RU1831675C

RU1831675C - Correlation gas analyzer

Info

Publication number: RU1831675C
Application number: SU915002671A
Authority: RU
Inventors: Валерий Борисович Дунаев
Original assignee: В.Б.Дунаев
Priority date: 1991-07-09
Filing date: 1991-07-09
Publication date: 1993-07-30

Abstract

Использование: изобретение относитс к области аналитического приборостроени и может быть использовано дл измерени концентраций газообразных веществ. Сущность: излучение от источника, прошедшее через анализируемую смесь, поочередно пропускаетс через опорную и две коррел ционные кюветы с различными поглощающими массами газа аналогичного измер емому компоненту. Синхронно с модул цией излучени в блоке информационного разностного сигнала формируетс сигнал, пропорциональный разности потоков излучени , усредненных за временные интер- валы, один из которых совпадает с пропусканием пучков излучени через опорную и коррел ционную с большей поглощающей массой газа кюветы, а второй - через коррел ционную кювету с меньшей поглощающей массой газа. Одновременно с этим в блоке нормирующего разностного сигнала формируетс сигнал, пропорциональный разности потоков излучени , прошедшего через коррел ционные кюветы. Измер ют отношение этих двух разностных сигналов. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. ИUsage: the invention relates to the field of analytical instrumentation and can be used to measure the concentration of gaseous substances. Essence: radiation from a source passing through the analyzed mixture is alternately passed through a reference and two correlation cuvettes with different absorbing masses of gas similar to the measured component. Synchronously with the radiation modulation, a signal is generated in the block of the information difference signal, which is proportional to the difference in the radiation flux averaged over time intervals, one of which coincides with the transmission of radiation beams through the reference and correlation ones with a larger absorbing mass of the cell and the second through the correl cuvette with a less absorbing mass of gas. At the same time, a signal is generated in the normalizing difference signal block proportional to the difference in the fluxes of radiation transmitted through the correlation cells. The ratio of these two difference signals is measured. 2 C.p. f-ly, 2 ill. AND

Description

Предполагаемое изобретени относитс к области аналитического приборостроени и может быть использовано дл измерени концентраций газообразных веществ .The alleged invention relates to the field of analytical instrumentation and can be used to measure the concentration of gaseous substances.

Цель изобретени - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements.

На фиг.1 представлен один из вариантов структурной схемы коррел ционного газоанализатора по п. 1. а на фиг.2 - график, по сн ющий его работу.Fig. 1 shows one of the structural diagrams of the correlation gas analyzer according to claim 1. and Fig. 2 is a graph explaining its operation.

Устройство, приведенное на фигЛ, содержит оптически св занные модул тор 1. опорную 2, первую 3 и вторую 4 коррел ционные кюветы, оптическую системуб и фото- приемник б, а также блок 7 обработки сигнала, включающий разделительный каскад 8 и блок разностного сигнала 10 нормирующего сигнала разности, блок 11 синхронизации и регистратор 12, при этом выход фотоприемника через блок 7 обработки сигнала св зан с регистратором 12, причем первый выход разделительного каскада 8 соединен с выходом блока 9 разностного сигнала, второй выход разделительного каскада 8 через блок 10 нормирующего сигнала разности св зан с нормирующим входом блока 7 обработки сигнала, а управл ющие входы блоков 9 разностного сигнала и 10 нормирующего сигнала разности через блок 11 синхронизаци и св заны с модул тором 1. .The device shown in FIG. 1 contains optically coupled modulator 1. reference 2, first 3 and second 4 correlation cuvettes, an optical system and a photodetector b, as well as a signal processing unit 7 including an isolation stage 8 and a differential signal unit 10 a difference normalizing signal, a synchronization unit 11 and a registrar 12, while the output of the photodetector through the signal processing unit 7 is connected to the registrar 12, the first output of the isolation stage 8 connected to the output of the difference signal unit 9, the second output of the separation askada 8 via a normalizing unit 10 the difference signal is coupled to the input of a normalizing signal processing unit 7, and guides a control block 9 inputs the difference signal, and normalizing the difference signal 10 through the block 11 and the timing associated with the modulator 1.

