Корреляционный анализатор газа

 

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР ГАЗА, содержащий расположенные последовательно на оптической оси светофильтр , выделяющий рабочую область спектра, маску, фокусирующую оптику и фотоприемник, связанный с системой обработки и регистрации сигнала, включающей селективные блоки, о тличающийся тем, что, с целью повьшения очности и воспроизводимости результатов измерений, увеличения срока службы устройства, он дополнительно содержит фазовращатель , генератор опорного сигнала с частотой 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) ((1) (s))4 G 01 N 21/61

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

К

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbITMA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

»

» 7

2 3 ц5 8 310 (21) 3722259/24-25 (22) 05.04.84 (46) 30.09.85. Бюл. ¹ 36 (72) В.P. Козубовский, В.Л. Голдовский и О.д. Крайслер (71) Специальное конструкторское бюро средств аналитической техники

;(53) 535.27(088.8) (56) Millan M.M., Р1ойй R.M. Remote

sensing of air pollutants Ъу correlation spectroscopy instrumental

respons characteristics. — Atmosphere

Environment. 1978, 12, р. 853-864.

ЕПВ(ЕР) заявка ¹ 0076356, кл. С Q1 N 21/31, 1983. (54)(57) КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗАТОР

ГАЗА, содержащий расположенные последовательно на оптической оси светофильтр, выделяющий рабочую область спектра, маску, фокусирующую оптику и фотоприемник, связанный с системой обработки и регистрации сигнала, включающей селективные блоки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения Точности и воспроизводимости результатов измерений, увеличения срока службы устройства, он дополнительно содержит фазовращатель» генератор опорного сигнала с частотой 1 синхронный детектор

О 7 и усилитель постоянного тока, при этом маска выполнена в виде сканирующего интерферометра Фабри-Перо с управляющим элементом. толщиной

1 где а4 — частотный период

2ag структуры характерной полосы поглощения анализируемого газа, управляющий элемент интерферометра связан через фазовращатель с первым выходом генератора опорного сигнала амплиту Ар дой 0 = — где к — коэффициент лир 20С» нейного расширения управляющего элемента; р — длина волны в максимуме пропускания светофильтра, фотоприемник дополнительно связан с первым входом дополнительного синхронного детектора, второй вход которого связан с вторым выходом генератора опорного сигнала, а выход— с входом усилителя постоянного тока, выход которого связан с управляющим элементом интерферометра, а селективные блоки системы обработки и регистрации сигнала выбраны с частотой пропускания, равной ) $0 .

1182345 2

Корреляционный анализатор газа работает следующим образом.

Рассеянное. солнечное излучение проходит через объем, содержащий анализируемый газ, и приобретает характерную спектральную структуру в области 300 нм за счет наличия интенсивных линий поглощения $0 .

Далее излучение поступает в анализатор через бленду 1, предотвращающую попадание прямого солнечного излучения, проходит интерференционный светофильтр 2,который выделяет рабочую область спектра анализатора

298 — 304 нм и попадает на интерферометр Фабри-Перо, образованный зеркалами 3 и 4. Толщину интерферометра выбирают из условия совпаде45

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании газоанализаторов, обладающих большой селективностью, 5

Цель изобретения — повышение точности и воспроизводимости.результатов измерений, увеличение срока службы устройства.

На фиг. 1 изображена схема корре- 10 ляционного анализатора газа; на фиг ° 2 — кривые зависимости пропускания от длины. волны интерференционного светофильтра, анализируемого газа, интерферометра Фабри-Перо, а 15 также эпюры сигналов, поступающих с опорного генератора и ФЭУ.

Корреляционный сигнализатор газов содержит бленду 1, светофильтр

2, интерферометр Фабри-Перо, зеркало 20

3 которого установлено неподвижно, а зеркало 4 — на пьезокерамике 5, подключенной через фазовращатель 6 к генератору 7 опорного сигнала, линзу 8, в фокусе которой установ- 25 лена диафрагма 9 и рассеивающая пластина 10, фотоприемник (ФЭУ) 11, селективный (резонансный) усилитель

12, детектор 13, основной усилитель

14, индикатор 15, усилитель 16, 30 синхронный детектор 17 и усилитель

18 постоянного тока.

