RU1396744C - Способ корреляционного анализа газов и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ. Цель - повышение избирательности и точности измерений. Одновременно пропускают общий поток основного источника через одну из кювет, а через другую кювету пропускают один из двух потоков дополнительного источника или излучение основного источника общим потоком пропускают через исследуемую среду, выделяют из этого излучения два отдельных потока, которые попеременно пропускают через корреляционную либо через опорную кюветы. Одновременно общий поток дополнительного источника пропускают через опорную кювету, а одновременно с пропусканием второго потока основного источника через опорную кювету тот же общий поток излучения дополнительного источника пропускают через корреляционную кювету. Регистрируют сигнал, пропорциональный разности попеременно попадающих на приемник суммарных потоков. Для соответствующей модуляции потоков излучения основного и дополнительного источников модулятор выполнен в виде диска с нечетными количествами расположенных по кругу вырезов и отражающих поверхностей равных протяженностей, не разделенных либо разделенных между собой неотражающими поверхностями с протяженностями не меньше диаметра кювет, при этом отражающие и неотражающие поверхности располагаются с двух сторон диска модулятора. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ.

Целью изобретения является повышение избирательности измерений.

На фиг. 1 и 2 представлены структурные схемы устройств, предназначенных для реализации способа корреляционного анализа газов.

Устройство содержит оптически связанные входную оптическую систему, включающую входной объектив и поворотное зеркало 1, двухсторонний зеркальный модулятор 2, дополнительный излучатель 3, испускающий два лучистых потока, корреляционную 4 и опорную 5 кюветы, выходную оптическую систему 6, приемник 7 излучения, а также связанный с модулятором 2 формирователь 8 синхронизирующих сигналов и блок 9 электронной обработки сигналов, управляющий вход которого связан с выходом формирователя 8 синхронизирующих сигналов.

Устройство, представленное на фиг. 2, содержит оптически связанное поворотное зеркало 1, двухсторонний зеркальный модулятор 2, дополнительный излучатель 3, создающий один лучистый поток, корреляционную 4 и опорную 5 кюветы, выходную оптическую систему 6, приемник 7 излучения, а также связанный с модулятором 2 формирователь 8 синхронизирующих сигналов и блок 9 электронной обработки сигналов, управляющий вход которого связан с выходом формирователя 8 синхронизирующих управляющих сигналов.

Сущность способа состоит в следующем. В первом варианте излучение от естественного либо от искусственного источника пропускают общим потоком через исследуемую среду. Затем последовательно или поочередно (со сдвигом во времени) этот общий поток пропускают либо через корреляционную кювету, заполненную газом, аналогичным измеряемому компоненту, либо через опорную кювету, заполненную газом, не поглощающим излучение в рабочей полосе частот. Одновременно с пропусканием общего потока излучения этого основного источника через корреляционную кювету один из двух потоков излучения от дополнительного источника пропускают через опорную кювету, а при пропускании общего потока излучения от основного источника через опорную кювету одновременно пропускают второй поток излучения от дополнительного источника через корреляционную кювету. Во втором варианте излучение основного источника также пропускают через исследуемую среду, однако затем из него выделяют два равнозначных потока, один из которых пропускают через опорную кювету, причем последовательно либо поочередно (со сдвигом во времени). Кроме того, одновременно с пропусканием потока излучения основного источника через корреляционную кювету общий поток излучения дополнительного источника пропускают через опорную кювету, а одновременно с пропусканием второго потока излучения основного источника через опорную кювету также общий поток излучения дополнительного источника пропускают через корреляционную кювету.

Пропущенные через кюветы потоки (как в первом, так и во втором вариантах) подают на приемник излучения и измеряют сигнал, пропорциональный разности интенсивностей излучения суммарных потоков, попадающих на приемник в моменты прохождения излучения основного источника через корреляционную либо через опорную кюветы.

При отсутствии поглощения излучения в исследуемой среде (в рабочем интервале длин волн) потоки излучения основного и дополнительного источников, прошедшие через одни и те же кюветы, уравнивают. При появлении в исследуемой смеси посторонних газов, линии поглощения которых не перекрываются с линиями поглощения анализируемого компонента, уменьшение интенсивности излучения основного источника на выходе обеих кювет будет одинаковым, что не вызовет изменения уровня измеряемого разностного сигнала. Появление же в анализируемой газовой смеси определяемого компонента приведет к уменьшению интенсивности излучения потока основного источника лишь на выходе опорной кюветы, причем на величину, пропорциональную концентрации измеряемого компонента.

Устройство, представленное на фиг. 1, работает следующим образом.

