SU1080076A1 - Многоходовой газоанализатор - Google Patents

Abstract

1. МНОГОХОДОВОЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР , содержащий источник излучени , расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых  вл етс  рабочей, а друга  - эталон-ной, и приемник излучени , отличающийс  тем/ что, с целью повышени  чувствительности и уменьшени  габаритов устройства, кюветы установлены перпендикул рно оптической оси источника излучени  параллельно друг другу, и кажда  из кювет содержит размещенные на одном основании п ть зеркал, первое из которых по ходу луча - плоское зеркало - установлено напротив входного окна кюветы под углом 45° к оптической оси источника, а остальные четыре зеркала размещены по два у прЪтивоположных концов кюветы и образуют две группы, при этом перва  группа зеркал включает второе по ходу луча вогнутое зеркало с фокусным рассто нием F и примыкающее к нему вогнутое зеркало с фокусным рассто нием 0,75 F, втора  группа включает третье по ходу луча плоское зеркало и примыкающее к нему вогнутое зеркало с фокусным рассто нием 0,75F, рассто ние межпу противолежащими группами зеркал по ходу луча составл ет 1,35-1/45F, а рассто ние от источника излучени  до зеркал первой группы, а также от зеркал второй группы до приемника составл ет 1,55-1,65F. 2. Газоанализатор по п.1, о т 00 личающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измерений в сторону верхних значений,каикдое плоское зеркало второй группы выполнено с возможностью поворота.

Description

Изобретение относитс  к области газового анализа и может быть использовано дл  контрол  загр знени окружающей среды, а также дл  други аналогичных задач. Известен газоанализатор, содержащий источник излучени , рабочую и сравнительную камеры, модул тор и приемник излучени  lj . К недостаткам известного устройства относ тс  значительные габариты оптических узлов за счет большой длины рабочей и сравнительных камер; коническа  длина рабочей и сра нительной камер, что исключает возможность изменени  предела измерени  и ограничивает динамический диапазон измерений. Наиболее близким техническим решением к предложенному  вл етс  многоходовой газоанализатор, содержащий источник излучени , расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых  вл етс  рабочей, а друга  - эталонной, и приемник излучени . В известном газоанализаторе оптические кюветы выполнены по схеме Уайта 2 J. Недостатками данного газоанализатора  вл етс  низка  чувствительность , обусловленна  низкой светосилой системы Уайта ввиду того, что она содержит два равных по размерам и р дом сто щих зеркальных объектива , а также невозможность работы газоанализатора с кюветами, оптическа  длина которых меньше 4   (где о - конструктивна  длина кюветы ) . Последнее обсто тельство не позвол ет повысить верхний диапазон измерени , использу  одну и ту же конструктивную основу, что существенно снижает динамический диапазон измерени  газоанализатора. Цель изобретени  - повышение чув ствительности, уменьшение габаритов устройства и расширение диапазона измерений в сторону верхних значений . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многовходовом газоанализаторе , содержащем источник излучени , расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых  вл етс  рабочей, а друга  - эталонной, и приемник излучени , кюветы устано лены перпендикул рно оптической оси источника излучени  параллельно дру другу, и кажда  из кювет содержит размещенные на одном основании п ть зеркал, первое из которых по ходу луча - плоское зеркало - установлено напротив входного окна кюветы под углом 45 к оптической оси исто ника, а остальные четыре зеркала размещены по два у противоположных концов кюветы и образуют две группы , при этом перва  группа зеркал включает второе по ходу луча вогнутое зеркало с фокусным рассто нием F и примыкающее к нему вогнутое зеркало с фокусным рассто нием 0,75F, втора  группа включает третье по ходу луча плоское зеркало и примыкающее к нему вогнутое зеркало с фокусным рассто нием 0,75F, рассто ние между противолежащими группами зеркал по ходу луча составл ет 1,351 ,45F, а рассто ние от источника излучени  до зеркал первой группы, а также от зеркал второй группы до ;приемника составл ет 1,55-1,65F. Кроме того, в многовходовом газоанализаторе каждое плоское зеркало второй группы выполнено с возможностью поворота. На чертеже представлена оптическа  схема предлагаемого многоходового газоанализатора. Схема включает источник 1 излучени , боковые окна 2,1 и 2.2 рабочей и эталонной кювет, соответственно два плоских зеркала 3,1 и 3.2, установленные под углом 45° к оптической оси источника 1 излучени , две первые группы зеркал, состо щие из четырех вогнутых зеркал 4.1 и 4.2, 5.1 и 5,2, вторую группу зеркал 6.1 и 6,2, 7,1 и 7.2, причем зерксша 6.1.и 6.2 - плоские, установленные на подвижных основани х, а 7.1 и 7.2 - вогнутые; выходные окна 8.1 и 8,2, приемник 9 излучени ; диафрагмы 10,1 и 10.2, служащие дл  устранени  паразитной засветки , два герметичных колпака 11.1 и 11,2, установленных на общем с зеркалами основании 12, образующих рабочую и эталонную кюветы. Рассмотрим прохождение лучей в левой рабочей кювете при максимальной длине оптического пути. Лучи от источника 1 излучени  проход т входное окно 2,1, которое  вл етс  первой диафрагмой, направл ютс  плоским зеркалом 3.1 через вторую диафрагму 10.1 на вогнутое зеркало 4,1 с фокусным рассто нием F (объектив ), причем рассто ние от источника до объектива по ходу лучей равно 1,55-1,65F. Объектив формирует увеличенное в 2 раза изображение входного окна на вогнутом зеркале 5.1 (после отражени  от плоского зеркала 6.1) с фокусным рассто нием 0,75F, выполн ющем роль коллектива, который точно заполн ет светом вогнутое зеркало 7.1 путем переноса освещенной поверхности плоского зеркала 6.1 в плоскость зеркала 7.1.

