DD159367A1

DD159367A1 - MODULATION DEVICE IN A NON DISPERSIVE ANALYSIS DEVICE

Info

Publication number: DD159367A1
Application number: DD22737381A
Authority: DD
Inventors: Heinz Gatzmanga; Norbert Gaertner; Grigori Lebedko; Wladimir Akimow
Original assignee: Heinz Gatzmanga; Norbert Gaertner; Grigori Lebedko; Wladimir Akimow
Priority date: 1981-02-02
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1983-03-02
Also published as: DD159367B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Modulationseinrichtung in einem nichtdispersiven Analysengeraet mit Festkoerperdetektor, welches zur Messung eines gasfoermigen oder fluessigen Bestandteils in einem Gasgemisch, auf Grundlage der Absorption infraroter Strahlung dient. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Analysator mit Festkoerperdetektor zu schaffen, bei dem mit Hilfe einer Modulationseinrichtung eine Differenzbildung von Mess- und Vergleichssignal bereits im optischen Teil des Analysators erfolgt. Das Wesen der Erfindung wird darin gesehen, dass die Modulationseinrichtung so gestaltet wird, dass die Summe der von Mess- und Vergleichsstrahlengang freigegebene Flaeche zu jedem Zeitpunkt konstant ist. Das vorgeschlagene nichtdispersive Analysengeraet dient der kontinuierlichen Analyse, vornehmlich in der betrieblichen und Prozessmesstechnik.The invention relates to a modulation device in a non-dispersive analyzer with Festkoerperdetektor, which is used to measure a Gasefoermigen or liquid component in a gas mixture, based on the absorption of infrared radiation. The object of the invention is to provide an analyzer with a solid-state detector in which, with the aid of a modulation device, a difference of measuring and comparison signal already takes place in the optical part of the analyzer. The essence of the invention is seen in the fact that the modulation device is designed such that the sum of the area released by the measuring beam and the reference beam path is constant at all times. The proposed non-dispersive analysis device is used for continuous analysis, primarily in the field of process and process measurement.

Description

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Modulati onseinrichtung in einem nichtdispersiven Analysengerät ,Modulating device in a non-dispersive analysis device ,

Anwendungsgebiet .der,ErfindungField of application .der, invention

Die Erfindung betrifft eine Modulationseinrichtung in einem nichtdispersiven Analysengerät, welches zur Messung eines gasförmigen oder flüssigen Bestandteils in einem Gemisch auf Grundlage der Absorption infraroter Strahlung dient.The invention relates to a modulation device in a non-dispersive analyzer, which serves to measure a gaseous or liquid component in a mixture based on the absorption of infrared radiation.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Für die Messung eines gasförmigen oder flüssigen Bestandteils in einem Gemisch auf Grundlage der Absorption infraroter Strahlung ist eine Reihe von nichtdispersiven Analysengeräten bekannt« Die meisten von ihnen arbeiten mit gasgefüllten Strahlungsempfängern, in denen die Infrarotstrahlung durch ein fest eingeschlossenes Volumen der zu messenden Komponente des Gemisches durch einen Membrankondensator oder einen Strömungsfühler nachgewiesen wird (DE-AS 23 25 502 und DE - AS 17 73 177).For the measurement of a gaseous or liquid constituent in a mixture based on the absorption of infrared radiation, a number of non-dispersive analyzers are known. Most of them work with gas-filled radiation receivers in which the infrared radiation passes through a tightly enclosed volume of the component of the mixture to be measured a membrane capacitor or a flow sensor is detected (DE-AS 23 25 502 and DE - AS 17 73 177).

