Способ измерения расхода жидкости или газа и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения расхода жидкости или газа в системах контроля и регулирования технологических процессов и для контроля загрязнения окружающей среды. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измерения парциальных составляющих расхода различных химических компонент среды. В кольцевом резонаторе 1 формируют встречно-направленное лазерное излучение. С помощью невзаимного частотного элемента Фарадея 10 осуществляют опорный сдвиг частоты излучения встречно-направленных волн. С помощью частотомера 11, подключенного к первому фотоприемнику 6, измеряют сдвиг частоты лазерного излучения, стабилизируя при этом мощность и частоту лазерного излучения. Собственная частота излучения стабилизируется системой 13, управляющей пьезопреобразователем 8. В соответствии с полосой поглощения определенной химической компоненты среды выбирают длину волны лазерного излучения. В процессе измерений вторым фотоприемником 7 регистрируют потери мощности лазерного излучения, обусловленные его поглощением в среде, сигнал фотоприемника 7 после усиления используют для управления системой стабилизации 14 мощности излучения и системой 13 стабилизации частоты излучения /периметра резонатора/. Одновременно вносят дополнительный сдвиг частоты излучения встречно-направленных волн с помощью блока 16 частотно-импульсной модуляции, входом подключенного к выходу системы стабилизации 14, а выходом - к системе управления 19 невзаимного элемента Фарадея 10. Измеряя дополнительный сдвиг частот, направляют парциальный выход контролируемой химической компоненты среды. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4607758/24 (22) 15.09.88 (46) 30.08.91. Бюл. N. 32 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) С.П.Голубков, В.Н.Зайцев. В.П.Маслов, В.Л.Степченко. П.М,Таланчук, В.М.Татаринцев и Б.А,Шматко (53) 681.121 (088.8) (56) Крылов П.С. и др. Стабилизированный кольцевой лазер для измерения расхода газа. — "Измерительная техника", 1980, М 12, с. 50-51, Ринкевичюс Б.С. Лазерная анемометрия. М,: Энергия, 1978, с. 132. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения расхода жидкости или газа в системах контроля и регулирования технологических процессов и для контроля загрязнения окружающей среды. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей эа счет измерения парциальных составляющих расхода различных химических компонентов среды. В кольцевом резонаторе 1 формируют встречно-направленное лазерное излучение. С

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения парциального расхода газа или жидкости, например, в системах контроля и регулирования .технологических процессов различных производств на предприятиях

„,Я „„1673924 А1 (я)«6 01 N 21/39, G Ot P 3/36 помощью невзаимного частотного элемента

Фарадея 10 осуществляют опорный сдвиг частоты излучения встречно-направленных волн. С помощью частотомера 11. подключенного к первому фотоприемнику 6, измеряют сдвиг частоты лазерного излучения, стабилизируя при этом мощность и частоту лазерного излучения, Собственная частота излучения стабилизируется системой 13. управляющей пьезопреобразователем 8. В соответствии с полосой поглощения определенной химической компоненты среды выбирают длину волны лазерного излучения. В процессе измерений вторым фотоприемником 7 регистрируют потери мощности лазерного излучения, обусловленные его поглощением в среде. сигнал фотоприемниа 7 после усиления используют для управления системой стабилизации

14 мощности излучения и системой 13 стабилизации и частот излучения (периметра резонатора). Одновременно вносят дополнительный сдвиг частоты излучения встречно-направленных волн с помощью блока 16 частотно-импульсной модуляции, входом подключенного к выходу системы стабили- О«« зации 14, а выходом — к системе управления 19 невзаимного элемента Фарадея 10. (Д

Измеряя Дополнительный сдвиг частот на- О правляют парциальный выход контролируемой химической компоненты среды. 1 ил. электронной и химической промышленностей. а также для контроля загрязнения окружающей среды.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известных способа и устройства за счет измерения

1673924.т(в)) = Jp((z)) е

-K(6) jI парциальных составляющих расхода различных химических компонент исследуемой среды.

На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ измерения.

Устройство содержит кольцевой лазер

1, резонатор которого имеет, например, четыре зеркала 2-5. С первым и вторым зеркалами 2 и 3 оптически согласованы соответственно первый и второй фотоприемники 6 и 7. На зеркале 4 установлен пьезопреобразователь 8, служащий для стабилизации периметра резонатора. В корпусе кольцевого лазера размещены измерительная каретка 9 и невзаимный частотный элемент Фарадея 10. Фотоприемник 6 подключен к частотомеру 11, Фотоприемник 7 подключен к усилителю 12, который соединен с системой 13 стабилизации периметра и системой 14 стабилизации мощности. Система 14 стабилизации мощности управляет работой блока питания 15 разряда, а также частотно-импульсным модулятором 16. Выход катода соединен с блоком поджига 17. Система термостабилизации 18 стабилизирует температуру невзаимного элемента Фарадея. Выход частотно-импульсного модулятора 16 соединен с системой управления 19 током подмагничивания.

Устройство работает следующим образом.

Кольцевой лазер 1 (фиг.1) возбуждается постоянным напряжением от блока поджига 17, подаваемым на катод, и от блока питания 16 разряда, соединенного с анодами.

