RU2109269C1

RU2109269C1 - Optical absorption gas analyzer

Info

Publication number: RU2109269C1
Application number: RU96108421A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Гамарц; П.А. Добромыслов; В.А. Крылов; И.Г. Лукица; Е.С. Тулузаков
Original assignee: Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт"
Priority date: 1996-04-25
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: measurement technology, devices determining concentration of gases. SUBSTANCE: proposed gas analyzer has two electromagnetic radiation sources with wave length $$$ of absorption region and wave length $$$ of region of transparency of analyzed gas, gas dish made in the form of cavity which internal surface with light-reflecting coat is focusing element, two photodetectors which record radiation when illuminated from two opposite sides. Optical filters letting radiation with wave length $$$ of absorption region pass to first photodetector and radiation with wave length $$$ of region of transparency of analyzed gas pass to second photodetector which are mounted on opposite sides of each photodetector in path of radiation of first and second electromagnetic radiation sources. Single-channel signal processing unit has commutator of input pulses, amplifier, analog- to-digital converter, microcomputer, circuit controlling currents of electromagnetic radiation sources. EFFECT: simplified design and improved operational stability of analyzer. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения концентрации газов, например, ряд газообразных углеводородов C_nH_2n+2, окись и двуокись углерода и т.д., и может быть использовано для измерения концентрации газов в атмосфере, производственных помещениях, производственных процессах, и т.д.The invention relates to measuring equipment, namely, devices for determining the concentration of gases, for example, a number of gaseous hydrocarbons C _n H _{2n + 2} , carbon monoxide and dioxide, etc., and can be used to measure the concentration of gases in the atmosphere, industrial premises , manufacturing processes, etc.

Известен газоанализатор [1], позволяющий осуществлять измерение концентрации газов. Данный газоанализатор содержит оптически связанные источник излучения, рабочий и опорный каналы, модулятор, оптические фильтры, газовую кювету с фокусирующим элементом и приемник излучения. Причем кювета с фокусирующим элементом изготовлена в форме полого светоотражающего усеченного конуса. Опорный канал выполнен в виде полого световода, выходной торец которого с закрепленным на нем оптическим фильтром примыкает к отверстию в боковой стенке кюветы, внутри которой установлено плоское зеркало, расположенное на оптической оси световода под углом 0,5α к оптической оси рабочего канала, где угол α является смежным углу, образованному оптическим осям световода и рабочего канала. Known gas analyzer [1], which allows to measure the concentration of gases. This gas analyzer contains optically coupled radiation source, working and reference channels, a modulator, optical filters, a gas cell with a focusing element and a radiation receiver. Moreover, the cell with the focusing element is made in the form of a hollow reflective truncated cone. The reference channel is made in the form of a hollow fiber, the output end of which with an optical filter attached to it is adjacent to the hole in the side wall of the cell, inside which there is a flat mirror located on the optical axis of the fiber at an angle of 0.5α to the optical axis of the working channel, where the angle α is an adjacent corner formed by the optical axes of the fiber and the working channel.

Такое конструктивное решение газоанализатора позволяет установить источник излучения перед кюветой на расстоянии, равном толщине диска модулятора, а приемник излучения - непосредственно за кюветой. Such a constructive solution of the gas analyzer allows you to set the radiation source in front of the cell at a distance equal to the thickness of the modulator disk, and the radiation receiver - directly behind the cell.

Достоинством данного прибора является возможность более компактного расположения элементов конструкции, что позволяет несколько уменьшить габариты. The advantage of this device is the possibility of a more compact arrangement of structural elements, which allows you to slightly reduce the size.

Однако серьезным недостатком вышеуказанного газоанализатора, снижающим эффективность его работы, является использование в конструкции прибора оптико-механического модулятора. Подобное конструктивное решение прибора приводит к ухудшению таких важных параметров, как надежность и жесткость конструкции. Кроме того, повышается энергоемкость, а также за счет наличия источника питания модулятора - масса и габариты прибора. However, a serious drawback of the above gas analyzer, reducing its efficiency, is the use of an optical-mechanical modulator in the design of the device. Such a constructive solution of the device leads to the deterioration of such important parameters as reliability and structural rigidity. In addition, the energy intensity increases, as well as due to the availability of a modulator power source - the mass and dimensions of the device.

Таким образом, для обеспечения надежной и устойчивой работы такой прибор может быть использован только в лабораторных или других условиях с возможностью контроля его работы. Отсутствие проработанного блока обработки сигналов также усложняет использование прибора для экспресс-измерений газовой среды. Thus, to ensure reliable and stable operation, such a device can only be used in laboratory or other conditions with the ability to control its operation. The lack of a sophisticated signal processing unit also complicates the use of the device for express measurements of the gas medium.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является спектральный газоанализатор [2] . Данное устройство для определения концентрации газа в атмосфере содержит источник электромагнитного излучения, с двумя длинами волн, поглощаемой и непоглощаемой контролируемым газом. Оптически с ним связаны газовая кювета, сферическое зеркало, рабочий фотоприемник. Также с источником излучения оптически связаны расщепитель луча и через систему оптических линз опорный фотоприемник. Рабочий и опорный фотоприемники через соответствующие усилители соединены с входами блока обработки сигналов. Данный блок представляет собой вычислительное устройство и содержит первый и второй блоки выборки и хранения. Выходы которых соединены со входами первого и второго делителя соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами мультиплексора, выход которого соединен с входом устройства для вычисления концентрации газа, микропроцессора, выход которого подключается к устройству регистрации. Кроме того, в блоке обработки сигналов установлен синхронизатор, управляющие входами источника питания, обоих устройств выборки и хранения, первого и второго делителя и мультиплексора. В данном газоанализаторе в качестве излучателя в источнике излучения использованы два электрически соединенных светодиода, изготовленных на основе арсенида галлия, каждый из которых оптически связан с соответствующими люминофором и оптическим фильтром, причем для одного светодиода установлен фильтр, пропускающий излучение с длиной волны λ₁ . Поглощаемой газом, для второго светодиода установлен фильтр, пропускающий излучение с длиной волны λ₂ , непоглощаемой газом.The closest analogue in technical essence is a spectral gas analyzer [2]. This device for determining the concentration of gas in the atmosphere contains a source of electromagnetic radiation, with two wavelengths, absorbed and non-absorbed by the controlled gas. A gas cuvette, a spherical mirror, and a working photodetector are optically connected to it. Also, a beam splitter and a reference photodetector are optically coupled to the radiation source. The working and reference photodetectors are connected through the corresponding amplifiers to the inputs of the signal processing unit. This block is a computing device and contains the first and second blocks of sampling and storage. The outputs of which are connected to the inputs of the first and second divider, respectively, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the multiplexer, the output of which is connected to the input of the device for calculating the gas concentration, a microprocessor, the output of which is connected to the registration device. In addition, a synchronizer is installed in the signal processing unit, which controls the inputs of the power source, both sampling and storage devices, the first and second divider and multiplexer. In this gas analyzer, two electrically connected LEDs made on the basis of gallium arsenide, each of which is optically connected to the corresponding phosphor and an optical filter, are used as a radiator in the radiation source, moreover, a filter that transmits radiation with a wavelength of λ _{1 is} installed for one LED. Absorbed by gas, a filter is installed for the second LED that transmits radiation with a wavelength of λ ₂ , which is not absorbed by the gas.