Die damit verbundene Forderung nach Konstanz der Empfängergaszusammensetzung, das heißt nach absoluter Dichtheit der Strahlungsempfänger, läßt sich technologisch nur unvollkommen und mit hohem Aufwand verwirklichen· Deshalb sind in letzter Zeit Geräte bekannt geworden, die mit breitbandigen Festkö'rperdetektoren und optischen Filtern zur Sensibilisierung der zu messenden Komponente arbeiten (DD -PS 110 562). Bei diesen Geräten werden Meß- und Vergleichsfilter wechselseitig in den Strahlengang eingebracht und die entstehenden Signale getrennt v/eiterverarbeitet und durch Rechenschaltungen das der Konzentration des gesuchten Bestandteils proportionale Ausgangssignal gewonnene Die Weiterverarbeitung großer Signale setzt voraus, daß die Amplitude und Phase dieser Signale besonders stabil sein muß, was insbesondere in Spurenbereichen schwer erreichbar ist_e Weiterhin sind gleichlichtmoduiierte Verfahren bekannt, bei denen Meß- und Vergleichsstrahlengang gleichzeitig freigegeben werden, hierbei fallen wieder große Signale an, was zu oben genannten Schwierigkeiten führt»The associated requirement for consistency of the receiver gas composition, that is, after absolute tightness of the radiation receiver, can be realized technologically only imperfectly and with great effort. Therefore, devices have recently become known that with broadband solid state detectors and optical filters to sensitize the working measuring component (DD -PS 110 562). In these devices, measuring and comparison filters are alternately introduced into the beam path and the resulting signals v / Eiterverarbeitet processed by computer circuits and the concentration of the desired component proportional output signal obtained further processing large signals requires that the amplitude and phase of these signals are particularly stable must, which is difficult to achieve, especially in trace areas _e Furthermore, gleichlichtmoduiierte methods are known in which measuring and comparison beam path are released simultaneously, this fall back to large signals, which leads to the above difficulties »

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines nichtdispersiven Analysators mit Festkörper empfänger, der mit einfachen Mitteln die Differenzbildung von Meß- und Vergleichssignal bereits im optischen Teil des Analysators durchführt und bei gleichbleibender Meüempfindlichkeit die HuiIpunktStabilität gegenüber Geräten mit gasgefüllten Empfängern (Detektoren; verbessert*The aim of the invention is to provide a non-dispersive analyzer with solid-state receiver, which performs the difference of measurement and comparison signal already in the optical part of the analyzer with simple means and with constant Meüempfindlichkeit HuiIpunktStabilität compared to devices with gas-filled receivers (detectors;

Wesen der ErfindungEssence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modulations· einrichtung in einem nichtdispersiv en Analysator mit Festkörperdetektor zu schaffen, mit Hilfe der wie bei Geräten mit gasgefüllten Betektoren die Differenzbildung von Meß« und Vergleichssignal bereits im optischen l'eil des Analysators durchführbar ist· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem nichtdispersiven Infrarotanalysator gemäß Oberbegriff des Erfindungsanspruchs eine Modulation durch eine Blende von Meß- und Vergleichssignal derart durchgeführt wird, daß, falls kein Meßbestandteil im zu analysierenden Gemisch vorhanden ist, der Empfänger (Detektor) ein konstantes Signal erhalt· Dies wird dadurch erreicht, das in dem Maße v/ie der Vergleichsstrahlengang abgedeckt, der Meßstrahlengang freigegeben wird, derart, daß die Summe der fläche die vom Vergleichsstrahlengang und Meßstrahlengang freigegeben wird zu jedem Zeitpunkt konstant ist. Befindet sich nun eine gewisse Konzentration der nachzuweisenden Komponente im zu untersuchenden Gemisch, so erhält der Detektor ein sinudörmiges Signal angeboten, dessen Amplitudendifferenz der Konzentration der nachzuweisenden Komponente proportional ist. Die elektrische Weiterverarbeitung der Signale ist nicht Gegenstand der Erfindung,»The invention has for its object to provide a modulation device in a non-dispersive analyzer with solid state detector, with the aid of which as in devices with gas-filled detectors, the difference of Meß¬ and comparison signal already in the optical l'eil of the analyzer is feasible · According to the invention the object is achieved in that in a non-dispersive infrared analyzer according to the preamble of the invention claim a modulation by an aperture of measurement and comparison signal is performed such that, if no Meßbestandteil present in the mixture to be analyzed, the receiver (detector) receives a constant signal · This is achieved by the fact that covered to the extent v / ie the comparison beam path, the Meßstrahlengang is released, such that the sum of the area which is released from the comparison beam and Meßstrahlengang is constant at any time. If there is now a certain concentration of the component to be detected in the mixture to be examined, the detector is provided with a sinusoidal signal whose amplitude difference is proportional to the concentration of the component to be detected. The electrical processing of the signals is not the subject of the invention, »

Aus f ünr ungs b ei s_rgieLeFrom f ünr ungs b s _r ei Giele

In Folgendem wird die Erfindung an vier Ausfünrungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail by four Ausfünrungsbeispielen with reference to the drawing.

