е. отсутствие или присутствие ОВ или АХОВ;
- отсутствие автоматизированного подхода к отдельным процессам в системе определения веществ в воздухе и в капельно-жидком состоянии на поверхностях различных объектов;
- невозможность проведения колориметрического экспресс-анализа, что связано с неудобством считывания показателей, а также отсутствием дополнительных устройств для предварительной температурной подготовки индикаторных средств, что актуально в условиях низких температур окружающей среды;
- вероятность ошибочного результата анализа, обусловленная человеческим и природными факторами (дальтонизм оператора, плохое освещение, сложные погодные условия, предельные температуры и т.п.);
- отсутствие подсветки, что ограничивает возможность использования прибора в темное время суток при отсутствии внешних осветительных устройств.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому прибору является выбранный в качестве прототипа известный прибор химической разведки (Патент РФ на полезную модель №180990, МПК G01N 21/78, опубл. 03.07.2018), содержащий корпус, состоящий из основания и крышки, образующих при соединении коробку с накидным замком, и размещенные в корпусе: индикаторные средства в виде набора индикаторных трубок; побудитель расхода воздуха и устройство подогрева индикаторных трубок, содержащее: корпус с гнездом для установки индикаторной трубки и нагревательный элемент, отличающийся тем, что в качестве нагревательного элемента использован электронагреватель, при этом устройство подогрева индикаторных трубок дополнительно содержит: автономный источник электропитания; датчик температуры; микроконтроллер, управляющий работой электронагревателя; средство включения-выключения нагревательного элемента.
Недостатками выбранного за прототип прибора являются:
- невысокая точность результатов колориметрического анализа ввиду низкой чувствительности индикаторных трубок;
- невозможность проведения колориметрического экспресс-анализа, что связано с неудобством считывания показателей, а также отсутствием дополнительных устройств для предварительной температурной подготовки индикаторных средств, что актуально в условиях низких температур окружающей среды;
- высокая вероятность ошибочного результата анализа, обусловленная человеческим и природными факторами (дальтонизм оператора, плохое освещение, сложные погодные условия и т.п.);
- низкая надежность прибора, связанная с отсутствием средств защиты от попадания влаги в побудитель расхода воздуха.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание прибора химической разведки, устраняющего недостатки прототипа.
Техническим результатом, достигаемым предложенным прибором в результате поставленной задачи, является улучшение его технических характеристик:
- повышение точности считывания информации с индикаторного средства, а, следовательно, и всего результата колориметрического анализа;
- повышение скорости проведения анализа;
- повышение удобства использования прибора;
- повышение надежности прибора.
Указанный технический результат достигается тем, что прибор химической разведки содержит корпус с откидной крышкой, образующие в закрытом положении футляр с рычажной защелкой, и размещенные в корпусе источник электропитания, побудитель расхода воздуха, воздуховод с каналом для забора прокачиваемого воздуха, гнездо для размещения индикаторного средства, через которое осуществляется прокачивание воздуха побудителем расхода воздуха, устройство подогрева индикаторных средств, включающее датчик температуры и нагревательный элемент, а также блок управления работой прибора, содержащий панель управления и индикаторную панель, при этом согласно изобретению в качестве индикаторного средства используется ИПЭ, причем прибор дополнительно содержит модуль предварительного нагрева ИПЭ, снабженный датчиком температуры для ручного включения модуля предварительного нагрева ИПЭ, а в корпусе имеется связанный с блоком управления узел обработки ИПЭ, состоящий из соединенных нижней и верхней откидной частей, образующих в закрытом положении герметичное соединение, при этом в верхней откидной части узла обработки ИПЭ выполнен входной участок канала воздуховода с установленным внутри него устройством считывания окраски ИПЭ, состоящего из фотодиода и излучающего трехцветного светодиода, а в нижней части узла обработки ИПЭ выполнен следующий участок канала воздуховода с наружным упомянутым гнездом для размещения ИПЭ с возможностью полного перекрытия его формованными поверхностями канала воздуховода и расположенным под гнездом нагревательным элементом, при этом в корпусе дополнительно установлен влагоотделитель, соединенный с участком канала воздуховода, относящимся к нижней части узла обработки ИПЭ, и формирующий выходной участок канала воздуховода для жидкости, а также выходной участок канала воздуховода для прокаченного воздуха, соединенный с побудителем расхода воздуха.
При этом, предпочтительно, модуль предварительного нагрева ИПЭ выполняется съемным и состоит из двух шарнирно связанных частей, одной из которых является нагревательная пластина, которые образуют в закрытом положении полость для размещения ИПЭ.
Предпочтительно, в качестве источника электропитания используется автономный источник питания в виде литий-ионной аккумуляторной батареи, снабженной боковыми направляющими канавками.
