RU1461169C

RU1461169C - Method of correlative gas analysis and a device to implement it

Info

Publication number: RU1461169C
Authority: RU
Inventors: В.Б. Дунаев
Original assignee: Дунаев Валерий Борисович
Priority date: 1986-08-18
Filing date: 1986-08-18
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: metering of concentrations of gaseous substances. SUBSTANCE: optical summing radiation fluxes from the main source coming through environment to be analyzed, and from additional source after alternative passing through correlative and reference trays. EFFECT: low level of detecting capability, increased signal/noise relation at the expense of increased modulation frequency and increased luminosity of the instrument. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ. The invention relates to analytical instrumentation and can be used to measure concentrations of gaseous substances.

Цель изобретения - снижение предела обнаружения. The purpose of the invention is the reduction of the detection limit.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для осуществления способа корреляционного анализа газов; на фиг. 2 и 3 - варианты конструкций модуляторов; на фиг. 4 и 5 - графики, поясняющие работу устройства. In FIG. 1 is a structural diagram of an apparatus for implementing a gas correlation analysis method; in FIG. 2 and 3 - design options for modulators; in FIG. 4 and 5 are graphs explaining the operation of the device.

Устройство содержит модулятор 1, дополнительный источник излучения 2, корреляционную 3 и опорную 4 кюветы, оптическую систему 5, приемник 6 излучения, блок 7 электронной обработки сигналов и датчик 8 положения модулятора. The device comprises a modulator 1, an additional radiation source 2, a correlation 3 and a reference 4 cells, an optical system 5, a radiation receiver 6, an electronic signal processing unit 7, and a modulator position sensor 8.

На фиг. 2 и 3 показаны два из возможных вариантов взаимного расположения вырезов 9, а также отражающих 10 и неотражающих 11 поверхностей на модулирующей лучистые потоки части модулятора. In FIG. 2 and 3 show two of the possible options for the relative positions of the cutouts 9, as well as the reflecting 10 and non-reflecting 11 surfaces on the modulating part of the radiant fluxes.

Устройство для осуществления способа работает следующим образом. A device for implementing the method works as follows.

Излучение В от естественного источника (пассивный режим работы) или от искусственного (активный режим работы) проходит через исследуемый газ, находящийся в атмосфере либо в специальной рабочей кювете. С помощью вырезов 9 модулятора 1 параллельные потоки этого излучения попеременно пропускаются через корреляционную 3 и опорную 4 кюветы. Одновременно с пропусканием потока основного источника через корреляционную кювету 3 с помощью отражающей поверхности 10 модулятора 1 поток от дополнительного источника 2 излучения пропускается через опорную кювету 4 и наоборот. Прошедшие через кюветы потоки направляются оптической системой 5 на приемник 6, в котором преобразуются в электрический сигнал. Временные зависимости интенсивностей суммарных потоков излучения, попадающих на приемник 6, показаны на фиг. 4 и 5 и соответствуют конкретным конструкциям модуляторов, показанных на фиг. 2 и 3. Модулятор, показанный на фиг. 3, позволяет исключить в оптическом тракте наложение потоков от двух источников в моменты переключения. Radiation B from a natural source (passive mode of operation) or from artificial (active mode of operation) passes through the test gas in the atmosphere or in a special working cell. Using cutouts 9 of the modulator 1, parallel streams of this radiation are alternately passed through the correlation 3 and reference 4 cells. Simultaneously with the flow of the main source through the correlation cell 3 using the reflecting surface 10 of the modulator 1, the flow from the additional radiation source 2 is passed through the reference cell 4 and vice versa. The flows passing through the cells are directed by the optical system 5 to the receiver 6, in which they are converted into an electrical signal. The time dependences of the intensities of the total radiation flux incident on the receiver 6 are shown in FIG. 4 and 5 and correspond to the specific designs of the modulators shown in FIG. 2 and 3. The modulator shown in FIG. 3 allows eliminating in the optical path the overlapping of flows from two sources at switching times.