- 4 - , LLf^ - 4 -, LLf ^

Es zeigt jIt shows j

Fig. 1: Einen nichtdispersiven Analysator mit zwei Strahlern und Modulations einrichtung zwischen den Küveuten schematisch dargestelltFig. 1: A non-dispersive analyzer with two radiators and modulation device between the cows shown schematically

£"'ig_e 2s Einen nicht dispersiven Analysator mit einem Strahle? und Modulationseinrichtung zwischen den Küvetten schematisch dargestellte£ "'ig _e 2s a non-dispersive analyzer with a ray? And modulating device schematically shown between the cuvettes

3?ig_e 3 s Einen nicht dispersiv en Analysator mit einem Strahler und Modulati ons einrichtung Mnter der Küvette schematisch dargestellt«.3 ig _e 3 s A non-dispersive analyzer with a radiator and modulator on the bottom of the cuvette.

Fig* 4ί Einen nichtdispersiven Analysator mit einem Strahier und Modulationseinrichtung hinter dem ötrahxer schematised dargestellt«,FIG. 4 shows a non-dispersive analyzer with a beam and modulation device behind the ötrahxer schematised,

Gemäß Figur 1 gelangt die von den Strahlungsquellen 1 mit Reflektor 2 ausgehende Infrarotstrahlung durch die zur Sensibilisierung und Selektivierung verwendeten Filter 3 und 5* wobei das Durchlaßmaximum des Filters 3 mit einer Absorptionswellenlänge des nachzuweisenden Bestandteils übereinstimmt (Meßkanal). Für das Durchlaßmaximum des zweiten Filters 5 wird ein davon abweichender Wert gewählt (7ergleichskanal).According to FIG. 1, the infrared radiation emanating from the radiation sources 1 with the reflector 2 passes through the filters 3 and 5 used for sensitization and selective activation, whereby the transmission maximum of the filter 3 coincides with an absorption wavelength of the component to be detected (measuring channel). For the transmission maximum of the second filter 5, a value deviating therefrom is selected (7-equivalent channel).

Eine Abgleichblende 6 dient der exakten Kulipunkteinstellung durch Abgleich der Durchlässigkeiten der verwendeten Filter 3 und 5·An adjustment diaphragm 6 serves the exact Kulipunkteinstellung by adjusting the permeabilities of the filters used 3 and 5 ·

Danach gelangt die Infrarotstrahlung durch eine Küvette 4$ deren zwei Teilkammern 13 durch ein Verbindungsstück 14 miteinander verbunden sind, fach Durchstrahlen der Küvette 4 fällt die Strahlung auf eine Umlenkeinrichtung, die aus einem Umlenkprisma 7 und einer Modulationseinrichtung 9 zur periodischen Unterbrechung der Strahlung besteht, derart, daß die Summe der von Meßstrahlengang und Vergleichsstrahlengang freigegebenen Fläche zu jedem Zeitpunkt konstant ist, Mittels einer Sammellinse 8 gelangt die Strahlung auf einen Festkörperdetektor 10, von wo aus das Signal der Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt wird.Thereafter, the infrared radiation passes through a cuvette 4 $ whose two sub-chambers 13 are connected to each other by a connector 14, fach irradiating the cuvette 4, the radiation falls on a deflection, which consists of a deflection prism 7 and a modulation device 9 for periodically interrupting the radiation, so in that the sum of the area released by the measuring beam path and the comparison beam path is constant at all times. By means of a converging lens 8, the radiation reaches a solid-state detector 10, from where the signal for further processing is made available.

