SU813205A1 - Газоанализатор - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области исследовани  веществ с помощью инфракрасных лучей, в частности к технике .газового анализа, и может быть использовано дл  определени  содержани  микропримесей в газовой среде.

Известен газоанализатор, выполненный по однолучевой одноканальной схеме, состо щей из источника излучени , формировател  потока, механического модул тора, интерференционного фильтра, полоса поглощени  которого совпадает с полосой поглощени  анализируемого компонента, кюветы с исследуемым веществом, приемника излучени  и электронного- блока обработки сигнала l.

Недостатком данного газоанализатора  вл етс  погрешность от нестабильности во времени ИК-потока, излучаемого источником.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому газоанализатору  вл етс  газоанализатор, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси источник излучени , формирователь потока ИКизлучени , механический модул тор в виде вращающегос  диска интерференционный фильтр, кювету с исследуемым

веществом и приемник излучени  с подключенным к нему электронным блоком обработки сигналов 12J.

Недостатком указанного газоанализатора  вл етс  наличие не менее двух интерференционных фильтров, характеристики которых измен ютс  со временем и от температуры неодинаково,что приводит к изменению метрологических характеристик прибора (снижению точности и увеличению нестабильности).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и стабильности измерени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном газоанализаторе, содержащем последовательно расположенные иа одной оптической оси источник

Claims (2)

