Многоходовой газоанализатор

 

1. МНОГОХОДОВОЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР , содержащий источник излучения , расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых является рабочей, а другая - эталон-ной, 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 прЪтивоположных 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 межпу 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 00 личающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону верхних значений,каикдое плоское зеркало второй группы выполнено с возможностью поворота.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 G 01 N 21 61

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3485644/18-25 (22) 23.04.82 (46) 15.03.84. Бюл. Р 10 (72) О.Ф. Солдатенков, A,И. Маноим, С.М. Чернин, В.В. Солодовников, Е.Г. Барская, Е.Т. Антропов и l0.A. Богданов (71) Специальное конструкторское бюро автоматизированных гаэоаналитических систем Смоленского производственного объединения "Аналитприбор" (53) 543.422(088.8) (56) 1. Газоаналиэатор ГИАМ-1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

2. Герловин Я.И, Определение относительных оптических диаметров столкновений молекул эакиси азота оптико-акустическим методом. -"Оптика и спектроскопия", т. XIX, вып.5, 1965, с. 685-688 (прототип). (54)(57) 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, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритов устройства, кюветы уста„„Я0„„1080.076 А новлены перпендикулярно оптической оси источника излучения параллельно друг другу, и каждая иэ кювет содержит размещенные на одном основании пять зеркал, первое из которых по ходу луча — плоское зеркало — установлено напротив входного окна кю« веты 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 u 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 иэлученйя Я до зеркал первой группы, а -также от зеркал второй группы до приемника составляет 1,55-1,65F.

2. Газоанализатор по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону верхних значений,каждое плоское зеркало второй группы выполнено с воэможностью поворота.

1080076

Изобретение относится к области газового анализа и может быть использовано для контроля загрязнения окружающей среды, а также для других аналогичных задач.

Известен газоаналиэатор, содержащий источник излучения, рабочую и сравнительную камеры, модулятор и приемник излучения (1t. !

К недостаткам известного устройства относятся значительные габариты оптических узлов за счет большой длины рабочей и сравнительных камер; коническая длина рабочей и срав. нительной камер, что исключает возможность изменения предела измерения и ограничивает динамический диапазон измерений.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является многоходовой гаэоанализатор, содержащий источник излучения, расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых является рабочей, а другая — эталонной, и приемник излучения. В известном газоанализаторе оптические кюветы выполнены по схеме Уайта (2 1.

Недостатками данного газоанализатора является низкая чувствительность, обусловленная низкой светосилой системы Уайта ввиду того, что она содержит два равных по размерам и рядом стоящих зеркальных объектива, а также невозможность работы 35 гаэоанализатора с кюветами, оптическая длина которых меньше 4 (где м — конструктивная длина кюветы). Последнее обстоятельство не позволяет повысить верхний диапазон 4Q измерения, используя одну и ту же конструктивную основу, что существенно снижает динамический диапазон измерения газоанализатора.

Цель изобретения — повышение чув- 45 ствительности, уменьшение габаритов устройства и расширение диапазона измерений в сторону верхних значений.

Поставленная цель достигается тем, что в многовходовом гаэоаналиэаторе, содержащем источник излучения, расположенный между входными окнами двух идентичных многовходовых кювет, одна из которых является рабочей, а другая — эталонной, и приемник излучения, кюветы установлены перпендикулярно оптической оси источника излучения параллельно друг другу, и каждая из кювет содержит размещенные на одном основании пять 60 зеркал, первое иэ которых по ходу луча — плоское зеркало — установлено напротив входного окна кюветы под углом 45 к оптической оси источника, а остальные четыре зеркала 65 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

0,75F, 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 1,351,45F, а расстояние от источника излучения до зеркал первой группы, а также от зеркал второй группы до приемника составляет 1,55-1,65F.

Кроме того, в ноговходовом газоаналиэаторе каждое плоское зеркало второй группы выполнено с воэможностью поворота.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого многоходового газоаналиэатора.