На фиг. 2 показаны кривые 19 — 21 зависимости пропускания от длины волны интерференционного светофильт35 ра, анализируемого газа ($0<) и ин1 терферометра Фабри-Перо соответственно и эпюры сигналов 22 и 23, поступающих с опорного генератора и

ФЭУ соответственно. ния периода структуры SO<(d ) и

О области дисперсии интерферометра (М ): d = 1/2 ь . В данном слу 2 чае структура полос пропускания

$0 и интерферометра полностью совпадают (фиг.2, кривые 20 и 21).

Для получения на выходе интерферометра промодулированного светового потока зеркало 4 установлено на пьезокерамике 5, на которую подается управляющее напряжение звуковой частоты (100 Гц) от опорного генератора 7 через фазовращатель 6.

При этом частотное положение интерференционных максимумов периодически колеблется с той же частотой относительно своего среднего положения, совпадающего с положением полос пропускания в спектре SO, что вызывает амплитудную модуляцию светового потока, прошедшего через интерферометр на удвоенной частоте, причем амплитуда промодулированного светового потока пропорциональна интенсивности полос поглощения $02, т.е. концентрации SO в исследуемом объеме. Для получения максимальной глубины амплитудной модуляции при той же концентрации SO необходимо, чтобы частотное смещение интерференционных максимумов соответствовало изменению порядка интерференции,.т.е. в крайних точках этого смещения частотное положение m-го интерференционного максимума занимало, например, (ш-1)-й максимум. Последнее выполняется, если разность хода интерферирующих лучей изменится на величину, равную длине волны 7 этих лучей, т.е.Ь, -й „, „ =

=. mg-(rn- )à= Л . Поскольку A = 21, то толщина интерферометра должна измениться на 9/2. Для этого амплитуда сигнала опорно4 . го генератора 7 должна иметь величи9 ну ПГ Где ob коэффициент ли нейного расширения управляющего элемента интерферометра под действием прилагаемого напряжения.

Промодулированный таким образом световой поток фокусируется линзой

8 на диафрагму 9, определяющую угловое поле анализатора. Рассеивающая пластина 10, размещенная за диафрагмой, рассеивает равномерно сфокусированное излучение на фотокатод

ФЭУ 11. Сигнал, снимаемый с ФЭУ, поступает на резонансный усилитель

Составитель Л. Сихович

Редактор А. Лежнина Техред А.Бабинец Корректор В. Гирняк

Заказ 6095/39

Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул-. Проектная, 4 з 1

12, настроенный на удвоенную частоту опорного генератора, амплитудный детектор 13, основной усилитель 14 и индикатор 15, отградуированный в единицах концентрации SO .

Для устранения самопроизвольного дрейфа среднего положения полос пропускания интерферометра (маски) относительно структуры линий поглощения SO2 применена система автоподстройки маски. Для этого выход ФЭУ 11 дополнительно подключен через усилитель 16 к синхронному детектору 17, на который поступает опорное напряжение с генератора 7. При совпадении среднего положения интерференционных максимумов с максимумами пропускания в спектре поглощения

SO2 модуляция длины интерферометра прйводит к появлению на выходе фотоприемника сигнала на удвоенной частоте 2 fo опорного генератора. Сигнал же на частоте fo отсутствует. При смещении от этого среднего положения

»интерференционных максимумов на выходе фотоприемника появляется сигнал

182345 .ф с частотой f, который усиливается и детектируется синхронным детектором 17, поступает на усилитель 18 постоянного тока и подается на управляющий элемент (пьезокерамику 5j, интерферометра Фабри-Перо. Причем величина и знак напряжения", снимаемого с синхронного детектора 17, зависят от величины и направления

1О смещения среднего положения интерференционных максимумов относительно структуры линий поглощения SO a

2» также от соотношения фаз сигналов, поступающих на синхронный детектор

15 17 с ФЭУ 11 и опорного генератора 7.

Поэтому фазовращателем 6 подбирается такое их соотношение, чтобы напряжение, снимаемое с синхронного детектора 17, усиленное усилителем 18

2О постоянного тока и подаваемое на пьезокерамику 5, приводило к смеще" нию интерференционных максимумов по направлению к максимумам пропускания спектра SO, т.е. возвращало

25. к их исходному среднему положению.