Известный газоанализатор работает следующим образом. На первый и второй светодиоды от источника питания подаются электрические импульсы в противофазе. В результате излучения, испускаемое каждым из светодиодов, возбуждает люминофор, установленный перед каждым из светодиодов. Излучение, испускаемое каждым из люминофоров, содержат в своем спектре длину волны λ₁ , поглощаемую исследуемым газом и длину волны λ₂ , непоглощаемую исследуемым газом. Соответственно, один из оптических фильтров пропускает излучение с длиной волны λ₁ , а другой - с длиной волны λ₂ .Known gas analyzer operates as follows. The first and second LEDs from the power source are supplied with electrical pulses in antiphase. As a result, the radiation emitted by each of the LEDs excites the phosphor installed in front of each of the LEDs. The radiation emitted by each of the phosphors contain in their spectrum a wavelength λ ₁ absorbed by the test gas and a wavelength λ _{2 not} absorbed by the test gas. Accordingly, one of the optical filters transmits radiation with a wavelength of λ ₁ , and the other with a wavelength of λ ₂ .

Таким образом, излучение с длинами волн λ₁ и λ₂ поочередно поступает в газовую кювету, где исследуемый газ поглощает излучение с рабочей длиной волны λ₁ и меняет соответственно его интенсивность. Далее оба излучения, отражаясь от сферического зеркала, вновь проходят через газовую кювету и также поочередно поступают на рабочий фотоприемник. При этом часть луча как с рабочей волны λ₁ , так и с опорной длиной волны λ₂ , отклоняется расщепителем луча и с помощью системы оптических линз попадает без изменения интенсивности излучения на опорный эталонный фотоприемник.Thus, radiation with wavelengths λ ₁ and λ ₂ alternately enters the gas cell, where the test gas absorbs radiation with a working wavelength λ ₁ and changes its intensity, respectively. Further, both radiations, reflected from the spherical mirror, again pass through the gas cell and also alternately arrive at the working photodetector. In this case, a part of the beam, both from the working wave λ ₁ and with the reference wavelength λ ₂ , is deflected by the beam splitter and, using a system of optical lenses, enters the reference reference photodetector without changing the radiation intensity.

Рабочий и опорный фотоприемники формируют электрические импульсные сигналы, амплитуды которых соответствуют интенсивности излучения λ₁ и λ₂ . Далее сигналы через разделительные усилители поступают в соответствующие устройства выборки и хранения и далее в соответствующие делители, в мультиплексор и микропроцессор, где производится вычисление концентрации исследуемого газа. Результат вычисления регистрируется.The working and reference photodetectors form electrical pulse signals whose amplitudes correspond to the radiation intensities λ ₁ and λ ₂ . Next, the signals through separation amplifiers enter the corresponding sampling and storage devices and then to the respective dividers, the multiplexer and the microprocessor, where the concentration of the test gas is calculated. The result of the calculation is recorded.

Таким образом, применение светодиодов в качестве импульсных излучателей в источнике излучения позволило создать жесткую конструкцию в одном корпусе. Thus, the use of LEDs as pulsed emitters in a radiation source made it possible to create a rigid structure in one housing.

Однако известный газоанализатор обладает следующими серьезными недостатками, снижающими эффективность его работы, а также увеличивающими его массу, габариты и стоимость:
прибор не может быть использован в полевых условиях, так как наличие таких оптических элементов как расщепитель луча, оптическая линза, сферическое зеркало ужесточают требования к точности настройки, от которой зависят показания прибора;
данный прибор в качестве портативного не обеспечивает надежность эксплуатации, так как малейшие сдвиги вышеуказанных элементов в результате, например, вибраций или ударов, приведут к разбалансу соотношения интенсивностей измерительного и опорного лучей;
не может быть обеспечена высокая точность измерений и чувствительность прибора, так как, во-первых, не учтена сильная температурная зависимость параметров излучателей и фотоприемников, во-вторых, использование расщепителя луча уменьшает интенсивность излучения, проходящего через кювенту с исследуемым газом, что приводит к ухудшению соотношения сигнал/шум. Также двухканальное решение схемы блока обработки сигнала приводит к уменьшению точности измерения концентрации газа за счет разной погрешности в каждом из каналов.However, the known gas analyzer has the following serious drawbacks that reduce its efficiency, as well as increasing its weight, dimensions and cost:
the device cannot be used in the field, since the presence of such optical elements as a beam splitter, optical lens, spherical mirror tighten the requirements for the accuracy of the adjustment, on which the readings of the device depend;
this device as a portable does not provide reliable operation, since the slightest shifts of the above elements as a result of, for example, vibration or shock, will lead to an imbalance in the ratio of intensities of the measuring and reference rays;
high measurement accuracy and sensitivity of the device cannot be ensured, because, firstly, the strong temperature dependence of the parameters of the emitters and photodetectors is not taken into account, and secondly, the use of a beam splitter reduces the intensity of the radiation passing through the cuvent with the test gas, which leads to deterioration signal to noise ratio. Also, a two-channel solution to the signal processing unit circuit leads to a decrease in the accuracy of measuring gas concentration due to different errors in each channel.

В настоящее время актуальной задачей является обеспечение возможности оперативного контроля концентрации газа в полевых условиях, в местах аварий и утечек и т.д. Currently, the urgent task is to provide the possibility of operational monitoring of gas concentration in the field, in places of accidents and leaks, etc.

Технический результат, полученный при создании портативного газоанализатора - упрощение конструкции при одновременном повышение точности измерений в широком диапазоне температур, влажности и запыленности окружающей среды. The technical result obtained when creating a portable gas analyzer is to simplify the design while increasing the accuracy of measurements in a wide range of temperatures, humidity and dustiness of the environment.

Достижение результата обеспечивается за счет того, что оптический абсорбционный газоанализатор содержит первый источник электромагнитного излучения, включающего первую длину волны λ₁ из области поглощения и вторую длину волны λ₂ из области прозрачности анализируемого газа, расположенные по ходу его излучения газовую кювету с фокусирующим элементом, первый и второй фотоприемники, причем выход первого фотоприемника через первый усилитель соединен с первым входом блока обработки сигналов, выход второго фотоприемника через второй усилитель соединен соответственно со вторым входом блока обработки сигналов, включающего микроЭВМ, выход которой является выходом блока обработки сигналов и соединен с блоком регистрации. В газоанализатор дополнительно введен второй источник электромагнитного излучения, включающего первую длину волны λ₁ из области поглощения и вторую длину волны λ₂ из области прозрачности анализируемого газа, первый и второй оптические фильтры, пропускающие излучение с длиной волны λ₁ из области поглощения анализируемого газа, также третий и четвертый оптические фильтры, пропускающие излучение с длиной волны λ₂ из области прозрачности анализируемого газа. Причем второй источник электромагнитного излучения установлен вне газовой кюветы за фотоприемниками и оптически сопряжен с ними. Первый и второй фотоприемники выполнены с возможностью регистрации излучения при освещении их с двух противоположных сторон. Кроме того, с двух противоположных сторон первого фотоприемника по ходу излучения первого и второго источников электромагнитного излучения установлены первый и второй оптические фильтры, с двух противоположных сторон второго фотоприемника по ходу излучения первого и второго источников электромагнитного излучения установлены третий и четвертый оптические фильтры. Газовая кювета с фокусирующим элементом выполнена в виде полости, фокусирующим элементом которой является ее внутренняя поверхность со светоотражающим покрытием. Блок обработки сигналов дополнительно содержит последовательно соединенные коммутатор входных импульсов, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, кроме того дополнительно введена схема управления токами источников излучения. Причем, первый и второй входы коммутатора входных сигналов являются первым и вторым входными блока обработки сигналов соответственно, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входов микроЭВМ, первый управляющий выход которой соединен с управляющим входом импульсов, второй управляющий выход соединен с управляющим входом схемы управления токами источников излучения, другой вход которой соединен с выходом второго фотоприемника, первый и второй выходы схемы управления источников электромагнитного излучения соединены с первым и вторым источниками излучения соответственно.Achieving the result is ensured by the fact that the optical absorption gas analyzer contains a first source of electromagnetic radiation, including a first wavelength λ ₁ from the absorption region and a second wavelength λ ₂ from the transparency region of the analyzed gas, a gas cell with a focusing element located along its radiation, the first and a second photodetector, the output of the first photodetector through the first amplifier connected to the first input of the signal processing unit, the output of the second photodetector through the second amplifier The amplifier is connected respectively to the second input of the signal processing unit, including a microcomputer, the output of which is the output of the signal processing unit and connected to the registration unit. A second source of electromagnetic radiation is additionally introduced into the gas analyzer, including a first wavelength λ ₁ from the absorption region and a second wavelength λ ₂ from the transparency region of the analyzed gas, first and second optical filters transmitting radiation with a wavelength λ ₁ from the absorption region of the analyzed gas, also the third and fourth optical filters transmitting radiation with a wavelength of λ ₂ from the transparency region of the analyzed gas. Moreover, the second source of electromagnetic radiation is installed outside the gas cell behind the photodetectors and is optically coupled to them. The first and second photodetectors are configured to detect radiation when illuminated from two opposite sides. In addition, the first and second optical filters are installed on two opposite sides of the first photodetector along the radiation of the first and second electromagnetic radiation sources, and the third and fourth optical filters are installed on the two opposite sides of the second photodetector along the radiation of the first and second electromagnetic radiation sources. A gas cell with a focusing element is made in the form of a cavity, the focusing element of which is its inner surface with a reflective coating. The signal processing unit further comprises serially connected commutator of input pulses, an amplifier, an analog-to-digital converter, in addition, a control circuit for currents of radiation sources is additionally introduced. Moreover, the first and second inputs of the input signal switch are the first and second input signal processing units, respectively, the output of the analog-to-digital converter is connected to the inputs of the microcomputer, the first control output of which is connected to the control input of the pulses, the second control output is connected to the control input of the source current control circuit radiation, the other input of which is connected to the output of the second photodetector, the first and second outputs of the control circuit of electromagnetic radiation sources are connected from the first and second radiation sources, respectively.

В сравнении с ближайшим аналогом-прототипом предлагаемое изобретение характеризуется следующими отличительными признаками:
в газоанализатор дополнительно введен второй источник электромагнитного излучения, включающего первую длину волны λ₁ из области поглощения и вторую длину волны λ₂ из области прозрачности анализируемого газа;
дополнительно введены первый и второй оптические фильтры, пропускающие излучение с длиной волны λ₁ из области поглощения анализируемого газа;
дополнительно введены третий и четвертый оптические фильтры, пропускающие излучение с длиной волны λ₂ из области прозрачности анализируемого газа;
второй источник электромагнитного излучения установлен вне газовой кюветы за фотоприемниками;
вышеуказанный источник электромагнитного излучения оптически сопряжен с первым и вторым фотоприемниками;
первый и второй фотоприемниками выполнены с возможностью регистрации излучения при освещении их с двух противоположных сторон;
с двух противоположных сторон первого фотоприемника по ходу излучения первого и второго источников электромагнитного излучения установлены первый и второй оптические фильтры;
с двух противоположных сторон второго фотоприемника по ходу излучения первого и второго источников электромагнитного излучения установлены третий и четвертый оптические фильтры;
газовая кювета с фокусирующим элементом выполнена в виде полости, фокусирующим элементом которой является ее внутренняя поверхность со светоотражающим покрытием;
блок обработки сигналов дополнительно содержит:
коммутатор входных импульсов;
усилитель;
аналого-цифровой преобразователь;
схема управления токами источников электромагнитного излучения;
коммутатор входных импульсов, усилитель, аналого-цифровой преобразователь и микроЭВМ соединены последовательно;
первый и второй входы коммутатора входных импульсов являются первым и вторым входами блока обработки сигналов соответственно;
первый управляющий выход микроЭВМ соединен с управляющим входом коммутатора входных импульсов;
второй управляющий выход микроЭВМ соединен с управляющим входом схемы управления токами источников электромагнитных излучений;
второй вход схемы управления токами источников электромагнитных излучений соединен с выходом второго фотоприемника;
первый выход схемы управления токами источников электромагнитного излучения с первым источником электромагнитного излучения;
второй выход схемы управления токами электромагнитного излучения соединен со вторым источником электромагнитного излучения.In comparison with the closest analogue prototype of the present invention is characterized by the following distinctive features:
a second source of electromagnetic radiation is added to the gas analyzer, including a first wavelength λ ₁ from the absorption region and a second wavelength λ ₂ from the transparency region of the analyzed gas;
additionally introduced the first and second optical filters that transmit radiation with a wavelength of λ ₁ from the absorption region of the analyzed gas;
additionally introduced the third and fourth optical filters that transmit radiation with a wavelength of λ ₂ from the transparency region of the analyzed gas;
a second source of electromagnetic radiation is installed outside the gas cell behind the photodetectors;
the above electromagnetic radiation source is optically coupled to the first and second photodetectors;
the first and second photodetectors are configured to detect radiation when illuminated from two opposite sides;
from two opposite sides of the first photodetector along the radiation of the first and second sources of electromagnetic radiation, the first and second optical filters are installed;
from two opposite sides of the second photodetector along the radiation of the first and second sources of electromagnetic radiation installed third and fourth optical filters;
a gas cell with a focusing element is made in the form of a cavity, the focusing element of which is its inner surface with a reflective coating;
the signal processing unit further comprises:
input pulse switch;
amplifier;
analog-to-digital converter;
current control circuit of electromagnetic radiation sources;
input pulse commutator, amplifier, analog-to-digital converter and microcomputer are connected in series;
the first and second inputs of the input pulse switch are the first and second inputs of the signal processing unit, respectively;
the first control output of the microcomputer is connected to the control input of the input pulse commutator;
the second control output of the microcomputer is connected to the control input of the current control circuit of electromagnetic radiation sources;
the second input of the current control circuit of electromagnetic radiation sources is connected to the output of the second photodetector;
the first output of the current control circuit of electromagnetic radiation sources with a first electromagnetic radiation source;
the second output of the electromagnetic radiation current control circuit is connected to a second electromagnetic radiation source.