Излучение от основного (естественного либо искусственного) источника проходит через анализируемый газ, находящийся в атмосфере либо в специальной рабочей кювете, и формируется входным объективом входной оптической системы в узкий параллельный пучок. Этот общий поток излучения с помощью модулятора 2 и поворотного зеркала 1 входной оптической системы попеременно направляется либо в корреляционную 4, либо в опорную 5 кюветы. В опорную кювету 5 общий поток излучения основного источника попадает через вырезы в диске модулятора 2, а в корреляционную кювету этот общий поток также направляется через вырезы модулятора, однако предварительно отразившись от его отражающей поверхности и от поворотного зеркала входной оптической системы 1. Одновременно с пропусканием общего потока излучения основного источника через опорную кювету 5 с помощью отражающей поверхности модулятора, нанесенной с противоположной стороны диска, один из дополнительных потоков излучения, сформированных в блоке излучателя 3, направляется в корреляционную кювету 4. При пропускании же общего потока излучения основного источника через корреляционную кювету 4 второй дополнительный поток излучения, также отразившись от отражающей поверхности, нанесенной с противоположной стороны диска модулятора, проходит через опорную кювету 5. Прошедшие через кюветы лучистые потоки направляются выходной оптической системой 6 на приемник 7 излучения, в котором преобразуются в электрический сигнал. Если основной источник излучения является широкополосным, то для выделения необходимого рабочего интервала длин волн применяется оптический фильтр, который может быть установлен как во входной, так и в выходной оптической системе 6.

Для обработки выходных сигналов приемника 7 излучения и измерения сигнала, пропорционального разности интенсивностей потоков излучения, падающих на приемник за каждый полупериод модуляции, используется блок 9 электронной обработки сигналов, при этом синхронное с модуляцией лучистых потоков управление электронным блоком 9 осуществляется посредством формирователя 8 синхронизирующих управляющих сигналов, связанного с устройством синхронизации модулятора и управляющим входом блока 9 электронной обработки сигналов. Устройство синхронизации модулятора совместно с формирователем 8 синхронизирующих управляющих сигналов позволяет получать управляющие синхроимпульсы с частотой, равной частоте модуляции лучистых потоков, и скважностью, равной двум, и может быть выполнено, например, в виде специальных вырезов на диске модулятора либо в виде других элементов конструкции. При этом необходимая фазовая синхронизация выходных импульсов формирователя 8 синхронизирующих сигналов и выходных сигналов приемника излучения осуществляется любым известным способом например использованием в формирователе синхронизирующих управляющих сигналов фазовращателей либо механическим согласованием устройства синхронизации модулятора с формирователем синхронизиpующих управляющих сигналов.

Работа устройства, представленного на фиг. 2, отличается от описанного выше тем, что дополнительный излучатель 3 создает только один поток, который попеременно посредством модулятора 2 и поворотного зеркала 1 пропускается через корреляционную 4 и опорную 5 кюветы. Из излучения основного источника выделяются два потока, один из которых пропускается через опорную кювету 5 (когда общий дополнительный поток излучения проходит через корреляционную кювету 4), а второй через корреляционную кювету 4 (когда общий дополнительный поток излучения проходит через опорную кювету 5).

Предложенное устройство позволяет повысить избирательность и точность измерений в два раза.

Claims (2)

1. Способ корреляционного анализа газов, включающий пропускание излучения основного источника через исследуемую среду, последовательное либо поочередное пропускание этого излучения через корреляционную и опорную кюветы, подачу прошедших через кюветы потоков излучения на фотоприемник и измерение сигнала, пропорционального разности интенсивностей потоков, отличающийся тем, что тем, что, с целью повышения избирательности и точности измерений, излучение основного источника пропускают через каждую из кювет полностью или одну из двух его частей, причем при пропускании излучения полностью через одну из кювет через другую кювету одновременно пропускают один из двух дополнительных оптических потоков, а при пропускании одной из двух частей через одну из кювет через другую кювету одновременно пропускают полный дополнительный поток.

2. Устройство для корреляционного анализа газов, содержащее оптически связанные модулятор, корреляционную и опорную кюветы, выходную оптическую систему и приемник излучения, связанный с блоком электронной обработки сигналов отличающееся тем, что, с целью повышения избирательности и точности измерений, в него введены формирователь синхронизирующих сигналов, связанный с управляющим входом блока электронной обработки сигналов, дополнительный излучатель и поворотное зеркало, причем модулятор установлен перед кюветами с центром на оптической оси, проходящей между ними под углом к ней, и снабжен устройством синхронизации, связанным с формирователем синхронизирующих сигналов, дополнительный излучатель оптически связан с кюветами через поворотное зеркало и модулятор, при этом модулятор выполнен в виде диска с нечетными количествами расположенных по окружности вырезов и отражающих поверхностей разных протяженностей, причем отражающие поверхности выполнены на обеих сторонах диска.