Предпочтительно, отсек корпуса для размещения аккумуляторной батареи имеет по меньшей мере один внутренний выступ, ответный одной из боковых направляющих канавок аккумуляторной батареи, с возможностью жесткой фиксации батареи внутри отсека.
Предпочтительно, внутренний выступ, ответный боковой направляющей канавке аккумуляторной батареи, выполняется на наружной поверхности одной из частей модуля предварительного нагрева ИПЭ.
Предпочтительно, на внутренней стенке отсека корпуса для размещения аккумуляторной батареи имеется разъем для подключения внешнего источника тока.
Предпочтительно, в качестве побудителя расхода воздуха используется ротационный насос BL-612/085M.
Предпочтительно, поверхности сопряжения верхней и нижней частей узла обработки ИПЭ снабжены выполненными ответно кольцевыми прокладками, при этом упомянутые части имеют наружные элементы фиксации, образующие рычажную защелку. При этом прижимной рычаг рычажной защелки используется в качестве устройства для вскрытия ампул ИПЭ.
Предпочтительно, влагоотделитель содержит цилиндрический резервуар с донным отверстием для выведения жидкости через выходной участок канала воздуховода в выходное отверстие корпуса, фигурную вставку с основным каналом, сформированным между входным и выходным отверстиями, а также конусным завихрителем с центральным отверстием (44), связанным с основным каналом влагоотделителя для прокачки осушенного воздуха через ротационный насос в выходное отверстие корпуса.
Предпочтительно, прибор содержит динамик пьезоизлучатель с целью дополнительного оповещения звуковым сигналом об обнаружении вещества.
Предпочтительно, прибор дополнительно содержит насадку для анализа поверхностей, имеющую цилиндрический корпус с продольными вырезами и внутренней прозрачной цилиндрической вставкой, и выполненную с возможностью герметичного присоединения одним концом к входному отверстию воздуховода, при этом на другом конце корпуса насадки выполнена воронка и промежуточная гайка с откидным прижимным кольцом, снабженным защелкой с возможностью фиксации прижимным кольцом защитного колпачка и противодымного фильтра и/или ватного тампона.
Предпочтительно, предусмотрен промежуточный удлинитель для подключения насадки к входному отверстию воздуховода.
Предпочтительно, прибор дополнительно содержит комплект ИПЭ, зафиксированные внутри корпуса посредством фиксаторов, закрепленных на внутренней поверхности откидной крышки.
Предпочтительно, прибор дополнительно содержит лопатку для отбора проб сыпучих материалов, прикрепленную к корпусу прибора посредством фиксаторов.
Предпочтительно, прибор дополнительно содержит противодымные фильтры, защитные колпачки и ватные тампоны.
Предпочтительно, прибор дополнительно содержит плечевой и поясной ремни, выполненные с возможностью крепления к корпусу прибора посредством элементов фиксации, закрепленных на наружных поверхностях боковых стенок корпуса.
Предпочтительно, прибор дополнительно содержит светодиодный источник света с кнопкой включения/выключения источника света, собранный по меньшей мере из шести светодиодов, расположенных в два параллельных ряда в равных интервалах.
Сущность изобретения поясняется следующими фигурами чертежей:
Фиг. 1 - прибор с закрытой крышкой, общий вид сверху;
Фиг. 2 - прибор с открытой крышкой, общий вид сверху;
Фиг. 3 - прибор с открытой крышкой, общий вид снизу;
Фиг. 4 - аккумулятор;
Фиг. 5 - фиксация аккумулятора в аккумуляторном отсеке корпуса прибора;
Фиг. 6 - печатная плата управления;
Фиг. 7 - печатная плата микроконтроллера;
Фиг. 8 - панель управления;
Фиг. 9 - ротационный насос;
Фиг. 10 - узел обработки ИПЭ в открытом положении;
Фиг. 11 - узел обработки ИПЭ с размещенным ИПЭ;
Фиг. 12 - ампуловскрыватель с размещенным ИПЭ в упаковке;
Фиг. 13 - нагревательный элемент;
Фиг. 14 - модуль предварительного нагрева ИПЭ;
Фиг. 15 - модуль предварительного нагрева ИПЭ с размещенным ИПЭ в упаковке;
Фиг. 16 - печатная плата блока питания;
Фиг. 17 - влагоотделитель, закрепленный в корпусе;
Фиг. 18 - влагоотделитель в разобранном виде;
Фиг. 19 - прибор с открытыми крышкой и узлом обработки ИПЭ, общий вид сверху;
Фиг. 20 - насадка для анализа поверхностей с защитным колпачком и противодымным фильтром;
Фиг. 21 - промежуточный удлинитель для подключения насадки для анализа поверхностей к прибору;
Фиг. 22 - прибор с закрепленной лопаткой для отбора проб сыпучих материалов, общий вид боку;
Фиг. 23 - прибор с закрепленными плечевым и поясным ремнями, общий вид сверху;
Фиг. 24 - светодиодный источник света (фонарь).
