Корреляционный газоанализатор

 

Использование: изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ. Сущность: излучение от источника, прошедшее через анализируемую смесь, поочередно пропускается через опорную и две корреляционные кюветы с различными поглощающими массами газа аналогичного измеряемому компоненту. Синхронно с модуляцией излучения в блоке информационного разностного сигнала формируется сигнал, пропорциональный разности потоков излучения , усредненных за временные интервалы, один из которых совпадает с пропусканием пучков излучения через опорную и корреляционную с большей поглощающей массой газа кюветы, а второй - через корреляционную кювету с меньшей поглощающей массой газа. Одновременно с этим в блоке нормирующего разностного сигнала формируется сигнал, пропорциональный разности потоков излучения, прошедшего через корреляционные кюветы. Измеряют отношение этих двух разностных сигналов. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. И

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 N 21/61

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5002671/25 (22) 09.07.91 (46) Э0.07.9Э.Бюл. М 28 (76) В.Б.Дунаев (56) Радиометр "PAM". Проспект фирмы

"Есоро! Licence ONERA-France", 1984.

Кабашников В.П. и др. К теории метода недисперсионной корреляционной спектроскопии,- ЖПС, 1986, т.45, N 6, с.965-970. (54) КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР (57) Использование: изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ. Сущность: излучение от источника, прошедшее через анэли=ируемую смесь, поочередно пропускается через опорную и две корреляПредполагаемое изобретения относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг.1 представлен один из вариантов структурной схемы корреляционного газоанализатора по п.1, а на фиг.2 — график, поясняющий его работу.

Устройство, приведенное на фиг.1, содержит оптически связанные модулятор 1, опорйую 2, первую Э и вторую 4 корреляционные кюветы, оптическую систему5 и фот@. приемник 6, а также блок 7 обработки сигнала, включающий разделительный каскад 8 и блок разностного сигнала 10 норми„„59„„1831675 АЗ ционные кюветы с различными поглощающими массами газа аналогичного измеряемому компоненту, Синхронно с модуляцией излучения в блоке информационного разностного сигнала формируется сигнал, пропорциональный разности потоков излучения, усредненных за временные интервалы, один из которых совпадает с пропусканием пучков излучения через опорную и корреляционную с большей поглощающей массой газа кюветы, а второй — через корреляционную кювету с меньшей поглощающей массой газа. Одновременно с этим в блоке нормирующего разностного сигнала формируется сигнал, пропорциональный разности потоков излучения, прошедшего через корреляционные кюветы. Измеряют отношение этих двух разностных сигналов.

2 э.п,ф-лы, 2 ил. рующего сигнала разности, блок 11 синхронизации и регистратор 12, при этом выход фотоприемника через блок 7 обработки сигнала связан с регистратором 12, причем первый выход разделительного каскада 8 соединен с выходом блока 9 разностного сигнала, второй выход разделительного каскада 8 через блок 10 нормирующего сигнала разности связан с нормирующим входом блока 7 обработки сигнала, а управляющие входы блоков 9 разностного сигнала и 10 нормирующего сигнала разности через блок 11 синхронизаци и связаны с модулятором 1.

Газоанализатор работает следующим образом. Излучение от искусственного или естественого источника, прошедшее через аналиэирувмую смесь, находящуюся в отЪ

1831675

20

45 крытом или замкнутом обьеме, с помощью модулятора 1, выполненного, например, в виде диска, поочередно пропускается через опорную 2 и корреляционные 3 и 4 кюветы, расположенные в этом случае по кругу на одинаковых расстояниях от центра вращения диска модулятора, Возможен также вариант (n.2 формулы изобретения) при котором опорная и корреляционные кюветы устанавливаются не отдельно от модулятора, а закрепляются непосредственно на нем, что в некоторых случаях позволяет упростить конструкцию оптической части газоанализатора или повысить его светосилу.

Опорная кювета 2 заполняется воздухом или газом, не поглощающим излучение в рабочем интервале длин волн. Корреляционные кюветы 3 и 4 заполняются газом, аналогичным измеряемому компоненту в анализируемой смеси, при этом оптические плотности газа в этих кюветах делаются различными. причем оптимальным является такое заполнение кювет. при котором поглощение в одной из них, например в первой кювете 3, в два раза больше, чем во второй кювете 4. При этом следует иметь в виду, что поглощающая масса газа в корреляционной кювете даже с меньшим поглощением (в нашем случае во второй кювете

4) должна заведомо превышать поглощающую массу измеряемого компонента в анализируемой смеси, т.к. в противном случае сужается диапазон измеряемых концентраций.

Пучки прошедшего через кюветы излучения оптической системой 5, в которой при необходимости может осуществляться его оптическая фильтрация с выделением необходимого спектрального интервала, направляются на приемную площадку фотоприемника б. При этом форма оптического сигнала, попадающего на фотоприемник, может иметь вид, показанный на фиг.2, где

Фо, Фк и Фк2 — потоки излучения, прошедшего соответственно через опорную, первую и вторую корреляционные кюветы, Т— период модуляции.