Газоанализатор работает следующим образом. Излучение от искусственного или естественого источника, прошедшее через анализируемую смесь, наход щуюс в открытом или замкнутом обьеме, с помощью модул тора 1, выполненного, например, в виде диска, поочередно пропускаетс через опорную 2 и коррел ционные 3 и 4 кюветы, расположенные в этом случае по кругу на одинаковых рассто ни х от центра вращени диска модул тора, Возможен также вариант (п.2 формулы изобретени ) при котором опорна и коррел ционные кюветы устанавливаютс не отдельно от модул тора , а закрепл ютс непосредственно на нем, что в некоторых случа х позвол ет упростить конструкцию оптической части газоанализатора или повысить его светосилу . .The gas analyzer operates as follows. Radiation from an artificial or natural source passing through the analyzed mixture in an open or closed volume, using a modulator 1, made, for example, in the form of a disk, is alternately passed through the reference 2 and correlation 3 and 4 cuvettes located in this case in a circle at equal distances from the center of rotation of the disk of the modulator, It is also possible option (claim 2 of the invention) in which the reference and correlation cuvettes are not installed separately from the modulator, but are fixed directly to m, in some cases, allows to simplify the design of the optical part of the gas analyzer or increase its aperture ratio. .

Опорна кювета 2 заполн етс воздухом или газом, не поглощающим излучение в рабочем интервале длин волн. Коррел ционные кюветы 3 и 4 заполн ютс газом, ана- логичным измер емому компоненту в анализируемой смеси, при этом оптические плотности газа в этих кюветах делаютс различными , причем оптимальным вл етс такое заполнение кювет, при котором поглощение в одной из них, например в первой кювете 3, в два раза больше, чем во второй кювете 4. При этом следует иметь в виду, что поглощающа масса газа в коррел ционной кювете даже с меньшим поглощением ( в нашем случае во второй кювете 4} должна заведомо превышать поглощающую массу измер емого компонента в анализируемой смеси, т.к. в противном случае сужаетс диапазон измер емых концентраций .The reference cell 2 is filled with air or gas that does not absorb radiation in the operating wavelength range. Correlation cuvettes 3 and 4 are filled with gas, similar to the measured component in the analyzed mixture, while the optical densities of the gas in these cuvettes are different, and the filling of cuvettes in which absorption in one of them, for example, the first cell 3, twice as much as in the second cell 4. In this case, it should be borne in mind that the absorbing mass of gas in the correlation cell even with less absorption (in our case in the second cell 4} must obviously exceed the absorbing mass of the measured comp ponent in the assay mixture, since otherwise narrows the range of measurable concentrations.

Пучки прошедшего через кюветы излучени оптической системой 5, в которой при необходимости может осуществл тьс его оптическа фильтраци с выделением необходимого спектрального интервала, направл ютс на приемную площадку фотоприемника 6. При этом форма оптического сигнала, попадающего на фотоприемник, может иметь вид, показанный на фиг.2, где Фо. Фкт и.Фк2 - потоки излучени , прошедшего соответственно через опорную, первую и вторую коррел ционные кюветы, Т - период модул ции.The radiation beams transmitted through the cuvettes by the optical system 5, in which, if necessary, it can be optically filtered with the necessary spectral interval, are sent to the receiving platform of the photodetector 6. The shape of the optical signal incident on the photodetector can be shown in FIG. .2, where Fo. Fct and Fc2 are the fluxes of radiation transmitted respectively through the reference, first and second correlation cells, T is the period of modulation.

Электрический сигнал, представл ющий собой смесь полезного сигнала и шума, с выхода фотоприемника подаетс в блок 7 обработки сигнала, т.е. поступает во входной разделительный каскад 8 этого блока. Разделительный каскад служит дл согласовани выхода фотоприемника с входами блоков 9 разностного сигнала и 10 нормирующего сигнала разности, обеспечива при этом необходимое усиление выходного сигнала фотоприемника. .An electrical signal, which is a mixture of the useful signal and noise, is supplied from the photodetector output to the signal processing unit 7, i.e. enters the input separation stage 8 of this block. The separation stage serves to coordinate the output of the photodetector with the inputs of the blocks 9 of the difference signal and 10 of the normalizing difference signal, while providing the necessary amplification of the output signal of the photodetector. .