Как видно из графиков, изображенных на фиг. 4 и 5, в первый полупериод модуляции на приемник 6 попадает излучение, интенсивность которого равна сумме интенсивностей излучения потоков основного источника I_вкк, прошедшего через корреляционную кювету 3, и дополнительного источника 2 I_2ок, прошедшего через опорную кювету 4, а во второй полупериод на приемник 6 попадает излучение; интенсивность которого равна сумме интенсивностей излучения потоков основного I_вок и дополнительного I_2кк источников, прошедших соответственно через опорную и корреляционную кюветы.As can be seen from the graphs depicted in FIG. 4 and 5, in the first half-period of modulation, radiation 6 enters the receiver 6, the intensity of which is equal to the sum of the intensities of the radiation fluxes of the main source I _ccc passed through the correlation cuvette 3 and the additional source 2 I _2oc passed through the reference cuvette 4, and in the second half-period the receiver 6 receives radiation; the intensity of which is equal to the sum of the intensities of the radiation fluxes of the main I _wok and additional I _2kk sources that have passed through the reference and correlation cells, respectively.

Для обработки выходных сигналов приемника излучения 6 и измерения сигнала, пропорционального разности интенсивностей потоков излучения, падающих на приемник за каждый полупериод модуляции, используется блок 7, при этом синхронное с модуляцией лучистых потоков управление блоком 7 осуществляется посредством датчика 8. To process the output signals of the radiation receiver 6 and measure the signal proportional to the difference in the intensities of the radiation flux incident on the receiver for each half-period of modulation, block 7 is used, while the block 7 is synchronized with the modulation of the radiant fluxes by means of the sensor 8.

В отсутствие поглощения излучения в исследуемой среде (в заданном интервале длин волн) потоки основного и дополнительного источников, проходящие соответственно через корреляционную либо через опорную кюветы, уравнивают, при этом измеряемый разностный сигнал равен нулю. При появлении в измеряемой смеси посторонних газов, линии поглощения которых не перекрываются линиями поглощения анализируемого компонента, уменьшение интенсивности излучения потоков основного источника на выходе кювет будет одинаковым, что не приводит к изменению величины измеряемого разностного сигнала. Появление же в измеряемой газовой смеси определяемого компонента вызовет уменьшение интенсивности излучения потока основного источника, проходящего через опорную кювету, и соответствующее изменение измеряемого разностного сигнала на величину, пропорциональную концентрации измеряемого компонента. In the absence of radiation absorption in the medium under study (in a given wavelength interval), the flows of the main and additional sources passing through the correlation or reference cells, respectively, are equalized, and the measured difference signal is equal to zero. If foreign gases appear in the measured mixture, the absorption lines of which do not overlap with the absorption lines of the analyzed component, the decrease in the radiation intensity of the flows of the main source at the output of the cuvettes will be the same, which does not lead to a change in the value of the measured difference signal. The appearance of a detectable component in the measured gas mixture will cause a decrease in the radiation intensity of the main source stream passing through the reference cell and a corresponding change in the measured difference signal by a value proportional to the concentration of the measured component.

Использование оптического суммирования лучистых потоков от двух источников излучения, а также модулятора данной конструкции позволяет за счет увеличения светосилы прибора и обеспечения возможности повышения частоты модуляции увеличить отношение сигнал/шум и, тем самым снизить предел обнаружения. The use of optical summation of radiant fluxes from two radiation sources, as well as a modulator of this design, allows increasing the signal-to-noise ratio and thereby reducing the detection limit by increasing the aperture ratio of the device and providing the possibility of increasing the modulation frequency.

Claims

METHOD FOR CORRELATION GAS ANALYSIS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION.

1. The method of correlation analysis of gases, which consists in alternately transmitting the fluxes of the main radiation passing through the test medium through the correlation and reference cuvettes, as well as alternately transmitting the fluxes of additional radiation through the reference and correlation cuvettes, feeding the fluxes transmitted through the cuvettes to the photodetector, processing the output photodetector signals and measuring a signal proportional to the concentration of the analyzed gas, characterized in that, in order to reduce the detection limit, one temporarily transmittance of radiation through the main flow cuvette correlation additional radiation flux passed through the reference cuvette, and at a flow of fundamental radiation through the reference cell at the same time an additional stream passes radiation through a correlation cell.

2. A device for correlation analysis of gases containing optically coupled modulator, additional radiation source, correlation and reference cuvettes, an optical system and a radiation receiver connected to the electronic signal processing unit, as well as a modulator position sensor connected to the control input of the electronic signal processing unit, characterized in that, in order to reduce the detection limit, the modulating radiant flux part of the modulator is made in the form of a disk with the same odd amounts located GOVERNMENTAL circle cutouts and reflective surfaces equal extents.

3. The device according to claim 2, characterized in that the cutouts and reflective surfaces on the modulator disk are separated by non-reflective surfaces with lengths of at least the inner diameter of the cuvettes.