UA139097U

UA139097U - ABSORPTION ANALYZER OF SUBSTANCE

Info

Publication number: UA139097U
Application number: UAU201905011U
Authority: UA
Inventors: Володимир Ростиславович Козубовський
Original assignee: Державний Вищий Навчальний Заклад "Ужгородський Національний Університет"
Priority date: 2019-05-11
Filing date: 2019-05-11
Publication date: 2019-12-26

Abstract

Абсорбціний аналізатор речовини, що містить джерело випромінювання і послідовно розташовані по ходу випромінювання робочу кювету, вузол для модуляції і зміни світофільтрів робочого і опорного каналу, що електрично зв'язаний із виходом привода, та оптично зі входом датчика положення світлофільтрів, фотоприймач, з'єднаний з першим входом системи реєстрації та обробки сигналів, другий вхід якої з'єднаний із першим виходом датчика положення світлофільтрів. В нього додатково вводять блок перемикання швидкості обертання світлофільтрів із коефіцієнтом уповільнення руху світлофільтрів в моменти їх знаходження в світловому потоці, рівним m=S/U00dT/dC, де S - чутливість аналізу, U0 - величина сигналу на виході системи реєстрації при рівномірному обертанні сфітлофільтрів аналізатора після детектування і підсилення, Τ - пропускання каналу в момент проходження світлофільтрів, С - концентрація аналізованого газу, при цьому вихід блока перемикання швидкості обертання світлофільтрів з'єднаний з входом привода, а його вхід - з другим виходом датчика положення світлофільтрів.Absorption analyzer of a substance containing a radiation source and a working cuvette arranged in series along the radiation, a unit for modulating and changing the filters of the working and reference channel, electrically connected to the drive output, and optically to the input of the light position sensor, photodetector connected with the first input of the signal registration and processing system, the second input of which is connected to the first output of the position sensor of the filters. It additionally introduces a unit for switching the speed of rotation of the filters with a coefficient of deceleration of the filters at their moments in the luminous flux, equal to m = S / U00dT / dC, where S is the sensitivity of the analysis, U0 is the signal at the output of the registration system. after detection and amplification, Τ is the transmission of the channel at the time of passage of the filters, C is the concentration of the analyzed gas, while the output of the switching unit is connected to the drive input, and its input to the second output of the position sensor.

Description

р,r,

І, ! І. 77 А дочной ТУ нсоннннанннянюснненннй Хе ї зді І . пф Ей айкснці - ! ; х Е текююювоюккк: й « й уенедеетеенісеетесссосветтоеосете і но ану тори ов ровно рання 1-я ще сен- ВО Бе. вин виAnd, ! I. 77 A dochnoi TU nsonnnnannnynyusnnnennny He and here I . pf Hey aixns - ! ; x E tekyuyuyuvoukkk: y « y uenedeeteeniseetesssosvettoeosete and no anu tori ov even early 1st still sen- VO Be. it's your fault

Корисна модель належить до області аналітичного приладобудування і може бути використана при створенні оптичних аналізаторів рідини та газу зі середньоквадратичним детектуванням інформаційного сигналу.The useful model belongs to the field of analytical instrumentation and can be used in the creation of optical liquid and gas analyzers with rms detection of the information signal.

Технічним результатом корисної моделі є збільшення чутливості аналізу, зменшення похибки вимірювання.The technical result of a useful model is an increase in the sensitivity of the analysis, a decrease in the measurement error.