Введение вышеперечисленных отличительных признаков в совокупности с известными признаками позволяет устранить недостатки, присущие известным оптическим газоанализаторам, принцип действия которых основан на избирательном поглощения инфракрасного излучения молекулами газов. The introduction of the above distinguishing features in combination with the known features allows to eliminate the disadvantages inherent in the known optical gas analyzers, the principle of which is based on the selective absorption of infrared radiation by gas molecules.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого оптического абсорбционного газоанализатора; на фиг. 2 - блок-схема реализованного оптического преобразователя газоанализатора. In FIG. 1 shows a functional diagram of the proposed optical absorption gas analyzer; in FIG. 2 is a block diagram of an implemented optical converter of a gas analyzer.

Газоанализатор, согласно фиг. 1, содержит первый измерительный источник 1 электромагнитного излучения, расположенные по ходу излучения кювету 2, первый и третий оптические фильтры 3 и 4, расположенные соответственно перед измерительным и опорным фотоприемниками 5 и 6, второй - эталонный источник 7 электромагнитного излучения установлен вне газовой кюветы 2 с противоположной стороны фотоприемников 5 и 6 со вторым и четвертым оптическими фильтрами 8 и 9 соответственно и оптически с ними сопряжен, блок 10 обработки сигналов, первый вход которого соединен через первый разделительный усилитель 11 с выходом измерительного фотоприемника 5, а второй вход соединен через разделительный усилитель 12 с выходом опорного фотоприемника 6, содержит последовательно соединенные коммутатор 13 входных импульсов, усилитель 14, аналого-цифровой преобразователь 15 и микроЭВМ 16, выход которой соединен с блоком 17 регистрации, первый управляющий выход микроЭВМ 16 соединен с управляющим входом коммутатора 13, первый и второй входы которого являются первым и вторым входами блока 10 обработки сигналов соответственно, второй управляющий выход микроЭВМ 16 соединен с управляющим входом схемы 18 управления токами источников электромагнитного излучения, второй вход которой соединен с выходом опорного фотоприемника 6, и одновременно с опорным резистором 19, второй вывод которого соединен с общим проводом прибора, первый и второй выходы схемы 18 управления подключены к источникам 1 и 7 электромагнитного излучения соответственно. Кроме того, последовательно с измерительным фотоприемником 5 соединено сопротивлением 20 нагрузки, второй вывод которого соединен с общим проводом, к коммутатору 13 подключен датчик 21 контроля температуры. The gas analyzer according to FIG. 1, contains the first measuring source 1 of electromagnetic radiation located along the radiation of the cuvette 2, the first and third optical filters 3 and 4, located respectively in front of the measuring and reference photodetectors 5 and 6, the second - the reference source of electromagnetic radiation 7 is installed outside the gas cell 2 s the opposite side of the photodetectors 5 and 6 with the second and fourth optical filters 8 and 9, respectively, and optically coupled to them, a signal processing unit 10, the first input of which is connected through the first the amplifier 11 with the output of the measuring photodetector 5, and the second input is connected through a separation amplifier 12 with the output of the reference photodetector 6, contains serially connected commutator 13 of the input pulses, amplifier 14, analog-to-digital converter 15 and microcomputer 16, the output of which is connected to the recording unit 17 , the first control output of the microcomputer 16 is connected to the control input of the switch 13, the first and second inputs of which are the first and second inputs of the signal processing unit 10, respectively, the second control output d microcomputer 16 is connected to the control input of the circuit 18 for controlling the current of electromagnetic radiation sources, the second input of which is connected to the output of the reference photodetector 6, and simultaneously with the reference resistor 19, the second output of which is connected to the common wire of the device, the first and second outputs of the control circuit 18 are connected to sources 1 and 7 of electromagnetic radiation, respectively. In addition, a load resistance 20 is connected in series with the measuring photodetector 5, the second terminal of which is connected to a common wire, a temperature control sensor 21 is connected to the switch 13.

Кроме того, в газоанализаторе, согласно фиг. 2, газовая кювета 2 выполнена в виде полости, например в форме цилиндра, фокусирующим элементом которой является ее внутренняя поверхность со светоотражающим покрытием, на входном и выходном торцах кюветы 2 установлены оптические окна 22 и 23 соответственно, на наружной поверхности полости кюветы 2 установлены штуцер 24 для ввода газовой смеси и штуцер 25 для вывода газовой смеси. In addition, in the gas analyzer according to FIG. 2, the gas cuvette 2 is made in the form of a cavity, for example in the form of a cylinder, the focusing element of which is its inner surface with a reflective coating, optical windows 22 and 23 are installed at the inlet and outlet ends of the cuvette 2, respectively, a fitting 24 is installed on the outer surface of the cavity of the cuvette 2 for introducing a gas mixture and a fitting 25 for discharging a gas mixture.

