SU1733973A1

SU1733973A1 - Способ измерени концентрации частиц в газе и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1733973A1
Application number: SU884404844A
Authority: SU
Inventors: Витас Ионович Швядас
Original assignee: Институт Физики Ан Литсср
Priority date: 1988-04-05
Filing date: 1988-04-05
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Сущность изобретени : измерение концентрации частиц в газе с использованием четырехчастотного импульсного пучка зондирующего электромагнитного излучени , продолжительность которого не превышает характерного времени изменени концентрации . 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относитс к способам и устройствам фотоэлектрического измерени концентрации частиц по фазовому сдвигу электромагнитной волны и может быть использовано дл определени в электрических разр дах, лазерных искрах и факелах, других средах концентрации частиц, имеющих резонансное поглощение, либо электронов в плазме, а также дл измерени изменени показател преломлени прозрачных сред.

Известен способ измерени концентрации атомных частиц в факеле, заключающийс в просвечивании факела лазерным импульсом с двум длинами волн и в измерении вызванного факелом сдвига фаз посредством интерференции прошедшего факел импульса с опорным. Поперечное сечение импульса излучени превышает размеры факела: получаетс двухмерное поле интерференции, которое раздел етс по длинам волн и регистрируетс светочувствительным материалом. Сдвиг фаз, вызванный факелом, отсчитываетс относительно той площади пол интерференции, котора не покрываетс факелом.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ измерени измен ющихс во времени концентраций электронов, включающий разделение непрерывной электромагнитнойволны ,созданной радиотехническими средствами, на измерич

ы

ю

4

Ы

тельную и опорную, пропускание измерительной волны сквозь исследуемый газ, сведение и интерференцию измерительной и опорной волн, непрерывную фотоэлектрическую регистрацию измен ющегос во времени сигнала интерференции, определение по сигналам интерференции вызванного частицами сдвига фазы и определение по сдвигу фазы концентрации частиц.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности субмиллиметровое (СММ) квазиоптическое устройство, содержащее лампу обратной волны СММ-диапа- зона в качестве источника излучени с длинами волн 0,3-0,6 мм, источник оптически св зан с двум интерферометрами: ш- мерительным и опорным, причем в измерительном плече измерительного интерферометра установлена емкость дл плазмы, выход измерительного интерферометра оптически св зан с приемником излучени , подключенным к входу системы обработки сигнала, котора электрически св зана с компенсатором порожнего сдвига фаз, компенсатор установлен в опорном плече измерительного интерферометра, выход опорного интерферометра оптически св зан с вторым приемником излучени , подключенным к второй системе обработки сигнала, выход которой электрически св зан обратной св зью с лампой обратной волны. Приемником ССМ-излучени служит кристалл n-lnSb, охлажденный до температуры 4,2 К. Устройство имеет временное разрешение 2 мкс. Измер етс концентраци электронов в пределах 1011-10 см .

Недостаток известного способа обусловлен регистрацией числа колебаний сигнала интерференции. При этом возможны большие ошибки в определении концентрации частиц.

В устройстве примен ютс детекторы n-lnSb, работающие при температуре жидкого гели . Необходимость глубокого охлаждени , а также непригодность устройства дл измерений концентрации частиц, имеющих резонансное поглощение, так как частота СММ-волны модулируетс , вл ютс недостатками известного устройства .

Целью изобретени - повышение точности измерений за счет исключени нелинейности показател преломлени газа.

