ПРИБОР НА ОСНОВЕ GaInAsSb СВЕТОДИОДОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДЫ В НЕФТИ

Изготовление приборов на основе полупроводниковых излучателей является важным направлением применения оптического абсорбционного метода для детектирования жидких сред. Целью данной работы являлось создание прибора для измерения содержания воды в нефти на основе GaInAsSb светодиодов.

Датчик измерения концентрации воды в нефти включает 3 светодиода на различные длины волн и один широкополосный фотоприемник. Использование светодиодов на основе GaInAsSb кристаллов позволило получить высокоэффективный и точный прибор для измерения концентрации воды в нефти. Предложен способ измерения анализируемой среды с помощью проточной кюветы, учитывающий неоднородность распределения водонефтяной эмульсии. Полный цикл измерения концентрации воды в нефти состоял в измерении поглощения излучения от каждого из трех светодиодов в течение 10 с, усреднении результатов и сравнении с калибровочной кривой.

Разработан прибор на основе селективного оптического абсорбционного метода детектирования для измерения содержания воды в нефти. В качестве источников излучения использованы светодиоды, излучающие в диапазоне от 1,6 до 2,4 мкм. Результаты экспериментов показали, что используемый метод позволяет производить измерения концентрации воды в нефти в диапазоне от 0,2 до 40 % с погрешностью не более 2 %.

Установлены технические требования и параметры работы используемых светои фотодиодов, а также необходимость использования проточной кюветы для анализируемой среды. Показана возможность использования одного прибора для различных сортов нефти, а также нефтепродуктов при проведении предварительной калибровки.

1. Казин, В.Н. Физико-химические методы исследования в экологии и биологии / В.Н. Казин, Г.А. Урванцева. – Ярославль : Яроcл. гос. ун-т, 2002. – 173 с.

2. Ельяшевич, М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия (2-е издание) / М.А. Ельяшевич. – М. : Эдиториал УРСС, 2001. – 895 с.

3. Золотов, Ю.А. Основы аналитической химии: Методы химического анализа : в 2 кн. / Ю.А. Золотов, Б.Н. Дорохова, В.И. Фадеева; под ред. Ю.А. Золотова. – Кн. 2 – М. : Высшая шк., 2002. – 494 с.

4. Калинина, К.В. Портативный оптический анализатор содержания воды в нефти на основе оптопары

5. «светодиодная матрица-широкополосный фотодиод» среднего ИК диапазона (1,6–2,4 мкм) / К.В. Калинина [и др.] // Журнал технической физики. – 2010. – Т. 80, № 2. – С. 99–104 (http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/9925).

6. Богданович, М.В. Измеритель содержания воды в нефти и нефтепродуктах на основе инфракрасных оптоэлектронных пар светодиод − фотодиод / М.В. Богданович [и др.] // Журнал технической физики. – 2017. – Т. 87, № 2. – С. 315–318. (http://journals. ioffe.ru/articles/viewPDF/44146).

7. Стоянов, Н.Д. Высокоэффективные светодиоды спектрального диапазона 1,6–2,4 мкм для медицинской диагностики и экологического мониторинга / Н.Д. Стоянов [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2003. – Т. 37, Вып. 8. – С. 996–1009 (http://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/ioffe/ ftp/2003/08/ftp3708_18.pdf).

8. Андреев, И.А. Быстродействующие фотодиоды для средней инфракрасной области спектра 1,2– 2,4 мкм на основе гетероструктур GaSb/GaInAsSb/ GaAlAsSb с полосой пропускания 2–5 ГГц / И.А. Андреев [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2013. – Т. 47, Вып. 8. – С. 1009–1115 (http://journals. ioffe.ru/articles/viewPDF/5053).

9. Куницына, Е.В. Повышение спектральной чувствительности фотодиодов для средней инфракрасной области спектра / Е.В. Куницына [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2016. – Т. 50, Вып. 10. – С. 1420– 1424 (http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/43659).

10. The HITRAN Database / Laurence S. Rothman. [Electronic resource] – Mode of access: http://www.hitran.org/ – Date of access: 12.03.2017.

11. Безъязычная, Т.В. Устройство для определения содержания воды в нефти или в нефтепродуктах: пат. 10477 U Республики Беларусь, МПК G01N21/35 / Т.В. Безъязычная [и др.]; заявитель Институт физики НАН Беларуси. – № U20140233; заявл. 14.06.2014; опубл. 30.12.14 // Афіцыйны бюл. / Нац. цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2014. – № 6. – С. 214.

12. Семенов, А.Н. Молекулярно-пучковая эпитаксия термодинамически метастабильных твердых растворов GaInAsSb для фотодетекторов среднего ИКдиапазона / А.Н. Семенов [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2010. – Т. 44, Вып. 5. – С. 699–705 (http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/7132).