Измерительный источник 1 электромагнитного излучения установлен непосредственно перед оптическим окном 21 кюветы 2, за оптическим окном 22 которой установлены оптически с ней сопряженные фотоприемники 5 и 6 с соответствующими им оптическими фильтрами 3,8 и 4,9, которые, в свою очередь оптически сопряжены с эталонным источником 7 электромагнитного излучения, установленным вне газовой кюветы 2 с противоположной стороны от фотоприемников 5 и 6 с фильтрами 8, 9. A measuring source of electromagnetic radiation 1 is installed directly in front of the optical window 21 of the cell 2, behind the optical window 22 of which there are optically coupled photodetectors 5 and 6 with their corresponding optical filters 3.8 and 4.9, which, in turn, are optically coupled to the reference source 7 of electromagnetic radiation mounted outside the gas cell 2 on the opposite side of the photodetectors 5 and 6 with filters 8, 9.

Измерительный источник 1 электромагнитного излучения предназначен для формирования на фотоприемниках 5 и 6 электрических сигналов, содержащих информацию о концентрации анализируемого газа в кювете 2. The measuring source 1 of electromagnetic radiation is intended for the formation on the photodetectors 5 and 6 of electrical signals containing information about the concentration of the analyzed gas in the cell 2.

Газовая кювета 2 с принадлежащими ей оптическими окнами 22 и 23 и штуцерами 24 и 25 обеспечивает прохождение излучения через газовую кювету и фокусирование его на фотоприемниках;
Фотоприемник 5 с фильтрами 3 и 8 и фотоприемник 6 с фильтрами 4 и 9 преобразуют излучение в электрические сигналы, пропорциональные соответственно интенсивностям излучения с длинами волны λ₁ и λ₂. .Gas cuvette 2 with its optical windows 22 and 23 and fittings 24 and 25 ensures the passage of radiation through the gas cuvette and focusing it on photodetectors;
A photodetector 5 with filters 3 and 8 and a photodetector 6 with filters 4 and 9 convert the radiation into electrical signals proportional to the radiation intensities with wavelengths λ ₁ and λ ₂ , respectively. .

Эталонный источник 7 электромагнитного излучения предназначен для учета влияния дестабилизирующих факторов, например, температура, пыль, влажность и т.д., влияющих на параметры фотоприемников. The reference source 7 of electromagnetic radiation is designed to take into account the influence of destabilizing factors, for example, temperature, dust, humidity, etc., affecting the parameters of the photodetectors.

Разделительные усилители 11 и 12 выравнивают амплитуду импульсов на входе коммутатора 13 входных импульсов, а также обеспечивают развязку по постоянному напряжению выхода фотоприемников 5 и 6 и входа коммутатора 13. Separating amplifiers 11 and 12 equalize the amplitude of the pulses at the input of the switch 13 of the input pulses, and also provide isolation from the DC voltage of the output of the photodetectors 5 and 6 and the input of the switch 13.

Блок 10 обработки сигналов обеспечивает преобразование аналогового сигнала в цифровой, и далее преобразование его и вычисление концентрации измеряемого газа. The signal processing unit 10 converts the analog signal to digital, and then converts it and calculates the concentration of the measured gas.

Устройство 17 регистрации обеспечивает вывод величины концентрации на табло прибора. The device 17 registration provides the output value of the concentration on the scoreboard of the device.

Коммутатор 13 входных импульсов предназначен для поочередного подключения блока 10 обработки сигналов с выходами фотоприемников 5 и 6. The switch 13 of the input pulses is designed to alternately connect the block 10 signal processing with the outputs of the photodetectors 5 and 6.

Усилитель 14 обеспечивает усиление полученного импульсного сигнала до уровня, обеспечивающего наилучшее использование параметров аналого-цифрового преобразователя 15. The amplifier 14 provides amplification of the received pulse signal to a level that ensures the best use of the parameters of the analog-to-digital Converter 15.

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 15 позволяет измерить напряжение с высокой точностью. The integrating analog-to-digital Converter 15 allows you to measure voltage with high accuracy.

Управляющая ЭВМ 16 предназначена для управления коммутатором 13 входных импульсов, а также источниками 1 и 7 излучения через схему 18 управления, кроме того, ЭВМ 16 осуществляет преобразование поступающих сигналов в соотношение, предварительно заложенное в ПЗУ ЭВМ 16, вычисление его и определение величины концентрации газа. The control computer 16 is designed to control the switch 13 of the input pulses, as well as radiation sources 1 and 7, through the control circuit 18, in addition, the computer 16 converts the incoming signals into a ratio previously stored in the ROM of the computer 16, calculates it and determines the gas concentration.

Блок 17 регистрации обеспечивает вывод значения концентрации на индикаторе табло. Block 17 registration provides the output value of the concentration on the indicator board.

Схема 18 управления токами источников излучения обеспечивает получение на входе измерительного и эталонного источников 1 и 7 излучения импульс тока заданной длительности и величину тока, определяемого напряжением, снимаемым с опорного резистора 19 в промежутке времени между импульсами. The radiation source current control circuit 18 provides a current pulse of a given duration and a current value determined by the voltage removed from the reference resistor 19 in the interval between pulses at the input of the measuring and reference radiation sources 1 and 7.

Сопротивление 20 нагрузки обеспечивает типовое включение измерительного фотоприемника 5. The load resistance 20 provides a typical inclusion of the measuring photodetector 5.

Датчик 21 контроля температуры предназначен для коррекции рассчитанной концентрации газа, обусловленной температурной зависимостью параметров источников излучения (сдвиг спектра) и фотоприемников (чувствительность). The temperature control sensor 21 is designed to correct the calculated gas concentration due to the temperature dependence of the parameters of the radiation sources (spectrum shift) and photodetectors (sensitivity).

Газоанализатор работает следующим образом. The gas analyzer operates as follows.

От микроЭВМ 16 на схему 18 управления токами источников излучения поступает управляющий сигнал, определяющий параметры импульсов тока, поступающих поочередно с выхода схемы 18 управления на вход измерительного источника 1 излучения и на вход эталонного источника 7 излучения. Данные импульсы тока преобразуются в импульсы излучения, содержащего длины волн λ₁ и λ₂ из области поглощения и из области прозрачности анализируемого газа соответственно. Оба фотоприемника 5 и 6 освещаются либо измерительным источником 1 излучения (через кювету 2), либо эталонным источником 7 излучения (с обратной стороны) и преобразуют световые импульсы в измерительный и опорный электрические импульсные сигналы соответственно. Причем световой импульс от эталонного источника 7 излучения преобразуется в фотоприемниках 5 и 6 в электрические импульсы с напряжением U_1э и U_2э соответственно. Аналогично, световой импульс от измерительного источника 1 излучения преобразуется в фотоприемниках 5 и 6 электрические импульсы с напряжением U_3и и U_4и соответственно. Амплитуда импульсов пропорциональна интенсивности света, падающего на фотоприемник.From the microcomputer 16, a control signal is supplied to the radiation source current control circuit 18, which determines the parameters of the current pulses that are supplied alternately from the output of the control circuit 18 to the input of the measuring radiation source 1 and to the input of the reference radiation source 7. These current pulses are converted into radiation pulses containing wavelengths λ ₁ and λ ₂ from the absorption region and from the transparency region of the analyzed gas, respectively. Both photodetectors 5 and 6 are illuminated either by a measuring radiation source 1 (through a cuvette 2) or by a reference radiation source 7 (on the back side) and converting light pulses into measuring and reference electric pulse signals, respectively. Moreover, the light pulse from the reference radiation source 7 is converted in the photodetectors 5 and 6 into electrical pulses with a voltage of U _1e and U _2e, respectively. Similarly, the light pulse from the measuring radiation source 1 is converted into photodetectors 5 and 6 by electrical pulses with a voltage of U _3i and U _4i, respectively. The amplitude of the pulses is proportional to the intensity of the light incident on the photodetector.