1. излучени , формирователь потока ИКйзлучени , механический модул тор в виде врёцдак цегос  диска,иитерЛеренцирнный фильтр, кювету с исследуемым веществом и приемник излучени  с подключенным к нему электронным блоком обработки сигналов, диск модул тора изготовлен с двум  окнами, в одном из которых установлена плоскопараллельна  пластина, а в другом - призма . Известно, что, если фильтр рассчи тан, на пропускание коллимированного потока ИК-излучени  определенной длины волны (т,.е, угол падени  потока излучени  составл ет О;, то при отклонении этого угла от нулевого значени  максимум полосы пропускани  фильтра смещаетс  в коротковолновую область. Аналитическое выражение дл  пропускани  излучени  с длиной волны Л. дл  простого интерференционного фильтра имеет вид P pTpTl - tpVp pa где tiffгДр- энергетические коэффициенты пропускани  первого и второго полуотражающих слоев и раздел ющего их диэлектрического сло ; P-tPi энергетические коэффициенты отражени , металлических слоев со сторо ны диэлектрика ; 2Y Nn -sm -oC; 4-vVo - (2) - разность фаз между последовагельно интерферирующими лучами; п - показатель преломлени  подложки ; - толщина п.одложки из диэлектрика ; г, угол падени  излучени ; - фазовый сдвиг при отражении на полупрозрачном слое. Мен  , дискретно угол падени  потока ИК-излучени , можно перемещать по шкале частот полосу пропускани  интерференционного Фильтра, и, таким образом, отпадает необходимость во втором фильтре, а наличие только одного фильтра позвол ет повысить точность и стабильность измерений. На фиг.1 изображена функциональна схема газоанализатора; на фиг.2 -ход лучей в призме, установленной в модул торе . Устройство содержит последователь но расположенные на одной оптической оси источник 1 излучени  (нйхромова спираль), формирователь потока в ви де коллиматора 2, приводимый во вра щение с помощью двигател  3 механический дисковый модул тор 4 с двум  окнами, в одном из которых установл на плоскопараллельна  пластина 5, а в другом - призма 6, интерференцион ный фильтр 7, многоходовую кювету с исследуемым веществом в виде полого фокусирующего конуса (фокона) 8, приемник 9 излучени  с подключенным к нему электронным блоком обработки сигналов, включающим усилитель 10, вход которого соединен с выходом пр емника, схему 11 переключени  сигна лов, два синхоонных детектора 12 и 13, сигнальные входы которых соединены с выходами схемы переключени  сигналов , а управл ющие входы - с выходом пары светодиод 14-фотодиод 15, схему 16 отношени , соединенную с выходами синхронных детекторов, и последовательно с нею - логарифмирующее устройство 17. Устройство работает следующим образом . Коллиматор 2 и плоскопараллельна  пластина 5 формируют поток излучени  от нити 1 накала, направл   его перпендикул рно плоскости интерференционного фильтра ( при этом допускаетс  расхождение потока не более 5). Отфильтрованный поток входит в кюветуфокон 8 и, испытыва  многократное отражение в ней, поступает на приемник 9 излучени . Коллиматор 2 и призма б формируют поток излучени  подуглом падени  на интерференционный фильтр, отличном от 0°. Выбор угла падени  в этом случае зависит от ширины полосы поглощени  конкретного исследуемого газа. Дл  оптимального использовани  входной апертуры призмы возможно использовать например, геометрию призмы (фиг.2). Направление луча 18 соответствует направлению коллимированного потока от источника излучени . Направление луча 19 соответствует общему случаю, когда падение потока излучени  на призму произвольно,Уравнени , св зывающие параметры призмы следующие: А 3-,+ Вг sinOi nsinO, s ri зС nsinB2, Ч () , где A - преломл ющий угол при верщине призмы; п - показатель п.реломлени  мате-;риала призмы; f - угол отклонени  призмы (угол, составленный падающим и выход щим лучами). В случае коллимированного.нормально падающего потока на поверхность призмы &:.., О, J3 О, Bj А, S i п 0 nsinB-j -- rtsinA, У Q Cf,,- G f Л , где Q - угол падени  излучени  на интерференционный фильтр. Таким образом, модул тор создает вариацию угла падени  излучени  на интерференционный фильтр, что обеспечивает переключени  участков спектра , и Предлагаемое устройство решает задачу измерени  концентрации исследуемого вещества. Мощность инфракрасного потока радиации , поступающего на приемник 9 излучени , пропорциональна пропусканию исследуемого газа в диапазоне полосы пропускани  фильтра Л А.и пропорциональна пропусканию оптической схемы потока радиации источника в смешенном диапазоне пропускани  филь тра uA. Сигналы, снимаемые с приемника 9, усиливаютс  малошум щим усилителем 1 Разделение .сигналов, несущих информа ощю о пропускании кюветы на разных. длинах волн, осуществл етс  схемой ;11 переключени  сигналов. Эти сигналы поступают в схемы -12-13 синхронно го детектировани . Управление синxpOHHbiMH детекторами осуществл етс  с помощью пары светодиод 14-фотодиод 15. Преобразование напр жений, снима емых с выходов детекторов 12 и 13 в сигнал, пропорциональный парциальном давлению исследуемого газа, производитс  схемой 16 отношени . На выходе прибора установлено логарифмическое устройство 17. Таким образом;, измерение концентрации поглощающего газа или пара производитс  -путем измерени  логариф ма отношений величины поглощени  ИКизлучени  в двух спектральных участках полосы поглощени  измер емого компонента. Такой способ измерени  обеспечивает повышение селективности метода за счет уменьшени  вли ни  мешающих компонентов. При падении на фильтр коллимированного пучка излучени , поток, за .регистрированный приемником излучени  . i;L Toi: i€ - i i а при угле падени , отличном от О U, loTлгe f-, (4) где IP - поток, падающий на интер ференционный Фильтр; lA,ftA.j- интегральные коэффициенты пропускани  Фильтра в диапазоне лЛ и, дЛ.2СОответ ственно; K,Kj- коэффициенты поглощени  исследуемого и мешающего газов в диапазоне д К ,Kj- соответствующие коэффициенты поглощени  в диапазоне C,Cj- концентраци  исследуемого и меша ощего компонентов 1 . - длина кюветы. :з) Использу  схему отношени  сигналов , имеем jAl tA.j -(IC,C,K,C,-K;c,-(c;Ci)e , , U- , I l-Aj Если регистрируетс  сигнал на фоне очень сильной помехи, спектр которой полностью перекрывает спектр исследуемого газа (например случай полосы поглощени  углекислого газа в районе 2,7 мкм на фоне полосы поглощени  водгных паров),то Kj Kj , и тогда равенство (5) примет вид U СА 4KiCi-iCiC)e - t(в) lAi Отношение дл  одного и того же, фильтра, при отклонении пгшени  пучка на некоторый фиксированный угол, остаетс  величиной посто нной при любой величине пропускани  фильтра , т.е. достигаетс  повышение точности и стабильности измерени . Предлагаемое устройство, использу ющее только один интерференционный фильтр, обеспечивает повышение точности и стабильности измерений, а также экономию дорогосто щих интерференционных фильтров. Предлагаемое устройство можно рекомендовать дл  использовани  в химической и газовой проьалшленности, а также дл  оценки загр знени  окружающей среды. Формула изобретени  Газоанализатор, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси источник излучени , формирователь потока ИК-излучени , механический модул тор в виде врёицающегос  диска, интерференционный фильтр, кювету с исследуемым веществом и приемник излучени  с подключенным к нему электронным блоком обработки сигналов, отличающийс - тем, что, с целью повышени  точности и стабильности измерений , диск модул тора изготовлен с двум  окнами, в одном из которых установлена плоскопараллельна  пластина , а в другом - призма. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 219669, кл.С 01 N 7/04, опублик.1974.
2. 2.Mach and gup Food J, П, 1974, №9., p.59-60,65,69 (прототип).