SE462934B - Anordning foer utsaendning och mottagning av ljus - Google Patents

Description

462 10 15 20 25 30 35 -2 109 (I'o/I) / (8 L) koncentrationen av ett ämne I' är ljusintensiteten utan differentiell absorption är ljusintensiteten beroende på ämnets absorption s är ämnets differentiella absorptionstvärsnitt, vilket bestäms genom kallibrering, L är längden på mätsträckan.

Kvoten (I'o/I) bestäms genom att det från spektrometern erhållna spektrumet divideras med ett polynom (första till femte ordningen), vilket erhålls genom en minsta-kvadra- ten-anpassning till absorptionspektrumet.

Den beskrivna anordningen har emellertid vissa bris- ter. För det första kan den alltså endast användas för differentiella mätningar. Detta betyder att endast koncen- trationen av ämnen som absorberar ljus vid en eller ett fåtal distinkta våglängder eller vàglängdsband kan bestäm- mas. Koncentrationen av C12, H28 och andra ämnen som ab- sorberar ljus i breda vàglängdsområden eller kontinuerligt kan ej bestämmas med hjälp av denna utrustning. För att även dessa ämnens koncentration skall kunna bestämmas måste totalabsorptionsmätningar kunna utföras.

För det andra är monteringen av mottagaren besvärlig.

Mottagaren måste nämligen vara fixerad i ett mycket exakt läge för att ljuset skall kunna reflekteras till den plana spegeln och vidare till spektrometerns ingångsoptik. Vid vissa väderförhållanden kan mottagarens läge komma att rubbas och därmed kräva justering.

För det tredje måste de finnas två strömförsörjning- ar, en vid sändaren och en vid mottagaren. X För det fjärde är det svårt att på trånga mätplatser, exempelvis i skorstenar, placera sändaren och mottagaren på tillräckligt stort avstånd från varandra för att en tillräckligt lång mätsträcka skall erhållas.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är följaktli- gen att âstadkomma en anordning för utsändning och mottag- ning av ljus, vilken förutom differentiella mätningar även medger totalabsorptionsmätningar. 10 15 20 25 30 35 462 934 3 Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för utsändning och mottagning av ljus, i vil- ken problemen med monteringen och lägesinställningen av mottagaren har reducerats.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för utsändning och mottagning av ljus, vilken endast kräver en strömförsörjning. Ännu ett ändamål är att åstadkomma en anordning för utsändning och mottagning av ljus, vilken kräver mindre utrymme för åstadkommande av en given mätsträcka.

Ovanstående ändamål uppnås med en anordning som har de i patentkraven angivna särdragen.

Med hjälp av skärmningsorganet kan omväxlande ljus från enbart ljuskällan och ljus som har genomlöpt mät- sträckan från sändaren till reflektorenheten och tillbaka till mottagaren matas till spektrometern för analys. På detta sätt blir det möjligt att bestämma ett referens- spektrum för ljuskällan och att därigenom bestämma total- absorptionen, dvs att bestämma ljusintensiteten utan ab- sorption utan att utföra ovannämnda kurvanpassning, vilket i sin tur betyder att koncentrationen av ämnen med breda abscrptionsband och kontinuerliga absorptionsspektrum kan bestämmas.

Enligt uppfinningen är sändaren och mottagaren mon- terade intill varandra och används en reflektorenhet för att reflektera det utsända ljuset mot mottagaren. Reflek- torenhetens lägesinställning är betydligt mindre kritisk än den i ovannämnda artikel beskrivna mottagarens lägesin- ställning, eftersom reflektorn sänder tillbaka ljuset i samma riktning som den mottog det inom ett snävt inter- vall. Vidare är nu mottagaren enkelt tillgänglig för lä- gesinställning, vilken dessutom kan automatiseras.