В зависимости от сигнала, поступающего от микроЭВМ 16 на управляющий вход коммутатора 13 входных импульсов, измерительные и опорные электрические импульсы с выхода фотоприемников через соответствующие разделительные усилители 11 и 12 поочередно поступают на вход коммутатора 13 входных импульсов и далее с выхода коммутатора 13 через усилитель 14 на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 15, в котором преобразуется в цифровой код. Таким образом, на вход микроЭВМ 16 поступает последовательность цифровых кодов, соответствующих значениям аналогового импульсного сигнала, поступающего с выхода фотоприемников 5 и 6. В микроЭВМ 16 с помощью предварительно введенного в память соотношения осуществляется его преобразование, вычисление и определение концентрации газа N, значение величины которой выводится на устройство 17 регистрации. С целью исключения влияния неконтролируемых изменений параметров газоанализатора на измерение соотношение представлено в виде:

где U_1э - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 11, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны λ₁ от эталонного источника 7 излучения, попадающего на измерительный фотоприемник 5.Depending on the signal from the microcomputer 16 to the control input of the switch 13 input pulses, the measuring and reference electrical pulses from the output of the photodetectors through the respective isolation amplifiers 11 and 12 are alternately fed to the input of the switch 13 input pulses and then from the output of the switch 13 through the amplifier 14 to the input of an analog-to-digital converter (ADC) 15, in which it is converted to a digital code. Thus, the input of the microcomputer 16 receives a sequence of digital codes corresponding to the values of the analog pulse signal from the output of the

photodetectors

5 and 6. In the microcomputer 16, using the ratio previously entered into the memory, it is converted, the gas concentration N is calculated and determined, the value of which output to the registration device 17. In order to exclude the influence of uncontrolled changes in the parameters of the gas analyzer on the measurement, the ratio is presented in the form:

where U _1e is the electrical signal at the output of the separation amplifier 11, proportional to the radiation intensity with a wavelength of λ ₁ from a reference radiation source 7 falling onto the measuring photodetector 5.

U_2э - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 12, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны λ₂ от эталонного источника 7 излучения, попадающего на опорный фотоприемник 6.U _2e is an electrical signal at the output of the separation amplifier 12, proportional to the radiation intensity with a wavelength of λ ₂ from a reference radiation source 7 falling onto the reference photodetector 6.

U_3и - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 11, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны λ₁ от измерительного источника 1 излучения, попадающего на измерительный фотоприемник 5.U _3i - an electrical signal at the output of the separation amplifier 11, proportional to the radiation intensity with a wavelength of λ ₁ from the measuring source 1 of radiation falling on the measuring photodetector 5.

U_4и - электрический сигнал на выходе разделительного усилителя 12, пропорциональный интенсивности излучения с длиной волны λ₂ от измерительного источника 1 излучения, попадающего на опорный фотоприемник 6.U _4i is an electrical signal at the output of the separation amplifier 12, proportional to the radiation intensity with a wavelength of λ ₂ from the measuring radiation source 1 falling on the reference photodetector 6.

Оптически и электрически прибор настраивается таким образом, что в отсутствии контролируемого газа амплитуды всех четырех импульсов равны, т.е. d=1. В случае возможного изменения интенсивности одного или обоих источников электромагнитного излучения вследствие измерения, например, питания, температуры, запыленности, влажности, деградации со временем и т.д., оба сигнала (измерительный и опорный) от нестабильно работающего излучателя изменятся пропорционально, а их отношение, входящее в (I), сохранится. Аналогично, в случае изменения чувствительности одного из фотоприемников по причинам, указанным выше, пропорционально изменятся амплитуды импульсов, получаемых в результате преобразования в фотоприемнике световых импульсов от обоих источников излучения, и их отношение, входящее в (I) также сохранится. Для учета изменений интенсивности источников или чувствительности фотоприемников на опорном резисторе 19 через обратную связь, введенную через схему 18 управления, поддерживается постоянное падение напряжения и, таким образом, полезный импульсный сигнал также будет постоянной величиной. Optically and electrically, the device is tuned in such a way that in the absence of a controlled gas, the amplitudes of all four pulses are equal, i.e. d = 1. In the event of a possible change in the intensity of one or both sources of electromagnetic radiation due to measurement, for example, of power, temperature, dust, humidity, degradation with time, etc., both signals (measuring and reference) from an unstably operating emitter will change proportionally, and their ratio entering in (I) is saved. Similarly, if the sensitivity of one of the photodetectors changes for the reasons mentioned above, the amplitudes of the pulses resulting from the conversion of light pulses from both radiation sources in the photodetector will proportionally change, and their ratio included in (I) will also be preserved. To account for changes in the intensity of the sources or the sensitivity of the photodetectors on the reference resistor 19, a constant voltage drop is maintained through the feedback input through the control circuit 18, and thus, the useful pulse signal will also be a constant value.

При заполнении кюветы 2 контролируемым газом из величин, входящих в правую часть соотношения (I), изменится (уменьшится) только U_3и из-за поглощения излучения газом. Соответственно, уменьшится и d.When the cell 2 is filled with controlled gas from the values included in the right-hand side of relation (I), only U ₃ will change (decrease) due to absorption of radiation by the gas. Accordingly, d will decrease.

По нескольким проверочным газовым смесям с паспортизованными концентрациями N1...Ni контролируемого газа строится градуировочная кривая соответствия величин d и N и вводится предварительно в память микроЭВМ 16. При измерении неизвестной концентрации газа микроЭВМ 16 вычисляет d и по нему с помощью градуировочной кривой определяет концентрацию газа N. Using several test gas mixtures with certified concentrations of N1 ... Ni of the gas being monitored, a calibration curve for the values of d and N is constructed and previously entered into the memory of the microcomputer 16. When measuring the unknown gas concentration, the microcomputer 16 calculates d and determines the gas concentration using the calibration curve N.