Відомий двоканальний однопроменевий газоаналізатор ГЛ 1122. Потік інфрачервоного випромінювання проходить через кювету, інтерференційні світлофільтри перемикаються за допомогою вузла зміни фільтрів, і потрапляє на блок приймача. За допомогою світлофільтрів виділяються дві довжини хвиль: робоча 3,4 мкм, що відповідає смузі поглинання вуглеводнів, і опорна 3,9 мкм, в якій відсутнє поглинання аналізованою сумішшю. Однопроменева багатоканальна схема аналізатора передбачає циклічне послідовне знімання інформації з виходу фотоприймального пристрою про величину поглинання аналізованої газової суміші в спектральних інтервалах опорного й робочого каналів, запис інформації про амплітуду сигналів у пристроях аналогової пам'яті, спільну обробку інформації робочого та опорного каналів і її результат виводиться на вбудовані цифрові індикатори (1.The well-known two-channel single-beam gas analyzer GL 1122. The flow of infrared radiation passes through the cuvette, interference light filters are switched using the filter change node, and enters the receiver unit. With the help of light filters, two wavelengths are distinguished: the working wavelength of 3.4 μm, which corresponds to the absorption band of hydrocarbons, and the reference wavelength of 3.9 μm, in which there is no absorption by the analyzed mixture. The single-beam multi-channel scheme of the analyzer provides for cyclical sequential recording of information from the output of the photo-receiving device about the amount of absorption of the analyzed gas mixture in the spectral intervals of the reference and working channels, recording of information about the signal amplitude in analog memory devices, joint processing of the information of the working and reference channels, and its result is displayed on built-in digital indicators (1.

Недоліком пристрою є низька чутливість аналізу внаслідок того, що світловий потік, який несе корисний сигнал, надходить на фотоприймач упродовж дуже короткого періоду часу і необхідності, при цьому амплітудного детектування сигналів робочого та опорного каналів.The disadvantage of the device is the low sensitivity of the analysis due to the fact that the light stream, which carries a useful signal, arrives at the photoreceptor during a very short period of time and the necessity, at the same time, of amplitude detection of the signals of the working and reference channels.

Дійсно, максимальна чутливість аналізу може бути досягнута при використанні диференціальної неврівноваженої схеми обробки сигналів, тобто при детектуванні різниці потужності робочого та опорного сигналів (21.Indeed, the maximum sensitivity of the analysis can be achieved when using a differential unbalanced signal processing scheme, i.e. when detecting the difference in the power of the working and reference signals (21.

Задача корисної моделі полягає в отриманні максимальної чутливості і точності аналізу при використанні однопроменевої двоканальної схеми обробки сигналів.The task of a useful model is to obtain the maximum sensitivity and accuracy of the analysis when using a single-beam two-channel signal processing scheme.

Поставлена задача вирішується таким чином, що запропоновано абсорбційний аналізатор речовини, що містить джерело випромінювання і послідовно розташовані по ходу випромінювання робочу кювету, вузол для модуляції і зміни світофільтрів робочого і опорного каналу, що електрично зв'язаний із виходом привода, та оптично зі входом датчика положення світлофільтрів, фотоприймач, з'єднаний з першим входом системи реєстрації та обробки сигналів, другий вхід якої з'єднаний із першим виходом датчика положення світлофільтрів, якийThe task is solved in such a way that an absorption analyzer of a substance containing a radiation source and a working cuvette arranged sequentially along the radiation path, a node for modulating and changing the light filters of the working and reference channel, which is electrically connected to the output of the drive and optically to the input of the sensor, is proposed the position of the light filters, the photoreceiver connected to the first input of the system of registration and signal processing, the second input of which is connected to the first output of the sensor of the position of the light filters, which

Зо відрізняється тим, що в нього додатково вводять блок перемикання швидкості обертання світлофільтрів із коефіцієнтом уповільнення руху світлофільтрів в моменти їх знаходження в світловому потоці, рівним т-5/Оо х аТ/аС, де 5 - чутливість аналізу, Осо - величина сигналу на виході системи реєстрації при рівномірному обертанні сфітлофільтрів аналізатора після детектування і підсилення, Т - пропускання каналу в момент проходження світлофільтрів, С - концентрація аналізованого газу, при цьому вихід блока перемикання швидкості обертання світлофільтрів з'єднаний з входом привода, а його вхід з другим виходом датчика положення світлофільтрів.Zo differs in that it additionally includes a block for switching the rotation speed of the light filters with a coefficient of slowing down the movement of the light filters at the moments of their presence in the light stream, equal to t-5/Оох аТ/аС, where 5 is the sensitivity of the analysis, Oso is the magnitude of the output signal of the registration system during uniform rotation of the light filters of the analyzer after detection and amplification, T is the transmission of the channel at the time of passing through the light filters, C is the concentration of the analyzed gas, while the output of the light filter rotation speed switching unit is connected to the input of the drive, and its input to the second output of the position sensor light filters

Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На кресл. зображена схема абсорбційного однопроменевого двоканального аналізатора. Аналізатор складається з джерела випромінювання 1, робочої кювети 2, через яку прокачується аналізована речовина, вузла модулятора і зміни світлофільтрів 3, інтерференційних світлофільтрів 4, 5, робочого і опорного каналів, крокового двигуна 6, блока живлення і управління 7, генератора 8, що задає імпульси, дільника частоти 9, що керується датчиком положення світлофільтрів 10 через формувач 11, фотоприймача 12, системи реєстрації та обробки сигналу 13, індикатора 14.The essence of a useful model is explained by drawings. On the chair. the scheme of the absorption single-beam two-channel analyzer is shown. The analyzer consists of a radiation source 1, a working cuvette 2, through which the analyzed substance is pumped, a modulator assembly and changing light filters 3, interference light filters 4, 5, working and reference channels, a stepper motor 6, a power supply and control unit 7, a generator 8 that sets pulses, frequency divider 9, which is controlled by the sensor of the position of the light filters 10 through the shaper 11, the photoreceiver 12, the signal registration and processing system 13, the indicator 14.

Пристрій працює наступним чином.The device works as follows.

Світловий потік від джерела випромінювання 1 проходить через робочу кювету 2, через яку прокачується аналізована речовина. Далі світло надходить на модулятор 3, на якому закріплені світлофільтри 4 і 5. Обертання диска вузла модулятора і зміни світофільтрів З здійснюється за допомогою крокового двигуна 6 від блока живлення і управління 7. Імпульси, що управляють, надходять на блок 7 від генератора 8 через дільник частоти 9. Коефіцієнт ділення змінюється від 1 до 20 при надходженні комутуючих імпульсів з датчика положення світлофільтрів 10 через формувач 11 на дільник частоти 9 в момент проходження через світловий потік світлофільтрів.The light flux from the radiation source 1 passes through the working cuvette 2, through which the analyzed substance is pumped. Next, the light enters the modulator 3, on which the light filters 4 and 5 are fixed. The rotation of the disk of the modulator unit and the change of the light filters C is carried out using a stepper motor 6 from the power supply and control unit 7. The controlling pulses are supplied to the unit 7 from the generator 8 through the divider frequency 9. The division coefficient changes from 1 to 20 when the commutation pulses arrive from the light filter position sensor 10 through the shaper 11 to the frequency divider 9 at the time of passing through the light stream of the light filters.

Промодульований світловий потік детектується фотоприймачем 12. Пропускання світлофільтрів 4 і 5 вибрано таким чином (з врахуванням спектральних характеристик фотоприймача і джерела випромінювання), щоб сигнали, що знімаються з фотоприймача, були однакові при відсутності поглинання в робочій кюветі 2. Тоді наявність поглинаючої речовини в робочій кюветі призводить до розбалансу сигналів, що знімаються з фотоприймача. Розбаланс, що детектується, надходить на систему реєстрації і обробки сигналу, яка комутується датчиком положення світлофільтрів 10, а потім на індикатор 14.The modulated light flux is detected by photodetector 12. The transmission of light filters 4 and 5 is selected in such a way (taking into account the spectral characteristics of the photodetector and the radiation source) that the signals captured from the photodetector are the same in the absence of absorption in the working cell 2. Then the presence of an absorbing substance in the working cell cuvette leads to an imbalance of the signals taken from the photoreceiver. The detected imbalance is sent to the signal registration and processing system, which is switched by the light filter position sensor 10, and then to the indicator 14.