Arrangemanget med sändaren och mottagaren intill var- andra medför också att endast en strömkälla behöver använ- das. 462 934 lO 15 20 25 30 35 4 För att en given mätsträcka skall åstadkommas behövs nu vidare bara ett hälften så långt avstånd mellan sända- ren-mottagaren och reflektorenheten i anordningen enligt uppfinningen jämfört med avståndet mellan sändaren och mottagaren i ovannämnda artikel.

En ytterligare fördel med anordningen enligt uppfin- ningen erhålles när sändaren-mottagaren monteras rörligt på en axel och ett antal reflektorenheter monteras i olika riktningar. I detta fall kan mätningar göras i olika rikt- ningar med hjälp av en enda utrustning och en fullständi- gare bild av exempelvis luftföroreningarna i ett område kan erhållas.

I det följande skall föreliggande uppfinning beskri- vas genom ett utföringsexempel under hänvisning till bi- fogade ritning, som visar ett schematiskt längdsnitt genom en anordning 1 för utsändning och mottagning av ljus, vil- ken är kopplad till en analysutrustning 3, vilken endast visas som en box.

Anordningen 1 innefattar närmare bestämt en ljuskälla 5, en första konkav spegel 7, en andra konkav spegel 9, ett första skärmningsorgan 11, ett andra skärmningsorgan 13, vilka samtliga är monterade i ett rör 15, samt en retroreflektorenhet 17. Anordningen l är kopplad till ana- lysutrustningen 3 via en optisk fiber 19.

Ljuskällan 5 består av en spektralt bredbandig xenon- lampa, vilken är placerad i den första spegelns 7 bränn- punkt och tillsammans med denna bildar sändaren. Den förs- ta spegelns 7 diameter är 100 mm och dess brännvidd är 60 cm. 1 Den andra spegeln 9, vilken utgör mottagare, är mon- terad bakom den första spegeln 7 relativt lampan 5. Dess brännvidd är 90 cm, dess diameter är 150 mm och i dess brännpunkt är den optiska fiberns 19 ena ände placerad.

Naturligtvis kan speglarna ha andra diametrar och andra brännvidder än de här angivna under förutsättning att den andra spegelns 9 periferi ligger utanför den första spegelns 7 periferi så att den kan motta ljuset 10 15 20 25 30 35 462 934 5 från reflektorn 17 och under förutsättning att den andra spegelns 9 brännpunkt ligger framför lampan.

Det första skärmningsorganet ll är placerat mellan lampan 5 och den optiska fibern 19 och tillräckligt nära lampan för att inte hindra det från den andra spegeln re- flekterade ljuset från att nå den optiska fibern. Skärm- ningsorganet ll innefattar en skärm, som är monterad på en axel och är rörligt mellan ett första läge, i vilket skär- men hindrar det från lampan utsända ljuset från att nå den optiska fibern direkt, och ett andra läge, i vilket skär- men är fälld åt sidan, så att den optiska fibern kan motta lampans ljus direkt. Bakom första skärmningorganet ll kan en samlingslins anordnas fälld fokuserat ljuset från lam- pan till den optiska fibern 19 när skärmen ll är fälld åt sidan.

Det andra skärmningsorganet l3,vilket bara visas schematiskt, är placerat mellan den optiska fibern 19 och rörets 15 främre ände. Det utgörs liksom det första skärm- ningsorganet ll av en skärm, som är monterad på en axel och rörlig mellan två lägen. I ett första läge är skärmen fälld åt sidan och släpper ut ljus från respektive in i röret 15. I ett andra läge hindrar skärmen ljus från retroreflektorn 17 från att nå den optiska fibern. Detta andra läge för skärmen används vid upptagning av refe- rensspektrum för lampan. Som ett alternativ till att ha en skärm, som fälls för röret, kan detta istället riktas bort från retroreflektorenheten.

Retroreflektorenheten 17 innefattar företrädesvis 12-16, intill varandra placerade retroreflektorer.=Dessa är tidigare kända och kommersiellt tillgängliga och be- skrivs därför inte närmare.