Предлагаемой способ пригоден дл измерени стационарных концентраций частиц . Увеличение количества частот зондировани позвол ет исключить нелинейность показателей преломлени и увеличить точность измерени концентраций частиц. Устройство имеет большую верхнюю границу набегов фазы Ф (возможны большие числа п), а вместе с тем и большую верхнюю границу измер емых концентраций . Преимуществом устройства вл етс

его широкодиапазонность.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно известному способу измерени концентрации частиц в газе, включающему формирование пучка многочастотного электромагнитного зондирующего излучени , разделение пучка на измерительный и опорный , пропускание измерительного пучка сквозь исследуемую среду, установление начального фазового сдвига опорного пучка

при отсутствии частиц в газе, сведение измерительного и опорного пучков, фотоэлектрическую регистрацию сигнала интерференции обоих пучков на частотах зондировани , определение сдвигов фаз,

соответствующих частотам зондировани , определение концентрации частиц, примен ют четырехчастотный импульсный пучок зондирующего излучени с продолжительностью , не превышающей характерного

времени изменени концентрации, начальный фазовый сдвиг опорного пучка устанавливают равным нулю дл всех частот зондировани , провод т разделение по частотам сведенных пучков, ответвл ют опорный либо исходный и измерительный пучки, причем в измерительном канале ответвление производ т после прохождени исследуемого газа, раздел ют по частотам ответвленный пучки, затем на каждой частоте регистрируют сигналы интерференции U, сигналы опорного либо исходного Do и измерительного ии каналов, определ ют коэффициенты выравнивани сигналов К0 и Ки, рассчитывают сдвиг фаз Ф, причем

,

±р + 2л:п, если п О если п О

где р arccosf (U - K0U0 - K,Ur,)/

/иетш

n - целое число, величина которо го и знак величины р, определ ютс из соотношений: ф/ф Aj/Aj дл электронов(фА)-

-Ф усФкА-ФДН -да-А2)

дл электронов, если изменение концентрации сопровождаетс изменением показател

преломлени газа;Ф/Ф (Aj-АО) (Aj-Ao)i

+(АА/2)(Й-Л0)(А1-Ло)2+(ЛЯ/2)2} дл частиц, имеющих резонанс в спектре поглощени , где i, j, k. I - индексы частотных компонент; АО - длина волны резонанса; ДА- ширина резонанса.

Claims

Сущность изобретения: измерение концентрации частиц в газе с использованием четырехчастотного импульсного пучка зондирующего электромагнитного излучения; продолжительность которого не превышает характерного времени изменения концентрации.
2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

ЦП

С

средством интерференции прошедшего факел импульса с опорным. Поперечное сечение импульса излучения превышает размеры факела: получается двухмерное поле интерференции, которое разделяется по длинам волн и регистрируется светочувствительным материалом. Сдвиг фаз, вызванный факелом, отсчитывается относительно той площади поля интерференции, которая не покрывается факелом.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения изменяющихся во времени концентраций электронов, включающий разделение непрерывной электромагнитной волны, созданной радиотехническими средствами, на измери1733973 А1

3

1733973

4

тельную и опорную, пропускание измерительной волны сквозь исследуемый газ, сведение и интерференцию измерительной и опорной волн, непрерывную фотоэлектрическую регистрацию изменяющегося во времени сигнала интерференции, определение по сигналам интерференции вызванного частицами сдвига фазы и определение по сдвигу фазы концентрации частиц.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности субмиллиметровое (СММ) квазиоптическое устройство, содержащее лампу обратной волны СММ-диапазона в качестве источника излучения с длинами волн 0,3-0,6 мм, источник оптически связан с двумя интерферометрами: измерительным и опорным, причем в измерительном плече измерительного интерферометра установлена емкость для плазмы, выход измерительного интерферометра оптически связан с приемником излучения, подключенным к входу системы обработки сигнала, которая электрически связана с компенсатором порожнего сдвига фаз, компенсатор установлен в опорном плече измерительного интерферометра, выход опорного интерферометра оптически связан с вторым приемником излучения, подключенным к второй системе обработки сигнала, выход которой электрически связан обрзтной связью с лампой обратной волны. Приемником ССК+излучения служит кристалл п-1г»5Ь, охлажденный до температуры 4,2 К. Устройство имеет временное разрешение 2 мкс. Измеряется концентрация электронов в пределах 10¹¹-10¹⁶см'³.

Недостаток