Конструктивно прибор химической разведки содержит корпус (1) с откидной крышкой (2) (Фиг. 1-3), образующих в закрытом положении транспортировочный футляр с рычажной защелкой (3) (Фиг. 1). В корпусе размещены съемный источник питания в виде аккумуляторной батареи (4) (Фиг. 4), установленной в аккумуляторном отсеке (5) (Фиг. 5) и закрытый откидной крышкой (6) (Фиг. 2, 5), блок управления работой прибора, содержащий печатную плату управления (7) (Фиг. 6), и соединенные с ней плату микроконтроллера (8) (Фиг. 7), панель управления (9) с кнопками управления (10), светодиодными индикаторами (12) и вакуумно-люминесцентной двухстрочной индикаторной панелью (11) (Фиг. 8), а также блок питания (29), установленный на печатной плате (28) вместе с динамиком пьезоизлучателем (30) для оповещения звуковым сигналом (Фиг. 16). Также в корпусе размещены узел обработки ИПЭ (13) (Фиг. 2) и побудитель расхода воздуха для прокачивания воздуха через канал воздуховода - ротационный насос (14) (Фиг. 9). При этом в предпочтительном варианте используется насос BL-612/085M, который обеспечивает высокую производительность и стабильностью прокачиваемого воздуха 3,0±0,5 куб. дм/мин. Узел обработки ИПЭ (13) имеет верхнюю откидную часть (15) (Фиг. 10) с проходящим внутри входным участком (16) канала воздуховода, в котором установлено устройство считывания окраски ИПЭ, состоящее из фотодиода (17) и трехцветного светодиода (18), а также нижнюю часть (19) с гнездом (20) для фиксации ИПЭ (21) (см. Фиг. 11) с центральным отверстием (22) проходящего внутри участка канала воздуховода. В закрытом (рабочем) положении верхняя часть (15) герметично фиксируется на нижней (19) с помощью прижимного рычага (23) защелки (24) (Фиг. 1, 2), который также используется в качестве устройства для вскрытия ампул ИПЭ (ампуловскрывателя) (Фиг. 12). Для герметичного соединения частей (15) и (19) на их сопрягаемых поверхностях выполнены уплотнительные кольцевые прокладки (25) и (26) (Фиг. 10). В нижней части узла обработки ИПЭ установлен нагревательный элемент (27) для подогрева ИПЭ (Фиг. 13), автоматически включающееся от полупроводникового цифрового датчика температуры (на Фиг. не показан) для поддержания постоянной температуры +30°С. В корпус также интегрирован модуль предварительного нагрева (31) (Фиг. 14), также работающий от цифрового датчика температуры и состоящий из двух частей - нагревательной пластины (32) и откидной крышки (33), которые образуют в закрытом положении полость для предварительного нагрева ИПЭ в упаковке (Фиг. 14). При этом на наружной поверхности откидной крышки (33) имеется продольный выступ (34) (Фиг. 14), служащий в качестве дополнительного фиксатора батареи в отсеке (5) посредством его вхождения в ответную продольную канавку (35) батареи (4) (Фиг. 5).
С целью защиты ротационного насоса (14) от попадания влаги (что может привести к преждевременной поломке насоса) в конструкции воздуховода предусмотрен влагоотделитель (36) (Фиг. 17), соединенный с участком канала воздуховода, расположенного внутри нижней части (19) узла обработки ИПЭ (13). Влагоотделитель (36) содержит цилиндрический резервуар (37) с донным отверстием (38) (Фиг. 18) для выведения жидкости через выходной участок канала воздуховода в выходное отверстие (39) корпуса (1) (Фиг. 3) и фигурную вставку (40) с основным каналом, сформированным между входным (41) и выходным (42) отверстиями, а также конусным завихрителем (43) с центральным отверстием (44), связанным с основным каналом влагоотделителя для прокачки осушенного воздуха через ротационный насос (14) в выходное отверстие (45) корпуса (1) (Фиг. 2).