Предлагаемый газоанализатор реализован в РНИИ "Электронстандарт". The proposed gas analyzer is implemented in the RNII "Electronstandart".

Все элементы конструкции прибора размещены в электропроводящем корпусе с сопротивлением не менее 10⁹ Ом и изготовленном из алюминиевого сплава или пластмассы.All structural elements of the device are placed in an electrically conductive housing with a resistance of at least 10 ⁹ Ohms and made of aluminum alloy or plastic.

В качестве газовой кюветы 2 использована алюминиевая трубка с полированной внутренней поверхностью длиной 70 мм и внутренним диаметром 6 мм с установленным на ней входным и выходным штуцерами 24 и 25, оптическими окнами 22 и 23 на входном и выходном торцах трубки (см. черт. 2). As a gas cuvette 2, an aluminum tube was used with a polished inner surface 70 mm long and an inner diameter of 6 mm with inlet and outlet fittings 24 and 25 mounted on it, optical windows 22 and 23 at the inlet and outlet ends of the tube (see Fig. 2) .

Излучатели 1 и 7 и фотоприемники 5 и 6 с принадлежащими им оптическими фильтрами 3 и 8 и 4 и 9 изготавливаются комплектно фирмой ИКО, г. Санкт-Петербург. Например, для газоанализатора, измеряющего концентрацию углекислого газа изготовлен комплект ФРМ1-4339, включающий в себя два одинаковых светодиода, излучающих в диапазоне 3,7-4,4 мкм, и модуль, содержащий два фотоприемника и две пары оптических фильтров. Освещение каждого фотоприемника возможно с двух противоположных торцов модуля. В качестве фотоприемников использованы фоторезисторы. Одна пара оптических фильтров пропускает излучение с длиной волны λ = 4,3 мкм, поглощаемое углекислым газом, вторая пара оптических фильтров пропускает излучение с длиной волны λ = 3,9 мкм, для которого углекислый газ прозрачен. Эталонный излучатель установлен вплотную к модулю фотоприемника для минимизации влияния анализируемого газа, содержащегося в атмосфере, на интенсивность эталонного излучения. Emitters 1 and 7 and photodetectors 5 and 6 with their optical filters 3 and 8 and 4 and 9 are manufactured completely by IKO, St. Petersburg. For example, for the gas analyzer measuring the concentration of carbon dioxide, the FRM1-4339 kit was made, which includes two identical LEDs emitting in the range of 3.7-4.4 microns, and a module containing two photodetectors and two pairs of optical filters. Lighting of each photodetector is possible from two opposite ends of the module. Photodetectors are used as photodetectors. One pair of optical filters transmits radiation with a wavelength of λ = 4.3 μm absorbed by carbon dioxide, the second pair of optical filters transmits radiation with a wavelength of λ = 3.9 μm, for which carbon dioxide is transparent. The reference emitter is mounted close to the photodetector module to minimize the influence of the analyzed gas contained in the atmosphere on the intensity of the reference radiation.

Таким образом, при включении прибора излучение, например, измерительного светодиода фокусируется на фоторезисторы 5 и 6, регистрирующие, благодаря наличию оптических фильтров 3 и 4, интенсивность излучения с длиной волны, соответственно 4,3 мкм (рабочий канал) и 3,9 мкм (опорный канал). На измерительный и опорный фоторезисторы 5 и 6 подают стабилизированное напряжение +U_пит.. Последовательно включенное с измерительным фоторезистором 5 сопротивление 20 нагрузки и последовательно включенный с опорным фоторезистором 6 опорный резистор 19 выполнены на резисторах марки С2-29. Напряжение с вышеуказанных сопротивлений 20 и 19 через соответствующие разделительные усилители 11 и 12, выполненные на малошумящих операционных усилителях типа К544УД5, попадают на первый и второй входы коммутатора 13, управляемого от микроЭВМ 16. Коммутатор 13 выполнен на основе КМОП коммутатора 561КТ2, с выхода которого импульсы напряжения попеременно либо от измерительного, либо опорного фоторезисторов попадают на вход усилителя 14, выполненного на основе малошумящего операционного усилителя К544УД5. Кроме того, с опорного резистора 19 опорного фоторезистора 6 постоянное напряжение подается на схему 18 управления токами светодиодов, выполненную на основе операционного усилителя 140УД1208. При уменьшении температуры окружающей среды постоянное напряжение на опорном резисторе 19 и сопротивлении нагрузки 20 уменьшается из-за увеличения темнового сопротивления фоторезисторов. Это напряжение с опорного резистора 19 подается на инвертирующий вход схемы управления 18 токов светодиодов. Так как зависимость чувствительности фоторезисторов и их темновое сопротивление имеют близкую температурную зависимость, то формируется петля обратной связи, поддерживающей величину импульсов напряжений постоянной независимо от внешних условий.Thus, when the device is turned on, the radiation, for example, of the measuring LED is focused on photoresistors 5 and 6, which, due to the presence of optical filters 3 and 4, detect radiation intensity with a wavelength of 4.3 μm (working channel) and 3.9 μm, respectively ( reference channel). On the measuring and reference photoresistors 5 and 6 serves a stabilized voltage + U _pit. . The load resistance 20 connected in series with the measuring photoresistor 5 and the reference resistor 19 connected in series with the reference photoresistor 6 are made on resistors of the C2-29 brand. The voltage from the above resistances 20 and 19 through the corresponding isolation amplifiers 11 and 12, made on low-noise operational amplifiers of the type K544UD5, goes to the first and second inputs of the switch 13, controlled by the microcomputer 16. The switch 13 is made on the basis of CMOS switch 561KT2, the output of which pulses The voltages alternately either from the measuring or reference photoresistors reach the input of the amplifier 14, made on the basis of the low-noise operational amplifier K544UD5. In addition, from the reference resistor 19 of the reference photoresistor 6, a constant voltage is supplied to the LED current control circuit 18, based on the operational amplifier 140UD1208. With decreasing ambient temperature, the constant voltage at the reference resistor 19 and the load resistance 20 decreases due to an increase in the dark resistance of the photoresistors. This voltage from the reference resistor 19 is supplied to the inverting input of the control circuit 18 of the LED currents. Since the dependence of the sensitivity of the photoresistors and their dark resistance have a close temperature dependence, a feedback loop is formed that maintains a constant voltage pulse value regardless of external conditions.

