Флуоресцентный газоанализатор

 

Изобретение относится к устройствам для количественного газового анализатора, работающим на принципе флуоресценции, и может быть использовано для анализа атмосферного воздуха. Цель изобретения - повышение точности и стабильности измерения . Это достигается тем, что в газоанализаторе , содержащем импульсный источник излучения, флуоресцентную камеру с входным окном, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник и блок обработки информации, установлен люминофор , оптически связанный с источником излучения и вторичной оптической системой , при этом спектральная область свечения люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ COHETCKMX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (t)s G 01 N 21/64

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4177907/63 (22) 06,01.87 (46) 23.12.91. Бюл. N 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения (72) С,В.Сухотерин, И.Л.Михеева, В,П.Филиппов и М,В.Гаврин (53) 535.37 (088.8) (56) Патент США М 3845309, кл. 250-365, 1974.

Авторское свидетельство СССР

N 4469946, кл. 250-373, 1984. (54) ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТ0Р (57) Изобретение относится к устройствам для количественного газового анализатора, работающим на принципе флуоресценции, Изобретение относится к аналитической технике, а именно к устройствам для количественного газового анализа, работающим на принципе флуоресценции и предназначенным для непрерывного автоматического анализа загрязняющих веществ в воздухе.

Известны флуоресцентные газоанализаторы для определения загрязняющих веществ в газовых средах. в частности S02, NO, ИО2, СО, СОг, содержащие источник возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник, расположенный под прямым углом к направлению возбуждающего излучения, регистрирующий сигнал, пропорциональный флуоресцентному излучению измеряемого

ÄÄ5U ÄÄ 1700449 Al и может быть использовано для анализ:. атмосферного воздуха. Цель изобретения— повышение точности и стабильности измерения. Это достигается тем, что в газоанализаторе, содержащем импульсный источник излучения, флуоресцентную камеру с входным окном, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник и блок обработки информации, установлен люминофор, оптически связанный с источником излучения и вторичной оптической системой, при этом спектральная область свечения люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества. 1 з,п.ф-лы, 1 ил, компонента и энергии рассеянного излучения, а также блок обработки информации, содержащий одноканальную электронную схему, работающую по принципу непосредственного отсчета.

К недостаткам газоанализаторов относится снижение точности вследствие наличия рассеянного (фонового) излучения, Наиболее близким к предлагаемому является флуоресцентный гаэоанализатор, содержащий импульсный источник возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру, первичную и вторичную оптические системы, два фотоприемника, один из которых (фотоэлектронный умножитель) расположен под прямым углом к возбуждающему излучению и регистрирует сигнал, пропорциональный флуоресцентному излучению

1700449

10 измеряемого компонента и энерпли p8ocGянного излучения (измерительный канал), а второй фотоприемник (вакуумный фотодиод) расположен вдоль оптической оси источника излучения и регистрирует сигнал., пропорциональный его интенсивности (сравнительный канал), блок обработки информации, содержащий двухканальную электронную схему, обеспечивающую вычитание сигналов, поступающих по изме рительному и сравнительному каналам, а также схему измерения отношенкя пол ученной разности к сигналу канала срав,нения.

К недостатку известного газоэнализатора относится наличие двух фотоприемников и двух электронных каналов измерения, из менение параметров во времени и при воз,действии внешних факторов не может быть абсол ютно идентичным, поэтому здесь имеет место погрешность, вызванная различной нестабильностью приемников ,излучения и элементов электронной схемы.

,Не устраняется также погрешность из-за ! нестабильности вторичной оптической сис,, темы, которая может быть вызвана загряз, нением выходного окна флуоресцентной камеры или разьюстировкой оптической си стемы.

Цель изобретения — повышение точности и стабильности измерения флуоресцен1ного газоанализатора.

Фл оресцентный газоаналиэатор, содержащий импульсный источник возбуждающего излучения, флуоресцентную ,камеру, первичную и вторичную оптиче, ские системы,, фотаприемник, блок обра ботки информации, снабжен источником калибровочного сигнала, представляющим собой люминофор, оптически связан ный с источником излучения с помощью, световода и вторичной оптической систе мой, при этом спектральная область свечения люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества.

На чертеже представлена схема флуоресцентного газоанализатора.

Флуоресцентный гаэоанализатор содержит импульсный источник 1 возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру 2, первичную 3 и вторичную 4 оптические системы, содержащие фокусирующую оптику 5, первичный 6 и вторичный светофильтры, фотоприемник 8, расположенный под прямым угло л к направлению возбуждающего флуоресценцию анализируемого компонента излучения, элементы газовой схемы 9, 20

Ц обеспечивающие очистку от пыли и осушку анализируемой пробы, прохождение ее с заданным расходом и давлением через флуоресцентную камеру, световод 10, характеристический люминофор 11, входное окно

12, блок 13 обоаботки информации, цифровой показывающий прибор 14 и блок 15 синхронизации.