00

55

00

С первого выхода разделительного каскада 8 электрический сигнал подаетс в блок 9 разностного сигнала, в котором осуществл етс разделительное периодическое накопление двух промежуточных сигналов соответственно за временые интервалы от 0 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т и получение из них разностного сигнала, несущего информацию о концентрации анализируемого компонента в смеси.From the first output of the separation stage 8, the electric signal is supplied to the differential signal unit 9, in which the periodic intermediate accumulation of two intermediate signals is carried out, respectively, for time intervals from 0 to 2 T / 3 and from 2 T / 3 to T and receiving a difference signal from them carrying information about the concentration of the analyzed component in the mixture.

Одновременно с этим, с второго выхода разделительного каскада 8 электрический сигнал подаетс в блок 10 нормирующего сигнала разности, в котором осуществл етс раздельное периодическое накопление двух промежуточных сигналов за временные интервалы от Т/3 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т и получение из них разностного сигнала, несущего информацию об интенсивности проход щего через анализируемую среду излучени . Этот сигнал формируетс дл того , чтобы с его помощью исключить вли ние на показани газоанализатора колебаний интенсивности падающего на анализируе5 мую смесь излучени . Поэтому выходной сигнал блока 10 подаетс на нормирующий вход блока 7 обработки сигнала, при этом нормировка информационного сигнала может осуществл тьс в разделительном каска0 де 8 (фиг.1) или в блоке 9 разностного сигнала (на фиг. не показано) путем автоматической регулировки их коэффициентов передачи либо с помощью отдельного делител напр жений (на фиг. не показано), включаемого наAt the same time, from the second output of the separation stage 8, an electrical signal is supplied to the difference normalization block 10, in which two intermediate signals are periodically accumulated separately for time intervals from T / 3 to 2 T / 3 and from 2 T / 3 to T and obtaining from them a difference signal carrying information about the intensity of radiation passing through the analyzed medium. This signal is generated in order to exclude the influence of the intensity of radiation incident on the analyzed mixture on the analyzer readings. Therefore, the output signal of block 10 is supplied to the normalizing input of the signal processing block 7, while the normalization of the information signal can be carried out in the separation circuit 0 8 (Fig. 1) or in the block 9 of the difference signal (not shown in Fig.) By automatically adjusting their coefficients transmission or using a separate voltage divider (not shown in Fig.), included on

5 выходе блока 9 (п.З формулы изобретени ). И в первом и во втором случа х на вход регистратора 12 с выхода блока 7 будет подаватьс пронормированный информационный сигнал , пропорциональный разности усреднен0 ных за временные интервалы от 0 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т потоков излучени , попадающего на .фотоприемник.5 output of block 9 (claim 3). In both the first and second cases, a normalized information signal will be fed to the input of the recorder 12 from the output of block 7, proportional to the difference of the averaged over time intervals from 0 to 2 T / 3 and from 2 T / 3 to T radiation fluxes incident on. photodetector.

Обеспечение синхронного с заданными временными интервалами накоплени про5 межуточных сигналов в блоках 9 и 10 осуществл етс посредством подаваемых на их управл ющие входы соответствующих сигналов с блока синхронизации 11,св занного , например оптически, с модул тором.The accumulation of intermediate signals in blocks 9 and 10 synchronous with the specified time intervals is carried out in blocks 9 and 10 by means of the corresponding signals supplied to their control inputs from the synchronization block 11, which is connected, for example, optically, with a modulator.

При отсутствии измер емого компонента в анализируемой смеси, формируемые в блоке 9 промежуточные сигналы уравниваютс , что обеспечивает получение нулевого показани регистратора.In the absence of a measured component in the analyzed mixture, the intermediate signals generated in block 9 are equalized, which ensures a zero reading of the recorder.