Со стороны входного отверстия (46) воздуховода имеется выступ (47) с наружной резьбой (Фиг. 19), для которого предусмотрена насадка для анализа поверхностей (48) (Фиг. 20), имеющая цилиндрический корпус с продольными вырезами (49) и внутренней прозрачной цилиндрической вставкой (50). Насадка герметично присоединяется концом (51) с внутренней резьбой к выступу (47). На другом конце корпуса насадки имеется воронка (52) и промежуточная гайка (53) с откидным прижимным кольцом (54), снабженным защелкой (55) с возможностью фиксации прижимным кольцом (54) защитного колпачка (56), например, с противодымным фильтром (57) или ватным тампоном для смачивания анализируемой жидкости (на Фиг. не показан). Кроме того, указанная насадка может использоваться в качестве самостоятельного устройства для проведения колориметрического анализа с использованием индикаторной трубки, путем продольной фиксации последней внутри цилиндрической вставки (50) отверстии, подключении к побудителю расхода воздуха, с последующим визуальным осмотром окраски наполнителя, по которой судят о концентрации токсичных веществ. Также конструктивно предусмотрен промежуточный удлинитель (58) (Фиг. 21) с муфтой (59) для подключения насадки к выступу (47) входного отверстия (46) воздуховода и муфтой (60) для соединения с концом (51) насадки, обеспечивая тем самым возможность взятия анализа сыпучего материала, размещенного в труднодоступных местах.
На внутренней поверхности крышки (2) корпуса (1) имеются фиксаторы (61) для упругого удержания упаковок с ИПЭ (Фиг. 19).
Также на одной из боковых стенок корпуса (1) предусмотрены вертикальные фиксаторы (62) и (63) (Фиг. 22) для закрепления лопатки для отбора проб сыпучих материалов (64).
Для удобства ношения при использовании и транспортировке прибора на противоположных боковых стенках корпуса имеются элементы фиксации (65) для плечевого (66) и поясного (67) ремней.
С целью возможности проведения колориметрического анализа в темное время суток или в условиях плохой видимости, на боковой стенке корпуса имеется фонарь в виде светодиодного источника света (68) (Фиг. 2, 24) с кнопкой включения/выключения источника света (69), который собран в предпочтительном варианте из шести светодиодов (70), расположенных в два параллельных горизонтальных ряда в равных интервалах. Такое количество и взаимное расположение светодиодов обеспечивает формирование разнонаправленного светового потока, существенно расширяя тем самым зону видимости прибора и его функциональных элементов.
Работа прибора осуществляется следующим образом.
Управление работой прибора осуществляется с помощью экранного меню, отображаемого на индикаторной панели (11), и кнопок управления (10). Индикация состояния прибора, последовательность работы с прибором, работа нагревателей, процесс анализа также отображаются на индикаторной панели. Основными элементами устройства считывания окраски ИПЭ являются фотодиод (17) и трехцветный светодиод (18), находящиеся в узле обработки ИПЭ (13). С помощью светодиодов осуществляется освещение поверхности ИПЭ. Отраженный от поверхности элементов ИПЭ свет улавливается фотодиодом, который передает сигнал на фотопреобразователь. Далее сигнал преобразовывается в цифровую форму и подвергается обработке посредством микроконтроллера, что позволяет получить цветовую спектральную характеристику индикаторной подложки элемента ИПЭ. Полученная информация в виде текстовых сообщений выводится на индикаторную панель панели управления. Для дополнительного оповещения об обнаружении вещества выдается звуковой сигнал посредством встроенного динамика пьезоизлучателя (30). При пониженных температурах окружающей среды (от -40°С до +15°С) во время анализа автоматически включается нагревательный элемент (27) в узле обработки ИПЭ. Для предварительного нагрева ИПЭ используется модуль предварительного нагрева (31), включаемый вручную. В модуле автоматически поддерживается заданная температура. Для работы в ночное время на боковой стенке имеется светодиодный источник света (68), который включается кнопкой подсветки (69).
Порядок работы прибора при проведении колориметрического анализа следующий:
1. Производится включение прибора с помощью кнопки управления (10) на панели управления (9).
2. Упаковка с ИПЭ с требуемым ИПЭ наполнителем размещается на поверхности верхней части (15) узла (13), после чего осуществляется надавливание на упаковку прижимным рычагом (23) защелки (24) до характерного звука разламывающихся ампул с наполнителем.
3. Открывается шарнирно установленная верхняя часть (15) узла (13) посредством углового поворота относительно нижней части (19) с гнездом (20).
4. ИПЭ (21) извлекается из упаковки, фиксируется в гнезде (20) нижней части (19) узла (13), после чего верхняя часть (15) закрывается и герметично фиксируется в закрытом положении с помощью прижимного рычага (23) защелки (24).
5. В опциях меню, отображаемого на индикаторной панели (11), соответствующими кнопками (10) на панели управления (9) выбираются необходимые параметры для проведения колориметрического анализа и запуск забора анализируемого воздуха с последующим ожиданием сорбции анализируемого воздуха на индикаторную подложку ИПЭ с одновременным считыванием изменения окраски реакционной зоны ИПЭ фото датчиком (17), обработки информации и вывода результатов анализа на индикаторную панель (11).
При наличии вещества в воздухе, на поверхностях исследуемых объектов происходит изменение окраски ИПЭ, прекращение забора воздуха и выдача информации в виде текстовых сообщений на индикаторную панель (11) и звукового сигнала динамика пьезоизлучателя (30).