При этом между анодом и катодом прикладывается постоянное напряжение примерно 2 кВ. В резонаторе лазера возникает два световых пучка, движущихся по кольцу в противоположных направлениях. Частоты излучения пучков изменяются при наличии в резонаторе элементов с независимыми оптическими свойствами. Таким элементом в лазерном парциальном расходомере является кювета 9 с движущимся по ней потоком среды, пересекающей лазерные лучи под углом, не равным 90 . При этом изменение частоты встречных волн пропорционально интегральной по пути луча скорости потока.

Изменение частоты регистрируется первым фотоприемником 6 и измеряется частотомером 11.

Для контроля парциального расхода химической компоненты среды устанавливается длина волны излучения лазера, совпадающая с полосой поглощения определяемой компоненты. Спектроскопия поглощения внутри резонатора для колебательно-вращательных спектров мо10

55 лекулы основана на использовании закона

Бугара-Бера где J((i)) и Jo((i>) — спектральные интенсивности излучения с поглощением компоненты среды в резонаторе лазера и беэ поглощения;

К(ь) — коэффициент поглощения исследуемой линии;

1- длина пути пучка в среде, Изменение мощности излучения в резонаторе, обусловленное поглощением, измеряется вторым фотоприемником 7 и усиливается усилителем 12. Напряжение с выхода усилителя 12 поступает на систему

13 стабилизации периметра и систему 14 стабилизации мощности. Система стабилизации периметра вырабатывает напряжение, подаваемое на пьеэопреобразователь

8, который деформирует тонкое зеркало 4 и стабилизирует длину резонатора, стабилизируя экстремальным методом частоту излучения лазера. Система 14 стабилизации мощности вырабатывает напряжение, которое управляет током разряда блока питания

15 лазера, и стабилизирует астатическим методом изменения мощности до заданного уровня. Напряжение с системы 14 стабилизации мощности поступает в блок 16. который осуществляет частотно-импульсную модуляцию сигнала. Таким образом, сигнал на выходе блока 16 является функцией концентрации исследуемой компоненты среды, Для понижения порога чувствительности к расходу измеряемой среды в резонаторе кольцевого лазера размещен независимый элемент Фарадея, который управляется от системы управления 19 током подмагничивания. Этим создается опорная разностная частота биений, например 1 кГц. Сигнал с выхода блока 16 поступает в систему управления 19 током подмагничивания. Благодаря этому разностная частота лучей в резонаторе пропорциональна произведению расхода газа на парциальную концентрацию компоненты среды или пропорциональна парциальному расходу среды. Фотоприемник 6 принимает сигнал раэностной частоты, а с помощью частотомера 11 производится отсчет показаний парциального расхода измеряемой компоненты среды, Для уменьшения температурной погрешности измерения разностной частой ы невзаимный элемент Фарадея поддержива ется при постоянной температуре с помощью системы термостабилизации 18

1673924

Формула изобретения

1. Способ измерения расхода жидкости или газа, заключающийся в формировании встречно-направленного лазерного излучения в кольцевом резонаторе, осуществлении опорного сдвига частоты излучения встречно-направленных волн, пропускании исследуемого потока через измерительныи участок кольцевого резонатора, измерении сдвига частоты лазерного излучения, при этом стабилизируют мощность и частоту лазерного излучения, определяют по измеренному сдвигу частоты скорость потока по которой судят о расходе жидкости или газа, отличающийся тем, что, с целью ра".ширения функциональных возможностей способа за счет измерения парциальных составляющих расхода различных химических компонент исследуемой rреды, выбирают длину волны лазерного излуче ния в соответствии с полосой поглощения определенной химической компоненты среды, при измерении сдвига частот одновременно дополнительно измеряюг потери мощности лазерного излучения в кольцевом резонаторе, при этом полученныи сигнал используют в качестве управляющего сигнала для сигнализации о мощности и астот лазерного излучения, а также вносят дополни -..льный сдвиг часто излучения встречно-направленных волн, пропорцппнальн .. и измеренным погерям могц со и излучения, по которому судя r о пасц льнои составля5 ющей расхода.

2, Устройство для измерения расхода жидко-ти или газа, содержащее лазер с кольц< вым резонатором термостабилизиро анный невзаимный ч статный элемент

10 Фарадея систему стабилизации периметра резонатора, сис)ему стабилизации мощности излучения. первый фотоприемник, оптически согласованный с первым выходным зеркалом резонатора, выходом подк, ючен15 ныи к частотомеру. о т л и ч а r0 щ е э с я тем, что, с целью расширения функциональных и .змохсностей, в него введень послеро,ательно соединен ые второ, фогоприем,а.к. оптически согласованный с вторым выход20 ным зеркалом резонатора и усили ель, частотно-импульсный модулятор, -,))vl этом выходы усилителя подключены к входу истемы стабилизации периметр,." r)Qзонатора и к входу системы стабилизации мощности

25 излучения. выход которой подключен к входу частотно-импульсного модулятора, вы>сд которого псдключен к управляющему входу невзаимного частотного элемента

Фарадея,