Длительность импульса тока (примерно 80 мкс) и светодиод - эталонный или измерительный, через который идет ток, определяется рабочей программой, занесенной в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), выполненное на основе интегральной микросхемы К573РФ5 или аналогичной и входящей в состав микроЭВМ 16. Величина протекающего тока через светодиоды 1 и 7 задается предварительной настройкой схемы управления 18 токами светодиодов и постоянным напряжением, снимаемым с нагрузки фоторезистора. Величина тока через светодиод при комнатной температуре устанавливается около 1 А. Усиленные импульсы с выхода усилителя (в качестве датчика температуры использовано термосопротивление ТР-1), затем поступают на интегрирующий аналого-цифровой преобразователь 15, выполненный с использованием операционных усилителей К140УД1208 и КР544УД5А (компаратор). Управляющая микроЭВМ 16, выполненная на основе процессора 1830ВЕ31 обрабатывает выходное напряжение компаратора, запоминает число отсчетов, соответствующее каждому из импульсов и производит расчет концентрации по формуле (1), приведенной выше:

.The duration of the current pulse (approximately 80 μs) and the LED - the reference or measuring, through which the current flows, is determined by the work program entered in the permanent storage device (ROM), made on the basis of the integrated circuit K573RF5 or similar and included in the microcomputer 16. The value of the flowing the current through the LEDs 1 and 7 is set by pre-setting the control circuit 18 LED currents and a constant voltage, removed from the load of the photoresistor. The current through the LED at room temperature is set to about 1 A. Amplified pulses from the output of the amplifier (the thermistor TP-1 was used as a temperature sensor), then fed to an integrating analog-to-digital converter 15 made using operational amplifiers K140UD1208 and KR544UD5A (comparator) . The control microcomputer 16, based on the 1830BE31 processor, processes the output voltage of the comparator, remembers the number of samples corresponding to each of the pulses and calculates the concentration according to formula (1) above:

.

Алгоритм работы прибора следующий:
инициализация прибора;
определяется температура окружающей среды путем подачи напряжения с термодатчика на АЦП, его измерение и определение по таблице предварительно "защитой" в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) ЭВМ;
работает источник измерительного излучения, выход измерительного фотоприемника через коммутатор присоединен к усилителю, на АЦП производится измерение импульса U_3и;
то же, но через коммутатор на АЦП подается импульс с выхода опорного фотоприемника U_4и;
работает эталонный источник излучения, выход измерительного фотоприемника через коммутатор присоединен к усилителю, на АЦП производится измерение импульса U_1э;
то же, но через коммутатор на АЦП подается импульс с выхода опорного фотоприемника U_2э;
измерение проводится N раз, после чего значения усредняются и производится расчет величины d;
производится сравнение измеренной величины с табличными данными, хранящимися в ПЗУ, измеренная величина корректируется с учетом температуры и определяется искомая концентрация, которая выводится на устройство регистрации 17, выполненный на основе жидкокристаллического индикатора ИЖЦ 18-4/7.The algorithm of the device is as follows:
instrument initialization;
the ambient temperature is determined by applying voltage from the temperature sensor to the ADC, its measurement and determination according to the table previously to the "protection" in the ROM (read-only memory) of the computer;
the source of the measuring radiation is working, the output of the measuring photodetector through the switch is connected to the amplifier, the pulse is measured at the ADC by U _3i ;
the same, but through the switch to the ADC, a pulse is supplied from the output of the reference photodetector U _4i ;
a reference radiation source is operating, the output of the measuring photodetector through a switch is connected to an amplifier, the pulse is measured at the ADC by U _1e ;
the same, but through the switch to the ADC, a pulse is supplied from the output of the reference photodetector U _2e ;
the measurement is carried out N times, after which the values are averaged and the value of d is calculated;
the measured value is compared with the tabular data stored in the ROM, the measured value is adjusted according to the temperature and the desired concentration is determined, which is displayed on the recording device 17, made on the basis of the LCI 18-4 / 7 liquid crystal indicator.

Таким образом, предлагаемый газоанализатор обеспечивает высокую точность измерений и чувствительность прибора в широком диапазоне рабочих температур, влажности и запыленности, за счет исключения зависимости измерений от температуры, влажности и запыленности, а также за счет выполнения блока обработки сигналов одноканальными, что значительно уменьшает погрешность электронной части прибора. Одновременно достигнуто значительное упрощение конструкции и надежность в эксплуатации, что позволяет использовать данный газоанализатор в полевых условиях. При измерении концентрации CO₂ за 10 об. % в диапазоне температур -10. ..+35^o обеспечивается точность +5% от измеряемой концентрации.Thus, the proposed gas analyzer provides high measurement accuracy and sensitivity of the device in a wide range of operating temperatures, humidity and dust, by eliminating the dependence of measurements on temperature, humidity and dust, and also by performing a signal processing unit single-channel, which significantly reduces the error of the electronic part device. At the same time, a significant simplification of the design and reliability in operation was achieved, which allows the use of this gas analyzer in the field. When measuring the concentration of CO ₂ for 10 vol. % in the temperature range -10. .. + 35 ^o provides accuracy + 5% of the measured concentration.

Claims

An optical absorption gas analyzer containing an electromagnetic radiation source with a first wavelength λ ₁ from the absorption region and a second wave λ ₂ from the transparency region of the analyzed gas, a gas cell with a focusing element, first and second photodetectors located along the radiation path, the first photodetector output through the first amplifier is connected to the first input of the signal processing unit, the output of the second photodetector through the second amplifier is connected respectively to the second input of the signal processing unit, yuchayuschego microcomputer, the output of which is the output of the signal processing unit and is connected to the recording unit, characterized in that the gas analyzer further introduced a second source of electromagnetic radiation of a first wavelength λ ₁ of the absorption region and the second wavelength λ ₂ of the transparent region of the sample gas, the first and a second optical filter that transmits light having a wavelength λ ₁ of the absorption of the sample gas, the third and fourth optical filters, transmitting radiation with wavelength λ ₂ pro of the analyzed gas, the second source of electromagnetic radiation mounted outside the gas cell behind the photodetectors and optically paired with them, both photodetectors are designed to detect radiation when illuminated from two opposite sides, in addition, from two opposite sides of the first photodetector along the radiation of the first and of the second sources of electromagnetic radiation, the first and second optical filters are installed, on two opposite sides of the second photodetector along the first and the second sources of electromagnetic radiation, the third and fourth optical filters are installed, the gas cell is made in the form of a cavity, the focusing element of which is its inner surface with a reflective coating, the signal processing unit further comprises serially connected input pulse commutator, amplifier, analog-to-digital converter, and additionally introduced a current control circuit for electromagnetic radiation sources, the first and second inputs of the input importer LSS are the first and second inputs of the signal processing unit, respectively, the output of the analog-to-digital converter is connected to the input of the microcomputer, the first control output of which is connected to the control input of the input pulse commutator, and the second control output is connected to the control input of the current-control circuit of electromagnetic radiation sources, another input which is connected to the output of the second photodetector, the first and second outputs of the current source control circuit of the radiation sources are connected to the first and second sources of radiation teachings respectively.