Корреляционный спектрометр

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 3788905/25. (22) 11.09.84 . (46) 30.12.93 Бюл Мя 47-48 (7t) Главная геофизическая обсерватория ,имАИ,Воейкова (72) Белобородов ВЯ. (73) Белобородов ВВ (54) КОРРЕЛЯЦИОННЬ}Й СПЕКТРОМЕТР (57) Корреляционный спектрометр, включающий оптически сопряженные зеркало, обтюратор,.снабженный мотором и первым датчиком фазы, кюветы, заполненные исследуемым газом, диафрагму калибровочные кюветы,.приемник излучения, соединенный через усилитель с блоком автоматической регулировки усиления и фазовой дискриминатор, соединенный с выходным каскадом, отличающийся тем; что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит диск re крайней мере с тремя инфракрасными фильтрами, снабженный вторым датчиком фазы, редуктор, блок (В) SU (1Ц Х235321 А3 (51) 5 001ХИ 35 ключей, блок синхронизации, запоминающие устройства, вычитающие уаройства, ключ. блок расчета, причем второй датчик фазы соединен с первым входом блока синхронизации, выходы которого соединены с входами блока автоматической регулировки усиления; фазового дискриминатора, ключа блока ключей и блока расчета, первый выход блока, автоматической регулировки усиления. соединен с входом блока расчета, а второй — с блоком ключей, первый выход KQTGpol соединен с фазовым дискриминатором, а остальные выходы — с входами запоминающих устройств, выходы каждой пары запоминающих устройств соединены с входами соответствующих вычвтающих устройств, выходы которых соединены с входами блока расчета, причем мотор одновременно связан с диском с ИК-фильтрами и с обтюратором через редуктор, первый датчик фазы соединен с вторым входом блока синхронизации, а выход выходного каскада соединен с входом блока расчета

1235321

У трайство относится к области контроля загрязнения атмосферы, в частности, к приборам для измеренля общего содержания газов и может быть использовано для дистанционного измерения общего содержания газов в атмосфере, преимущественно в факелах промышленных предприятий.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей спектрометра.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Устройство включает зеркало 1, которое отражает излучение в направлении приемника излучения 2, обтюратор 3, приводимый во вращение мотором 4 через редуктор 5 и пропускающий отраженное зеркалом излучение попеременно через кюветы 6, 8 и 7, 9, заполняемые исследуемым тазом, за которыми находится диск 10 с ИК-фильтрами, приводимый во вращение мотором 4 так, что излучение, проходящее попеременно через каждый из его фильтров и ограниченное диафрагмой 11, попадает иа приемник излучеиия" 2, калибровочные кюветы 12, и электронные блоки, включающие усилитель

13, фазовый дискриминатор 14, блок синхронизации 15, блок автоматической регулировки усиления 16, выходной каскад 17, первый датчик фазы 18, второй датчик фазы

l 9, блок кл;.очей 20 ключ 21, запоминающие устройства. 22-27, ьычитающие устройства

28-30, 6pGK pBc !8Té 31 и фильтры 32 — 34.

Устройство работает следующлм образам

YK-излучение, отклоняемое зеркалом 1 илл без него), через обтюратар 3 поступает на систему из четырех кювет 6-9, В адиай паре к авет, например 8 и 6, кювет.: заполнены одинаковым количествам газа, в другой паре одна кювета, напрймер 7, пустая, а вторая (9) заполнена и рлблизительио дьойным количеством газа.

Заполнение может быть и другим.

Далее через один из фильтров диска с фильтрами и диафрагму 11 излучение попадает на приемник излучения 2. Диск 10 с фильтрами имеет три фильтра, вставленные по окружности диска. Один из фильтров. например 32, имеет полосу пропускания, совпадающую с полосой измеряемого газа.

Второй и -ретий (33, 34) фильтры подобраны таким образом, чтобы совместно с фильтром 32 образовать набор для измерения энергий излучения е1. Eр исз с последующим вычислением температуры факела в блоке расчета 31, Скорость вращения обтюратора 3 должна быть такай, чтобы в течение прохождения одного из фильтров диска с фильтрами за кюветами 6-9 обтюратор 3 успевал сделать количество оборотов достаточное для работы запоминающих устройств 22, 24, 26. Для этого он приводится во вращение мотором

4 через редуктор 5.

Электрический сигнал с выхода приемника излучения 2 усиливается в усилителе

13; Блок 16 поддерживает сигнал на выходе усилителя 13 постоянным во время прохож10 дения фильтра 32 за кюветами 6-9, когда обтюратор 3 открывает только одну пару кювет, например 6, 8, Все остальное время блок 16 поддерживает коэффициент усиления усилителя 13 неизменным, Сигнал с вы15 хода блока 16 характеризует величину интенсивности l{k) и поэтому поступает в

-. блок расчета 31, на вход регулирования усиления усилителя 13. Далее сигнал с выхода блока ключей 20 распределяется следующим образом. С выхода блока ключей 20 на фазовый дискриминатор 14 и ключ 21 сигнал поступает во время прохождения фильтра

32 перед кюветами 6-9 как от кювет 7, 9, так и от кювет 6, 8.

На выходе фазового дискриминатора образуется сигнал. пропорциональный разности сигналов от кювет 7, 9 и 6, 8, т.е. пропорциональный количеству газа в факеле. С выхода выходного каскада 17 снимает30 ся . сигнал, равный постоянной составляющей сигнала на выходе блока 14.

