Оптический измеритель концентрации газа

 

Изобретение может быть использовано для селективного контроля содержания газообразных веществ. Целью изобретения является повышение воспроизводимости результатов измерения и снижение порога обнаружения определяемого газа. Оптический измеритель содержит коллиматор, управляемый интерференционно-поляризационный светофильтр и двухканальную схему обработки сигнала. Применение в светофильтре фотоупругого модулятора в совокупности с двухканальной схемой обработки позволяет существенно снизить влияние как оптических, так и электрических помех на результаты измерений. 1 ил.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 N 21/61

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ .СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 фг г,, "-Pt

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

o . э (21) 3905715/31-25 (22) 04.06.85 (46) 28.02.87. Бюл. )) 8 (71) ЛГУ им. А.А.Жданова (72) В.А.Новиков, А.А.Авдеенко, А.А.Ганеев и В.Г.Слонов (53) 535.27 (088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1182345, G Of N 21/61, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У !156467, кл. G 01 N 21/61, 1982. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА (57) Изобретение может быть использовано для селективного контроля содержания газообразных веществ. Целью изобретения является повышение воспроизводимости результатов измерения и снижение порога обнаружения определяемого газа. Оптический измеритель содержит коллиматор, управляемый интерференционно-поляризационный светофильтр и двухканальную схему обработки сигнала. Применение в светофильтре фотоупругого модулятора в совокупности с двухканальной схемой обработки позволяет существенно снизить влияние как оптических, так и электрических помех на результаты измерений. 1 ил.

1293585

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для селективного контрОля содержания газообразных веществ.

Цель изобретения — повышение воспроизводимости результатов измерения и снижение порога обнаружения определяемого газа.

На чертеже изображена структурная схема измерителя, 10

Оптический измеритель концентрации газа включает коллиматор 1, светофильтр 2, интерференционно"поляриэационный светофильтр 3, состоящий иэ скрещенных поляризаторов 4 и 5, двулучепреломляющей пластины 6 и пластины 7 из изотропного фотоупругого материала, соединенной с пьезоэлектрическим преобразователем 8, фотодетектор 9, первые усилитель 10 и синхродетектор 11, вторые усилитель 12 и синхродетектор 13, фазосдвигающий элемент 14, схему 15 вычитания сигналов, регистратор 16 и генератор 17, являющийся одновременно генератором опорного сигнала и блоком питания преобразователя 8.

Оптический измеритель работает следующим образом.

В спектральном распределении светового потока, прошедшего от источника излучения через среду, содержащую определяемый гаэ, появляется характерная периодическая структура— поЛосы поглощения, разделенные спект- 35 ральными интервалами шириной Ь % г

Полосовой спектральный светофильтр

2 вырезает рабочую спектральную область. Пропускание интерференционно-поляризационного светофильтра 3 40 имеет периодический характер с расстоянием между максимумами пропускания где d — толщина двулучепреломляю— щей пластины, и и и — показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей.

Выбирая толщину d иэ условия а Ъ, можно получить све тофильтр 3 со спектром пропускания, скоррелированным со спектром поглоще— ния определяемого газа.

Пластина 7 с пьезоэлектрическим лреобразователем 8 используется для поочередной перестройки пропускания фильтра 3 с длин волн, соответствующих линиям поглощения определяемого

rasa, на смежные интервалы, отстоящие на а „ . Это осуществляется следующим образом.

В исходном состоянии пластина 7 не изменяет пропускания светофильтра 3. При возбуждении пьезопреобразователем 8 механических колебаний с частотой f в пластине 7, изготовленной из фатоупругого материала, появляется наведенное двулучепреломление. Подбирая амплитуду деформации, можно обеспечить внесение с помощью пластины 7 дополнительного сдвига фазы f q = + iil2, что приводит к смещениям спектра пропускания интерференционно-поляриэационного светофильтра на величину + ЬЯ, .

Далее фотодетектор 9 преобразует световой поток в электрический сиг-. нал, меняющий"я с частотой, вдвое превышающей частоту модуляции. Этот сигнал усиливается усилителями 10 и 12 и детектируется синхродетекторами 11 и 13, работа которых синхронизирована с работой генератора 1.7.

Второй синхродетектор 13 детектирует переменный сигнал, сдвинутый по фазе относительно модулирующего сигнала на /2, что обеспечивается с помощью фазосцвигающего элемента

14, соответствующий пропусканию интерференционно-поляризационного светофильтра 3 вне линий поглощения определяемого газа. Таким образом, канал регистрации, образованный усилителем 12 и синхродетектором 13, формирует сигнал, не зависящий от наличия определяемого газа — нулевой

У сигнал. Канал, образованный усилителем 10 и синхродетектором 11, формирует сигнал, равный сумме нулевого сигнала и сигнала, обязанного поглощению света определяемым газом.

Разность этих сигналов, выделяемая схемой 15 вычитания и пропорциональная концентрации определяемого газа, регистрируется регистратором 16.

В оптическом измерителе фотоупругий модулятор, возбуждаемый на резонансной частоте собственных колебаний, имеет при высоком значении частоты модуляции (десятки килогерц) высокую добротность при низких уровнях возбуждения, RBcbMa высокую стабильность частоты моду1293585

Составитель О. Голубев

Техред M.Êoäàíè÷ Корректор О.Луговая

Редактор Е,Копча

Заказ 377/46 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4 ляции (+ 10 ) . Благодаря этому полосу пропускания регистрирующего устройства можно выбрать узкой (доли герц), что в сочетании с высокой частотой модуляции позволяет дискриминировать низкочастотные флуктуации сйгнала. Рабочий элемент модулятора— пластина из изотропного материала (кварц плавленый, стекло и т.д.), обладая- высокой пространственной однородностью, не вносит дополнительных флуктуаций в сигнал. Двухканальная схема регистрации построена таким образом, что позволяет отделить полезный (рабочий)сигнал от переменного нулевого.

Таким образом, повышается воспроизводимость и снижается предел обнаружения определяемого газа, а также расширяются границы оптической облас- 20 ти исследуемого излучения.формула изобретения

Оптический измеритель концентрации газа, включающий расположенные последовательно коллиматор, управляемый интерференционно-поляризационный светофильтр, состоящий из двух скрещенных поляризаторов, между которыми раэмешены двулучепреломляющая пластина с осью, перпендикулярной оптической оси измерителя, и переключающий элемент, соединенный последовательно фотодетектор, уси--литель, синхроцетектор, а также генератор, соединенный с переключающим элементом и синхродетектором, и регистратор, о т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения воспроизводимости результатов измерений и снижения порога обнаружения определяемого газа, он дополнительно содержит второй усилитель, второй синхродетектор, фазосдвигающий элемент и схему вычитания сигналов, причем входы первого и второго усилителей соединены между собой, выход второго усилителя соединен с входом второго синхродетектора, второй синхродетектор, соединен с генератором через фаэосдвигающий элемент, выходы первого и второго синхродетекторов соединены с входом схемы вычитания сигналов, выход которой соединен с регистратором, а переключающий элемент выполнен в виде пластины из изотропного фотоупругого материала, жестко связанной с пьезоэлектрическим преобразователем.