Схема включает источник 1 излучения, боковые окна 2,1 и 2.2 рабочей и эталонной кювет, соответственно два плоских зеркала 3,1 и 3.2, установленные под углом 45О к оптической оси источника 1 излучения, две первые группы зеркал, состоящие иэ 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 зеркала 6.1.и 6,2 — плоские, установленные на подвижных основаниях, а 7.1 и 7.2 — вогнутые; выходные окна 8.1 и 8.2, приемник 9 излучения; диафрагмы 10,1 и 10 ° 2, служащие для устранения параэитной 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 излучения проходят входное окно 2,1, которое является первой диафрагмой, направляются плоским зеркалом 3.1 через вторую диафрагму 10 ° 1 на вогнутое зеркало

4,1 с фокусным расстоянием F (объектив), причем расстояние 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 отражения от плоского зеркала 6.1) с фокусным расстоянием 0,75F, выполняющем роль коллектива, который точно заполняет светом вогнутое зеркало 7.1 путем переноса освещенной поверхности плоского зеркала 6.1 в плоскость зеркала 7.1, 1080076

Поскольку расстояние от коллектива 5.1 до плоского 6.1 и вогнутого зеркала 7.1 примерно равны, то, как следует иэ формулы зеркала, упомянутое условие выполняется в том случае, когда фокусное расстояние коллектива (F ) равно половине отрезка от плоскости коллектива до плоскости противолежащих зеркал, т.е.

0,757

И наконец, вогнутое зеркало 7.1 переносит изображение освещенного коллектива через выходное окно 8.1 на приемник 9 излучения беэ увеличе- 15 ния. Так как расстояния от конденсорного зеркала до коллектива и приемника излучения примерно равны, то для переноса .изображения коллектива беэ увеличения, фокусное расстояние QQ вогнутого зеркала 7.1 выбирают авным половине отрезка между протиолежащими группами зеркал. В нашем

/случае фокусное расстояние вогнутого зеркала 5.1 и вогнутого зеркала 7,1 25 совпадают и равны согласно (I)

0,75F.(Õîä лучей в этом случае показан сплошной линией).

Если изменить угол поворота плоского зеркала 6.1, то изображение 30 входного окна, минуя зеркала 5.1 и

7 ° 1, попадает на приемник. При этом длина оптического пути уменьшается на два прохода и становится равной

lIpH этом примерно ЗФ(ХОд лучей в З5 этом случае показ;н пунктиром).

Аналогичным образом прохоцят лучи в правой эталонной кювете..

Таким образом, при максимальных габаритах камер, равных 1,35-1,45F, суммарная длина оптического пути в первом случае равна 5 (1,35-1,45)F, а во втором — 3 (1,35-1,45)F, Расстояние между группами .зеркал 4.1, 5.1 и 6.1, 7.1 определяет конструктивную длину камеры (а). Выбор конструктивной длины камеры, равной полутора фокусным расстояниям вогнутого зеркала 4.1 (объектива)(а1,5F, где F — фокусное расстояние объектива), позволяет оптимально использовать весь диаметр кюветы. Максимально допустимые размеры объектива в этом случае приближаются к площа» ди сечения кюветы, так как расположенные на стороне объектива коллектив 5.1 и выходное окно 8.1 занимает несравнимо меньшую часть сечения кюветы, Разброс величин расстояний между группами зеркал, а также расстояний от источника до зеркал первой группы и расстояний от зеркал второй группы до приемника излучения соответствует оптимальным значениям.

Отход за границы укаэанных значений связан с ухудшением параметров устройства (светосилы, расфокусировки, виньетирование, увеличение).

Чувствительность предлагаемого многоходового: гаэоанализатора почти в 4 раза выше, чем в системе

Уайта, поскольку данная конструкция многоходовой системы позволяет в 4 раза повысить ее светосилу.

Увеличение чувствительности в конечном счете позволяет существенно по высить основные метрологические характеристики газоаналиэатора (основную погрешность, стабильность, воспроизводимость). данный гаэоанализатор позволяет, не меняя конструкции оптической системы, расширить диапазон измерений в сторону верхних значений.

Имеет место существенное уменьшение габаритов кювет и соответственно уменьшение габаритов газоаналиэатора, что влечет уменьшение материалоемкости и энергоемкости изделия.

10800 76

7.1

f0

Составитель Л, Сихович

Редактор М. Келемеш Техред Л.Коцюбняк Корректор И. "Уска

Закаэ 1328/45 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4