При зменшенні частоти імпульсів генератора 8 в 20 разів шпаруватість імпульсів, що знімаються з фотоприймача і відповідають положенню, коли світлові потоки робочого і опорного каналів відкриті, мала. Тому коефіцієнт, що враховує втрати потужності світлового потоку при модуляції, близький до 1, що забезпечує хороше відношення сигнал/шум і підвищує чутливість аналізу. При рівномірному руху модулятора шпаруватість імпульсів велика і для досягнення такого ж відношення сигнал/шум необхідне застосування більш ефективних джерел випромінювання і фотоприймачів, що не завжди можливо.When the frequency of the pulses of the generator is reduced by 20 times, the frequency of the pulses, which are taken from the photoreceiver and correspond to the position when the light streams of the working and reference channels are open, is small. Therefore, the coefficient that takes into account the power loss of the light flux during modulation is close to 1, which provides a good signal-to-noise ratio and increases the sensitivity of the analysis. With uniform movement of the modulator, the frequency of pulses is large, and in order to achieve the same signal/noise ratio, it is necessary to use more efficient radiation sources and photodetectors, which is not always possible.

Таким чином ефективність технічного рішення полягає в підвищенні чутливості аналізу, збільшення відношення сигнал/шум і зменшення похибки вимірювання. Пропонований аналізатор об'єднує переваги диференційних структурних схем (висока чутливість аналізу) та однопроменевих багатоканальних схем (висока часова стабільність показів, нечутливість до неселективних забруднень оптичних елементів).Thus, the effectiveness of the technical solution consists in increasing the sensitivity of the analysis, increasing the signal/noise ratio, and reducing the measurement error. The proposed analyzer combines the advantages of differential structural schemes (high analysis sensitivity) and single-beam multi-channel schemes (high temporal stability of readings, insensitivity to non-selective contamination of optical elements).

Корисна модель може використовуватись в наукових установах при створенні оптичних аналізаторів рідини та газу.A useful model can be used in scientific institutions when creating optical liquid and gas analyzers.

Джерела інформації: 1. пиер/Лимли. теазигтетенпі.ги/дк/есоіоду/01/034.піт - Аналог. 2. Кораблев И.В., Кулаков М.В. Некоторье способьї повьішения точности абсорбционньмх анализаторов состава веществ //Приборь и системь! управления. - 1975.- Мо 10. - С. 17-20.Sources of information: 1. Pier/Lymly. teazygtetenpi.gy/dk/esoiodu/01/034.pit - Analog. 2. Korablev I.V., Kulakov M.V. Some methods of increasing the accuracy of absorption analyzers of the composition of substances // Devices and systems! management - 1975.- Mo. 10. - P. 17-20.

Claims

20 USEFUL MODEL FORMULA Absorption analyzer of a substance containing a radiation source and a working cuvette located sequentially along the radiation path, a node for modulating and changing the light filters of the working and reference channel, which is electrically connected to the output of the drive, and optically to the input 25 of the light filter position sensor, photo receiver connected to the first input of the signal registration and processing system, the second input of which is connected to the first output of the sensor of the position of the light filters, which is distinguished by the fact that a unit for switching the rotation speed of the light filters is additionally introduced into it with a coefficient of slowing down the movement of the light filters at the moment of their location in a light flux equal to t-5/Оохат/ас, where 5 is the sensitivity of the analysis, Оо is the magnitude of the signal at the output of the registration system with uniform rotation of the light filters of the analyzer after detection and amplification, T is the transmission of the channel at the time of passing through the light filters, C is the concentration analyzed gas, while the output of the block is hiccup rotation speed of the light filters is connected to the input of the drive, and its input - to the second output of the sensor of the position of the light filters. 35 which , « and | And! G 2 shef ron AN Z j obo I I t-- KO

S Y Y ik ! z---3I she t SU ok ! zhk 7 veto and - Ya