По вление в анализируемой смеси измер емого компонента ведет (при условии заведомо большей его поглощающей массы в коррел ционных кюветах) к ослаблению излучени лишь в канале опорной кюветы, т.е. к возникновению на выходе блока 9The appearance of the measured component in the analyzed mixture leads (provided that its absorbing mass in the correlation cells is known to be greater) to weaken radiation only in the channel of the reference cell, i.e. to occur at the output of block 9

00

55

сигнала разбаланса, значение которого определ етс концентрацией измер емого компонента.an unbalance signal, the value of which is determined by the concentration of the measured component.

Если в анализируемой смеси имеютс посторонние примеси, линии поглощени которых не перекрываютс в рабочем интервале длин волн с лини ми поглощени измер емого компонента, то естественно, что они дадут одинаковый вклад в ослабление проме- жуточных сигналов, накапливаемых как в блоке 9 за временные интервалы от 0 до 2Т/3 и от 2Т/3 до Т (естественно при равенстве коэффициентов передачи по каналам), так и в блоке 1.0 за временные интервалы от Т/3 до 2Т/3 до Т, т.е. присутствие таких посторонних примесей не вызовет изменени измер емого регистратором сигнала.If there are extraneous impurities in the analyzed mixture, the absorption lines of which do not overlap in the operating wavelength range with the absorption lines of the measured component, then it is natural that they will make the same contribution to the attenuation of the intermediate signals accumulated as in block 9 over time intervals from 0 to 2T / 3 and from 2T / 3 to T (naturally, with equal transmission coefficients for the channels), and in block 1.0 for time intervals from T / 3 to 2T / 3 to T, i.e. the presence of such impurities will not cause a change in the signal measured by the recorder.

В прототипе же, в котором необходимым вл етс предварительное уравнение потоков излучени в каналах коррел ционной кюветы и нейтрального ослабител , по- глощение излучени посторонними примес ми будет больше в канале коррел ционной кюветы, чем в канале нейтрально- го ослабител , т.к. газом в коррел ционной кювете излучение селективно ослабл етс лишь в лини х поглощени этого газа (в лини х поглощени анализируемого компонента ), а не между лини ми, в то врем как нейтральный ослабитель линейно ослабл ет излучение во веем рабочем спектральном интервале, т.е. и между лини ми поглощени измер емого компонента.In the prototype, where a preliminary equation of the radiation fluxes in the channels of the correlation cell and the neutral attenuator is necessary, the absorption of radiation by impurities will be greater in the channel of the correlation cell than in the channel of the neutral attenuator, because the gas in the correlation cell, the radiation is selectively attenuated only in the absorption lines of this gas (in the absorption lines of the analyzed component), and not between the lines, while the neutral attenuator linearly attenuates the radiation over the entire operating spectral range, i.e. . and between the absorption lines of the measured component.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет достичь поставленной цели, т.е. повысить точность измерений.Thus, the proposed device allows to achieve the goal, i.e. improve measurement accuracy.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и FORMULA AND SECTION

Claims

1. A correlation gas analyzer containing an optically coupled modulator, a first correlation cell, an optical system, a photodetector, a signal processing unit including a separation stage and a difference signal unit and a recorder, the photodetector output connected to the recorder through the signal processing unit, and the first the output of the separation stage is connected to the input of the difference signal unit, characterized in that that a second correlation cuvette, a reference cuvette, a synchronization unit and a difference normalization signal block are introduced into it, while the input of the difference normalization signal block is connected to the second output of the separation cascade, and the output is connected to the normalization input of the signal processing block, and the control inputs of the difference difference block the signal and the normalizing signal block, the differences through the synchronization block are connected to the modulator.

2. The gas analyzer according to claim 1. characterized in that the support and correlation cuvettes are placed on the modulator.

3. Gas analyzer pop. 1, and is distinguished by the fact that the output of the signal processing unit is connected to the input of the recorder through a dedicated voltage divider.

I

g

/

I

t .t t

§.

e

N

"Si I

AT