Ключ 21 пропускает сигнал только от кювет

6, 8. С выходов 3, 5 блока ключей 20 снимается сигнал при прохождении за измери35 тельными кюветами фильтров 33 и 34 соответственно, когда обтюратор 3 открывает кюветы 6 и 8. Та есть на входы запоминающих устройств 22, 24, 26 поступают пачки импульсов при прохождении излуче40 ния через фильтры 32, ЗЗ, 34, через кюветы

6 и 8.

Благодаря действию блока 16 на входе фазового дискриминатора появляется нормированный сигнал, пропорциональный ко45 личеству измеряемого газа в факеле. На входах запоминающих устройств 22, 24, 26 появляются сигналы, используемые для вычисления температуры факела. Оии также нормированы, но все же для вычисления

50 температуры факела используется три, а ие два спектральных интервала. Это связано с тем, что в отличие от металлургии температура факела может быть сравнимой с температурой внутри корпуса спектраметра и изменения температуры внутри корпуса прибора вносят значительнь и вклад в сигнал, На входы запоминающих ус1райств 23.

25. 27 поступают сигналы, роп рциаиальные излучению слмага ли<::.. ) - r ильтрл1235321

20

55 ми, когда приемник излучения направлен на районы диска 10, находящиеся между фильтрами 32, 33, 34. Таким образом, на выходах вычитающих устройств 28-30 образуется сигнал, пропорциональный энергиям излучения, проходящим через фильтры 32, 33, 34 от факела и не зависящий от температуры внутри корпуса и рибора.

Перед проведением измерений в поле зрения приемника излучения попеременно вводятся калибровочные кюветы 12 для получения калибровочной линии. Обычно применяются две кюветы.

Блок 16, блок ключей 20, ключ 21, фазовый дискриминатор 14 и блок расчета 31 управляются блоком синхронизации 15, который, в свою очередь, управляется сигналами с первого 18 и второго 19 датчиков фазы. Блок синхронизации 15 представляет собой устройство, выполненное на логических микросхемах. Первый датчик фазы 18 представляет собой одну пару фотодиодсветодиод, а второй датчик фазы 19 — две пары фотодиод-светодиод.

Блок расчета 31 выполняется на базе" микроЭВМ, обладающей достаточным быстродействием или на базе быстродействующего микропроцессорного комплекта.

Использование такого блока расчета позволяет внести в него данные о влажности воздуха, расстоянии между факелом и прибором и таким образом учесть влияние поглощения сигнала атмосферой.

Кроме того, использование блока расчета позволяет рассчитывать выброс измеряемого газа, параметры диффузии и т.д.

Формула изобретения

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ СПЕ1(ТРОМЕТР, включающий оптически сопряженные зеркало, обтюратор, снабженный мотором и первым датчиком фазы, кюветы, заполненные исследуемым газом, диафрагму, калибровочные кюветы, приемник излучения, соединенный через усилитель с блоком автоматической регулировки усиления, и фазовый дискриминатор, соединенный с выходным каскадом, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит диск по крайней мере с тремя инфракрасными фильтрами, снабженный BTopblM датчиком фазы, редуктор, блок ключей, блок синхронизации, запоминающие устройства. вычитающие устройства, ключ, блок расчета. при«.м в ооой датчик фазы соединен Г п ;!! i !; > n: ОдОм )лака синхраРабота корреляционного сггектраметра не зависит от высоты Солнца и может проводиться круглосуточно. Это следует из того факта, 4ТО работа спектрометра проводится в инфракрасной области излучения, а в этой области все тела излучают определенное количество энергии и в том числе атмосфера и факел.

Наличие сплошной, даже низкой облачности не является препятствием для проведения измерений. Это положение подтверждается тем же фактом. работы спектрометра в инфракрасной области, так как облака тоже излучают энергию и энергии рассеянной солнечной радиации в отличие от прототипа не требуется..

Корреляционный спектрометр учитывает собственное излучение факела, что существенно повышает точность измерения, При достаточно высокой температуре факела по сравнению с фоном измерения проводятся согласно эмиссионному методу. (56) Hewcomb G.S. апа all. Theory, applications, and ResUlts of the Long-Line

Correlation Яресь ometer — lE E E

Transactions on geoscience е!естгоп1сэ, 1970, Vohge-8, N 3, р.149-157.

Николаев А.Н., Пегоев А.Н., Фетисова

Е.И., Фридман Ш.Д. Дистанционные иэ лерения содержания сернистого газа в выбросах труб тепловых электростанций с помощью радиаметра корреляционного типа, Вопросы контроля загрязнения природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, с. 67, низации, выходы которого соединены. с входами блока автоматической регулировки усиления, фазового дискриминатора, ключа блока ключей и блока расчета, первый выход блока автоматической регулировки усиления соединен с входом блока расчета, а второй - с блоком ключей, первый выход которого соединен с фазовым дискриминатором, а остальные выходы - с входами эапомина ощих устройств, выходы каждой пэры запоминающих устройств соединены с входами соответствующих в.. итающих устройств, выходы которых соединены с входами блока расчета, причем мотор одновременна связан с дискам с ИК-фильтрами и с абтюратором черв.. педуктор, первый датчик фазы соединен вторым входом блока синхронизации, а выход выходного каскада соединен с входом блока расчета.

1235321

fIg;<:ì< . < << . .<;< .«<: < ..« .ль<,< ««<< °

Редактор К,Коляда

Заказ 346"

Составитель В.Петухов

Техред M.Ìoðråíтэл Корректор Н.Милюкова

1ираж Подписное

НГ10 "Поиск" Роспатента

113Ю Москва, Ж-35, Раушская «аб., 4/5