Anordningens funktion är den följande: vid differen- tiell mätning sänds ljuset från sändaren 5,7 mot retro- reflektorenheten 17, som reflekterar ljuset mot mottagaren 9. På grund av dispersion kommer ljusstrålen att ha en större diameter efter det att den har genomlöpt mätsträc- kan från sändaren till mottagaren och därför kommer ljuset f f; af 462 934 10 15 20 25 30 35 6 att träffa den andra spegeln 9 i det område som ligger utanför spegelns 7 periferi. Därifrån reflekteras ljuset mot den optiska fibrern 19, som leder ljuset vidare till analysutrustningen. Vid differentiell mätning hålls skär- ningsorganet ll hela tiden i det första läget, där det di- rekta ljuset från lampan skärmas av. Det andra skärmnings- organet 13 är naturligtvis i det första läget, där ljuset kan passera. Beräkningen av koncentrationen sker på ovan angivna sätt.

Vid totalabsorptionsmätning bestäms först ett refe- rensspektrum för lampan 5. Härvid flyttas det andra skärm- ningsorganet 13 till det andra läget, i vilket det skärmar av ljus från retroreflektorenheten, och det första skärm- ningsorganet ll fälls åt sidan så att den optiska fibrern direkt mottagare ljuset från lampan. När referensspektru- met har upptagits flyttas skärmningsorganen till sina mot- satta lägen och mätning görs på samma sätt som vid diffe- rentiell mätning. Vid bestämningen av koncentrationen an- vänds liksom tidigare Lambert-Beers lag, men kvoten I'O/I byts ut mot kvoten mellan referensspektrumet och det erk- hållna absorptionsspektrumet och det differentiella ab- sorptionstvärsnittet byts ut mot det totala absorptions- tvärsnittet för ämnet ifråga.

Ovan beskrivna utföringsform av uppfinningen utgör naturligtvis bara ett exempel, som kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Anordningen har beskri- vits i samband med koncentrationsbestämningar, men den kan naturligtvis även användas i samband med bestämning av andra parametrar. Vidare har anordningen beskrivits i sam- band med koncentrationsmätningar i luft, men mätningar kan naturligtvis även göras i andra gaser eller i vätskor.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 462 934 PATENTKRAV

1. Anordning för utsändning och mottagning av ljus, vilken innefattar en sändare med en ljuskälla (5) och en konkav spegel (7), i vars brännpunkt ljuskällan är place- rad, samt en mottagare (9), vilken är anordnad att motta fràn ljuskällan utsänt ljus och vilken är ansluten till en utrustning (3) för analys av det mottagna ljuset, k ä n - n e t e c k n a d av att mottagaren innefattar en bakom sändarens spegel (7) relativt ljuskällan (5) placerad, konkav spegel (9), vars periferi ligger utanför periferin för sändarens spegel (7) och vars brännpunkt, i vilken ett organ (19) för överföring av det mottagna ljuset till ana- lysutrustningen (3) är placerat, ligger framför ljuskällan (5), och att anordningen vidare innefattar en reflektor- enhet (17), vilken är anordnad att reflektera ljuset från sändaren till mottagaren, och ett första rörligt skärm- ningsorgan (ll), som är anordnat att i ett första läge hindra ljuset från ljuskällan från att nå överföringsorga- net direkt och att i ett andra läge släppa fram ljuset från ljuskällan direkt till överföringsorganet (19).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av en konvex lins, som är placerad mellan skärmningsorga- net och överföringsorganet (19) och i vars ena brännpunkt överföringsorganet (19) är placerat.

3. Anordning enligt krav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av ett andra skärmningsorgan (13), vilket är placerat mellan överföringsorganet (19) och reflektorn (17) och anordnat att när det första rörliga skärmnings- organet (ll) befinner sig i det andra läget hindra ljus som reflekteras av reflektorn från att nå överföringsor- ganet.

4. Anordning enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a d av att reflektorenheten (17) innefattar retroreflektorer.