Befindet sich die nachzuv/eisende Komponente nicht im zu analysierenden Gemisch, so haben Meß- und Vergleichsstrahl die gleiche Intensität und der Empfänger 10 erhält ein konstantes Signal. Da vorzugsweise pyroelektrische Detektoren als Empfänger 1.0 verwendet werden, die nur auf alternierende Signale ansprechen, gibt der Detektor 10 das Signal "0" ab. Befindet sich nun die nachzuweisende Komponente~ im Gemisch, so wird die Strahlung entsprechend dem Lambert-Beer'sehen Gesetz von dieser Komponente absorbiert. Der Detektor 10 enthält vom Meßstrahlengang ein geringeren Intensitätswert, als vom Vergleichsstrahlengang, so daß das Ausgangssignal des Detektors 10 sinusförmig ist«If the component to be analyzed is not in the mixture to be analyzed, the measuring and reference beams have the same intensity and the receiver 10 receives a constant signal. Since pyroelectric detectors are preferably used as receiver 1.0, which respond only to alternating signals, the detector 10 outputs the signal "0". If the component to be detected is now in a mixture, the radiation is absorbed by this component in accordance with Lambert-Beer's law. The detector 10 contains a smaller intensity value from the measurement beam path than the comparison beam path, so that the output signal of the detector 10 is sinusoidal. "

Bei dem in Figur 2 dargestellten Analysator wird mit einer Strahlungsquelle 1 mit Reflektor 2 gearbeitet« Dadurch lassen sich Fehler, die durch unterschiedliche Strahleralterung entstehen, ausschalten. Die von der Strahlungsquelle 1 ausgehende Strahlung wird- durch einen halbdurchlässigen Spiegel 11 in zwei Strahlenbündel geteilt« Ein Strahlenbündel wird über "Umlenkspiegel 12 in die Küvettenkamrner 13 geleitet, während das andere Strahlenbündel direkt in die Küvettenkammer 13 fällteIn the case of the analyzer shown in FIG. 2, a radiation source 1 with a reflector 2 is used. This makes it possible to eliminate errors that result from different lamp aging. The radiation emitted by the radiation source 1 is divided by a semitransparent mirror 11 into two beams. One beam is guided via deflecting mirrors 12 into the cuvette chambers 13, while the other beam is incident directly into the cuvette chamber 13

Eine weitere Variante des Analysators zeigt Figur 3· Die Umlenkeinrichtung, die aus dem-Umlenkprisma 7 und der Modulationseinrichtung 9 besteht, ist hinter der Küvette4 und dem geteilten Filter 3? 5 angeordnet· Die Strahlung gelangt von der Modulationseinrichtung 9 periodisch unterbrochen auf das Umlenkprisma 7 » was die Strahlung über die Sammellinse 8 zum Detektor 10 leiteteFIG. 3 shows a further variant of the analyzer. The deflection device, which consists of the deflection prism 7 and the modulation device 9, is behind the cuvette 4 and the split filter 3? The radiation passes periodically interrupted by the modulation device 9 onto the deflecting prism 7, which guides the radiation via the converging lens 8 to the detector 10

In Figur 4 ist ein Analysator dargestellt > bei dem die Modulation der Strahlung vor der Küvette 4 und dem geteilten Filter 3J 5 erfolgt« Nach Durchstrahlen der Küvette 4 gelangt die Strahlung direkt auf die Sammellinse 8, die die Strahlung auf den Detektor 10 bündelteFIG. 4 shows an analyzer in which the radiation is modulated in front of the cuvette 4 and the split filter 3J 5. After the cuvette 4 has been irradiated, the radiation passes directly onto the condenser lens 8, which focuses the radiation onto the detector 10

Claims

Brfindungsanspruch

1 · Modulation device in a non-dispersive analyzer, which essentially consists of one or two radiation sources, the radiation emanating from the radiation sources being interrupted by a modulation device, a cuvette filled with the mixture to be examined, a device for collecting the radiation intensities a detector, wherein optical filters are used to sensitize the solid-state detector, characterized dadurc h, that arranged on the receiver side in the Modulationseinrichrung aperture (9) is constructed so that the sum of the approved by Meßstrahlengang and reference beam path surface is constant at any time.

2. Modulation device according to item 1, characterized in that the subdivision of the diaphragm (9) coincides with the subdivision of the filters (3s 5) «

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