SU890172A1

SU890172A1 - Device for investigating gas mixture spectrums

Info

Publication number: SU890172A1
Application number: SU792859803A
Authority: SU
Inventors: Константин Львович Рогожин
Original assignee: Предприятие П/Я А-7629
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1979-12-03
Publication date: 1981-12-15

Description

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ (5) DEVICE FOR RESEARCH OF SPECTRA

1one

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано дл определени концентраций и спектрального анализа частиц в многокомпонентной газовбй смеси. The invention relates to measurement instrumentation and can be used to determine concentrations and spectral analysis of particles in a multicomponent gas mixture.

Известны устройства дл исследовани спектров газовой смеси, содержащие источник и приемник излучени , оптическую систему регистрации рассе нного исследуемым объемом света под небольшим углом. В этом устройстве спектр частиц определ етс по размерам , осредненным по сечению объемаDevices are known for studying gas mixture spectra containing a source and a radiation receiver, and an optical system for detecting the scattered light of a sample of light at a small angle. In this device, the spectrum of particles is determined by the size averaged over the volume cross section.

смеси flЗmix FLZ

Наиболее близким по технической сущности к предложенному вл етс устройство дл исследовани спектров газовой смеси, содержащее источник света, коллиматор, объектив, фотоприемники и блок регистрации, расположенные по ходу луча. В блок регистрации поступает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности рассеГАЗОВОЙ СМЕСИThe closest in technical essence to the proposed invention is a device for investigating spectra of a gas mixture, comprising a light source, a collimator, a lens, photodetectors, and a recording unit located along the beam path. The recording unit receives an electrical signal proportional to the intensity of the GAS MIXTURE

нного исследуемым объемом излучени . Устройство снабжено блоком дл анализа углового распределени излучени , выполненного в виде модул тора с двум дисками и анализатора частоты модул ции, в соответствии с которой и наход т угловое распределение рассе нного света t2.the amount of radiation studied. The device is equipped with a unit for analyzing the angular distribution of radiation, made in the form of a two-disk modulator and a modulation frequency analyzer, according to which the angular distribution of scattered light t2 is found.

Недостатком указанного устройства вл етс ограниченность диапазоto на анализа частиц по размерам и недостаточна точность измерени вследствие того, что при наличии взвешенных твердых частиц и общем возрастании объема исследованной The disadvantage of this device is the limited size of the particle size analysis and the lack of measurement accuracy due to the fact that with suspended solids and a general increase in the volume studied

15 смеси нарушаютс услови наблюдени света, идущего от нее.15 of the mixture violated the conditions of observation of the light coming from it.

Цель изобретени - расширение диапазона анализа частиц многокомпонентной газовой смеси и повышение The purpose of the invention is to expand the range of analysis of particles of a multicomponent gas mixture and increase

20 его точности.20 of its accuracy.

Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство, содержащее источник света, коллиматор, объектив 3, фотоприемники и блок регистрации, расположенные по ходу луча, дополнительно введены два световода различного сечени с возможностью пере мещени вдоль оптической оси, рассто ние между которыми удовлетвор ет условию tq - -где « - угол рассе ни света на частицах исследуемой смеси; срответствующие диаметры световодов; R - рассто ние между торцами световодов,, обращенных к исследуемому объекту газовой смеси, а также селективный светофильтр, помещенный перед объективом, а фотоприемники выполнены в виде дискретной линейной системы, снабженной yi- ловым дискретным анализато ром спектр На чертеже показана оптическа схема устройства Устройство содержит источник света 1 , например газовый лазер, коллиматор 2, дающий параллельный пучок лучей на световод 3, исследуемый объем 4, второй световод 5 диафрэ му бр селективный светофильтр 7, объектив 8 на систему фотоприемнико 9 дискретного типа, защищенных экра ном 10 и соединенных с соответствущим угловым дискретным анализаторо 11 спектра и индикатором 12, наприм импульсным осциллографом. Устройство работает следующим об разом. Свет от источника 1, пройд коллиматор 2 и первый световод 3s пост пает в исследуемый объем газовой смеси. Преобразованный в исследуемом объеме световой поток проходит второй световод 5 большего сечени 5 расположенного в. соответствии с условием малого однократного рассе ни на углы,лр arc tg -. , Путем изменени соотношени сечений световодов и рассто ни между их торцовыми поверхност ми, обращенными к исследуемому объему, можно добитьс оптимальных условий наблюдени углового спектрального распределени излучени от различных выбранных участкоЕ газовой смеси неоднородного составах .Дискретна сис тема фотоэлементов, например фотоумножителей , перекрывающих весь спе . тральный диапазон наблюдаемого света , позвол ет получить в дискретном угловом анализаторе импульсы, пропорцион льные интенсивности всего преобразованного в исследуемом объеме излучени в соответствии с положением частиц смеси и фотоумножителей данного типа. Дл достижени необходимой точности измерений провод т соответствующую калибровку устройства по эталонному газовому составу с определенным размером и концентрацией частиц, причем чем меньше участок объема, подвергающийс спектральному анализу, тем точнее выполн етс условие рассе ни под малым углом и выше точность измерений, С возрастанием степени неоднородности состава смеси рассто ние R между соответствующими торцовыми поверхност ми световодов нужно уменьшать дл сохранени числа рассеивающих частиц. При условии, ч-о коэффициент уменьшени числа частиц в анализируемом участке объема оцениваетс соотношением К - -- где D - диаметр исследуемого объема, моЖно, например , вычислить что при см и ,5 см он равен 20, т.е. при равномерном распределении частиц по сечению число их в исследуемом объеме в 20 раз меньше числа частиц в сечении объема по зондирующему световому потоку . При различии в интенсивност х люминесценции и рассе нии исследуемого объема необходимо использовать селективный светофильтр, чтобы, например , собственно люминесценци частиц данного вида была бы фоном при более интенсивном рассе нии или наоборот. Принима во внимание услови наблюдени под малым углом рассе ни можно получить, что при 4f 0,2 мм и dyz 1 ,5 мм рассто ние R 6 мм. Таким образом, диаметры световодов на пор док меньше рассто ни между ними. Отсюда следует, что введенные световоды с точки зрени гидродинамического эффекта оказывают незначительное воздействие на результаты измерений. Предлагаемое устройство позвол ет измер ть размеры частиц в газовой смеси в широких интервалах (2-200 мм) , а также дает возможность проводить спектральный анализ при нестационарном режиме газовой смеси в короткие промежутки времени с высокой точностью .The goal is achieved by the fact that a device containing a light source, a collimator, a lens 3, photodetectors and a recording unit located along the beam, additionally introduced two light guides of different cross sections with the possibility of moving along the optical axis, the distance between which satisfies the condition tq - where “is the angle of light scattering on the particles of the mixture under study; similar diameters of light guides; R is the distance between the ends of the optical fibers facing the object of the gas mixture being studied, as well as the selective light filter placed in front of the lens, and the photodetectors are designed as a discrete linear system equipped with a yy discrete spectrum analyzer. light source 1, for example, a gas laser, a collimator 2, which gives a parallel beam of light to the light guide 3, the volume under study 4, the second light guide 5 aperture selective light filter 7, the lens 8 to the fotop system 9 iemniko discrete type Screen protected 10 SG and connected with matching corner discrete spectrum analyzer 11 and the indicator 12, eg oscilloscope pulse. The device works as follows. Light from source 1, the collimator 2 has passed, and the first light guide 3s is fed into the investigated volume of the gas mixture. The luminous flux converted in the volume under study passes through the second light guide 5 of a larger cross section 5 located in. according to the condition of small single scatter on angles, lr arc tg -. By varying the ratio of the cross sections of the optical fibers and the distance between their end surfaces facing the volume under study, it is possible to achieve optimal conditions for observing the angular spectral distribution of radiation from different selected sections of the gas mixture of heterogeneous compositions. The central range of the observed light makes it possible to obtain pulses in a discrete angular analyzer that are proportional to the intensity of the total radiation converted in the investigated volume in accordance with the position of the mixture particles and photomultipliers of this type. To achieve the required measurement accuracy, the device is calibrated appropriately using a standard gas composition with a certain particle size and concentration, and the smaller the volume that undergoes spectral analysis, the more accurate the condition of dispersion at a small angle and the higher the measurement accuracy. With increasing heterogeneity composition of the mixture, the distance R between the respective end surfaces of the optical fibers must be reduced to preserve the number of scattering particles. Under the condition that the ratio of the reduction in the number of particles in the analyzed volume is estimated by the ratio K - - where D is the diameter of the volume being studied, it is possible, for example, to calculate that for cm and 5 cm it is 20, i.e. with a uniform distribution of particles over the cross section, their number in the investigated volume is 20 times less than the number of particles in the cross section of the volume along the probing light flux. With differences in the luminescence intensities and the scattering of the volume under investigation, it is necessary to use a selective filter so that, for example, the actual luminescence of particles of a given type would be the background for more intense scattering or vice versa. Taking into account the observation conditions at a small scattering angle, it can be obtained that at 4f 0.2 mm and dyz 1.5 mm, the distance R 6 mm. Thus, the diameter of the optical fibers is an order of magnitude less than the distance between them. It follows that the fibers introduced from the point of view of the hydrodynamic effect have a negligible effect on the measurement results. The proposed device makes it possible to measure the size of particles in a gas mixture in wide intervals (2–200 mm), and also makes it possible to carry out spectral analysis in the transient mode of the gas mixture in short periods of time with high accuracy.

Claims

1. US patent number 3797937, class. G 01 N 15/02, 1975.

2. USSR author's certificate - № 258712, cl. G 01 N 15/02, 1966

(prototype).

eleven

L

I