Газоанализатор работает следующим образом.

В режиме работы "Нуль" через флуоресцентную камеру 2 прокачивается анализируемая проба, осушенная и очищенная от пыли и анализируемого компонента ("нулеeoA" газ). Возбуждающее излучение от источника 1 фокусируется с помощью оптики

5 во флуоресцентной камере. Первичный светофильтр 6 служит для выделения спектральной области возбуждения флуоресценции анализируемого компонента. Из-за несовершенства спектральных характеристик первичной оптической системы в камеру в момент вспышки лампы поступает излучение как в узкой спектральной области возбуждения флуоресценции анализируемого компонента, так и в области его флуоресценции, но во много раз меньшей интенсивности.

При прохождении через камеру "нулевого" газа в ней наблюдается только лишь рассеянное стенками излучение, пропорциональное интенсивности возбуждающего излучения, которое, пройдя вторичную оптическую систему 4, попадает на фотокатод фотоприемника 8. В это же время возбуждающее излучение, пройдя первичную оптическую систему 3, световод 10, попадает на характеристический люминофор 11, который начинает флуоресцировать в той же спектральной области, что и анализируемый компонент. Флуоресцентное свечение люминофора, пропорциональное интенсивности возбуждающего излучения, пройдя входное окна 12, флуоресцентную камеру, вторичную оптическую систему 4, попадает нэ фотокатод фотоприемника.

После прекращения вспышки источника излучения флуоресцентное свечение люминофора начинает медленно затухать (время жизни r = 10 — 10 с) по экспоненциальному закону, Интенсивность флуоресцентного излучения характеристического люминофора в начальный момент затухания пропорциональна энергии поглощенного возбуждающего излучения, Это затухающее излучение, пройдя входное окно 12, флуоресцентную камеру, вторичную оптическую систему 4, попадает на фотокатод фотоприемника. До начала следующего импульса возбуждающего излучения флуоресцент1700449 ное послесвечение люминофора полностью затухает.

Таким образом, в режиме "Нуль" в мо. мент вспышки лампы на фотоприемник поступает фоновое излучение, состоящее из 5 рассеянного стенками камеры и флуоресцентного излучений люминофора. Преобразованное в электрический сигнал фоновое излучение после фотоприемника 8 поступает в блок 13 обработки информации. После 10 прекращения возбуждения, т.е. в период между вспышками лампы, на фотоприемник поступает медленно затухающее флуоресцентное излучение от характеристического люминофора, несущее информацию о ста- 15 бильности источника излучения и оптической системы. Преобразованное в электрический сигнал это излучение после фотоприемника поступает в блок обработки информации. В этом блоке сигналы, посту- 20 пающие в момент вспышки и в промежутках между вспышками, запоминаются. Затем производятся операции вычитания и деления и на цифровом табло показывающего прибора 14 высвечиваются показания в 25 единицах концентрации анализируемого компонента. B режиме "Нуль" в пробе отсутствует анализируемый компонент и на цифровом табло высвечиваются нулевые показания. Блок 15 синхронизации служит 30 для обеспечения синхронной работы источника 1 излучения и блока 13 обработки информации.

В режиме "Измерение" через флуоресцентную камеру прокачивается проба, со-.35 держащая анализируемый компонент. Во флуоресцентной камере в момент вспышки лампы, помимо фонового, возникает флуоресцентное излучение, пропорциональное концентрации анализируемого компонента 40 в пробе, и в блок обработки информации после фотоприемника поступает сигнал, пропорциональный сумме флуоресцентного и фонового излучений.

Флуоресцентное излучение анализируемого компонента затухает практически сразу же после прекращения возбуждения, а в период между вспышками на фотоприемник поступает тот же сигнал, что и в режиме "Нуль". В блоке обработки информации в режиме "Измерение" производятся те же операции, что и в режиме

"Нуль", и на цифровом табло высвечиваются показания о концентрации анализируемого компонента в пробе.

Формула изобретения

1. Флуоресцентный гаэоанализатор, содержащий импульсный источник излучения, флуоресцентную камеру с входным окном, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник и блок обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерения, газоанализатор снабжен источником калибровочного сигнала, представляющим собой люМинофор, оптически связанный с источником излучения и вторичной оптической системой, при этом спектральная область свечения люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества.

2. Гаэоанализатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем,. что люминофор связан с источником излучения с помощью световода, второй торец которого оптически сопряжен с входным окном флуоресцентной камеры.

1700449

ВыхОд 8Q3Q

Составитель M,Ïàíòåëååâ

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор И.Шулла

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4463 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при! КНТ СССР

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