Поскольку рассто ние от коллектива 5.1 до плоского 6.1 и вогнутого зеркала 7.1 примерно равны, то, как следует из формулы зеркала, упом нутое услрвие выполн етс  в том случае, когда фокусное рассто ние коллектива (F) равно половине отрез ка от плоскости коллектива до плоскости противолежащих зеркал, т.е.

- S.

(I)

0,75F

i- И наконец, вогнутое зеркало 7.1 переносит изображение освещенного коллектива через выходное окно 8.1 на приемник 9 излучени  без увеличени . Так как рассто ни  от конденсор ного зеркала до коллектива и приемника излучени  примерно равны, то дл  переноса -изображени  коллектива, без увеличени , фокусное рассто ние вогнутого зеркала 7.1 выбирают равным половине отрезка между протиролежащими группами зеркал. В нашем /случае фокусное рассто ние вогнутого зеркала 5.1 и вогнутого зеркала 7,1 совпадают и равны согласно (I) 0,75F. (Ход лучей в этом случае показан сплошной линией).

ЕСЛИ изменить угол поворота плоского зеркала 6.1, то изображение входного окна, мину  зеркала 5.1 и 7,1, попадает на приемник. При этом длина оптического пути уменьшаетс  на два прохода и становитс  равной при этом примерно Зо((ход лучей в этом случае показгн пунктиром).

Аналогичным образом проход т лучи в правой эталонной кювете.,

Таким образом, при максимальных габаритах камер, равных 1,35-1,55, суммарна  длина оптического пути в первом случае равна 5 (1,35-1,45)F а во втором - 3 {1,35-1,45)F.

Рассто ние между группами .зеркал 4.1, 5.1 и 6.1, 7.1 определ ет конст (руктивную длину камеры (а). Выбор конструктивной длины камеры, равной полутора фокусным рассто ни м вогнутого зеркала 4.1 (объектива) (,5F, где F - фокусное рассто ние объек тива), позвол ет оптимально использовать весь диаметр кю еты. Максимально допустимые размеры объектива в этом случае приближаютс  к площа ди сечени  кюветыj так как располо0 женныё на стороне объектива коллектив 5.1 и выходное окно 8,1 занимает несравнимо меньшую часть сечени  кюветы.

Разброс величин -рассто ний между

5 группами зеркал, а Тс1кже рассто ний от источника до зеркал первой группы и рассто ний от зеркал второй группы до приемника излучени  соответствует оптимальным значени м,

0 Отход за границы указанных значений св зан с ухудшением параметров устройства (светосилы, расфокусировки , виньетирование, увеличение). Чувствительность предлагаемого

5 многоходового;, газоанашизатора почти в 4 раза выше, чем в системе Уайта, поскольку данна  конструкци  многоходовой системы позвол ет в 4 раза повысить ее светосилу,

п Увеличение чувствительности в конечном счете позвол ет существенно повысить основные метрологические характеристики газоанализатора (основную погрешность, стабильность,

jc воспроизводимость).

Данный газоанализатор позвол ет, не мен   конструкции оптической системы, расширить диапазон измереНИИ в сторону верхних значений, Имеет место существенное уменьшение габаритов кювет и соответственно уменьшение габаритов газоанализатора , что влечет уменьшение материалоемкости и энергоемкости изде;1и .

Claims (2)

1. МНОГОХОДОВОЙ ГАЗОАНАЛИ-’ ЗАТОР, содержащий источник излучения, расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых является рабочей, а другая - эталонной, и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритов устройства, кюветы установлены перпендикулярно оптической оси источника излучения параллельно друг другу, и каждая из кювет содержит размещенные на одном основании пять зеркал, первое из которых по ходу луча - плоское зеркало - установлено напротив входного окна кюветы под углом 45° к оптической оси источника, а остальные четыре зеркала размещены по два у противоположных концов кюветы и образуют две группы, при этом первая группа зеркал включает второе по ходу луча вогнутое зеркало с фокусным расстоянием F и примыкающее к нему вогнутое зеркало с фокусным расстоянием 0,75 F, вторая группа включает третье по ходу луча плоское зеркало и примыкающее к нему вогнутое зеркало с фокусным расстоянием 0,75F, расстояние между противолежащими группами зеркал по ходу луча составляет 1,35-1,45F, а расстояние от источника излучения до зеркал первой группы, а также от зеркал второй группы до приемника составляет 1,55-1,65F. .

2. Газоанализатор по п.1, о т личающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону верхних значений,каждое плоское зеркало второй группы выполнено с возможностью поворота.

SU ,1080076