Электрический сигнал, представляющий собой смесь полезного сигнала и шума, с выхода фотоприемника подается в.блок 7 обработки сигнала, т,е, поступает во входнои разделительный каскад 8 этого блока, Разделительный каскад служит для согласования выхода фотоприемника с входами блоков 9 раэностного сигнала и 10 нормирующего сигнала разности, обеспечивая при этом необходимое усиление выходного сигнала фотоприемника.

С первого выхода разделительного каскада 8 электрический сигнал подается в блок 9 разностного сигнала, в котором осуществляется разделительное периодическое накопление двух промежуточных сигналов соответственно за временые интервалы от 0 до 2 ТIЗ и от 2 ТIЗ до Т и получение из них раэностного сигнала, несущего информацию о концентрации анализируемого компонента в смеси.

Одновременно с этим, с второго выхода разделительного каскада 8 электрический сигнал подается в блок 10 нормирующего сигнала разности, в котором осуществляется раздельное периодическое накопление двух промежуточных сигналов за временные интервалы от Т/3 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до

Т и получение из них разностного сигнала. несущего информацию об интенсивности проходящего через анализируемую среду излучения..Этот сигнал формируется для того, чтобы с его помощью исключить влияние на показания газоанализатора колебаний интенсивности падающего на анализируемую смесь излучения. Поэтому выходной сигнал блока 10 подается на нормирующий вход блока 7 обработки сигнала, при этом нормировка информационного сигнала может осуществляться в разделительном каскаде 8 (фиг:1) или в блоке 9 разностного сигнала (на фиг, не показано) путем автоматической регулировки их коэффициентов передачи либо с помощью отдельного делителя напряжений (на фиг. не показано), включаемого на выходе блока 9 (п,3 формулы изобретения). И в первом и во втором случаях на вход регистратора 12 с выхода блока 7 будет подаваться пронормированный информационный сигнал, пропорциональный разности усредненных за временные интервалы от 0 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т потоков излучения, попадающего на фотоприемник.

Обеспечение синхронного с заданными временными интервалами накопления промежуточных сигналов в блоках 9 и 10 осуществляется посредством подаваемых на их управляющие входы соответствующих сигналов с блока синхронизации 11, связанного, например оптически, с модулятором.

50 При отсутствии измеряемого компонента в анализируемой смеси. формируемые в блоке 9 промежуточные сигналы уравниваются, что обеспечивает получение нулевого показания регистратора;

Появление в анализируемой смеси измеряемого компонента ведет (при условии заведомо большей его поглощающей массы в корреляционных кюветах) к ослаблению излучения лищь в канале опорной кюветы, т.е. к возникновению на выходе блока 9

1831675 сигнала разбаланса, значение которого определяется концентрацией измеряемого компонента, Если в анализируемой смеси имеются . посторонние примеси, линии поглощения которых не перекрываются в рабочем интервале длин волн с линиями поглощения измеряемого компонента, то естественно, что они дадут одинаковый вклад в ослабление промежуточных сигналов, накапливаемых как в блоке 9 за временные интервалы от 0 до

2ТIЗ и от 2ТIЗ до Т (естественно при равенстве коэффициентов передачи по каналам), так и в блоке 10 за временные интервалы от

Т/3 до 2T/3 до Т, т.е. присутствие таких посторонних примесей не вызовет изменения измеряемого регистратором сигнала.

В прототипе же, в котором необходимым является предварительное уравнение потоков излучения в каналах корреляционной кюветы и нейтрального ослабителя, поглощение излучения посторонними примесями будет больше в канале корреляционной кюветы. чем в канале нейтрального ослабителя, т.к. газом в корреляционной кювете излучение селективно ослабляется лишь в линиях поглощения этого газа (в линиях поглощения анализируемого компонента}, а не между линиями, в то время как нейтральный ослабитель линейно ослабляет излучение во всем рабочем спектральном интервале, т.е, и между линиями поглощения измеряемого компонента.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет достичь поставленной цели, т.е. повысить точность измерений.

5 Формула изобретения

1. Корреляционный газоанализатор, содержащий оптически связанные модулятор. первую корреляционную кювету, оптическую систему, фотоприемник, блок обработ10 ки сигнала, включающий разделительный каскад и блок разностного сигнала и регистратор, причем выход фотоприемника через блок обработки сигнала подключен к регистратору, а первый выход разделительного

15 каскада подключен к входу блока разностногосигнала,отличающийся тем, что в него введены вторая корреляционная кювета, опорная кювета. блок синхронизации и блок нормирующего сигнала разно20 сти. при этом вход блока нормирующего сигнала разности соединен с вторым выходом разделительного каскада. а выход — с нормирующим входом блока обработки сигнала, причем управляющие входы блока

25 разностного сигнала и блока нормирующего сигнала разности через блок синхронизации связаны с модулятором.

2. Газоанализатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что опорная и корреляционная

30 кюветы размещены на модуляторе.

3. Газоанализатор по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что выход блока обработки сигнала подключен к входу регистратора через выделенный делитель напряжений.

1831675

Редактор

Заказ 2550 Тираж . Подписное

8HMLhllVI Государственного комитета по изобретениям и открытиям при. ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб„4/5

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

1 t

Составитель .В. Дунаев

Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина