Способ инфракрасного анализа

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (11) 518703. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.03.74(21) 2009941/26-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.06.76.Бюллетень №23 (45) Дата опубликования описания 08.07.76 (51) И. Кл.

G 01 > 21/00

Государственный комитет

Саавта Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК534 6 08 (088.8) (72) Автор изобретения

А. О. Салль (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИНФРАКРАСНОГО АНАЛИЗА

Изобретение относится к оптическому абсорбционному или эмиссионному анализу смесей веществ, основанному на измерении инфракрасного потока излучения, излученного или поглощенного определяемым компонентом анализируемой смеси.

Известен способ инфракрасного анализа, состоящий в получении переменного электрического рабочего сигнала путем модуляции сравниваемых потоков излучения, по крайней мере один из которых зависит от состава анализируемой смеси веществ, и в получении переменного электрического опорного сигнала, не зависящего от величин сравниваемых потоков излучения и от состава анализируемой смеси.

Кроме того, при использовании известного способа применяется синхронное детектирование и последующее измерение среднего алгебраического значения продетектированного сигнала. При этом выпрямляют рабочий сигнал, а в качестве сигнала, управляющего работой синхронного детектора, используют опорный сигнал, Последний дня более четкой работы синхронного детектора часто усиливают и симметрично ограничивают до получения временной последовательности разнополярных прямоугольных импульсов со стабильной амплитудой. При использовании изs вестного способа показания регистрирующего выходного прибора практически пропорциональны произведению коэффициента передачи оптического блока и коэффициента усиления усилителя рабочего сигнала, 10 Однако при изменении этих коэффициентов возникает мультипликативная погреш— ность измерений.

Белью изобретения является уменьшение мультипликативной погрешности измерения, 15 Для этого синхронно детектируют опорный сигнал, при этом в качестве управляющего сигнала используют сумму рабочего и эталонного сигналов, а частоту последнего выбирают отличной от частоты рабочего и

20 опорного сигналов, например вдвое большей.

Изобретение пояснено чертежами.

На фиг. 1 приведены временные диаграм« мы для случая отсутствия рабочего сигнала; на фиг. 2 — то же в присутствии рабочего т

25 сигнала, где кривые 1 — опорный сигнал, 518701 Яф, . +Rt

Э1т{ — «U Si1!

P Т Э Т кривые 2 — рабочий сигнал, 3 — эталонный сигнал, представлягоший собой вторую гармонику рабочего сигнала.

l)ðè использовании релейного синхронноГо детектирования (в этом случае достигается наименьшая погрешность измерения) в реб

:зультате получается знакопеременная после:довательность прямоугольных импульсов (см. фиг. 1, 2, 7, ). Полярность этих ил{пульсов определяется полярностью опорного сигнала и полярностью управляющего сигнаt» ла (сумма рабочего и эталонного сигналов).

На чертежах приведен один из двух вариантов реализации этой зависимости„ случай, когда продетектированный сигнал имеет знак. плюс при совпадении полярностей опорного и управляющего сигналов и знак минус, если полярность опорного и управляю цего сигналов противоположны.

При помощи регистрирующего прибора известным способом измеряют среднее ап-- 2".". гебраическое значение продетектированного сигнала или, ITD TG же самос, измеряют отношение 1

« где { — суммарный промежуток времени, в течение которого полярности опорного и управляющего сигналов одинаковы, .Ь вЂ” суммарный промежуток времени, P 30 в течение которого полярности опорного и управляющего сигналов противоположны, Указанное измерение можно осуществлять известными спо»б»лп: кретной, так и аналоговой техники, 33

Во втором случае продетектированный сигнал усредняют во времени, например при помощи интегрирующей {{С -цепочки, установлен- 4<» ной после синхронного детектора перед регистрирующим прибором постоянного тока.

Сигнал, регистрируемый последним при постоянной времени интегрирующей цепочки, во много раз большей периода модуляции, 4 приведен на фиг. 2, Б, Этот сигнал равен нулю при отсутствии рабочего сигнала и отличен от нуля при неравенстве нулю рабочего сигнала, Основные преимушества предложенного способа анализа заключаются в следующем, 1 ). При использовании предложенного способа отпадает необходимость в применении логометра (компаратора). Для этого 55 докажем, что измеряемое отношение (g1- g ) l g + зависит от отношения амплитуд рабочего У р и этал онн ого U

Э сигналов, но не от их абсолютных величин порознь. 60

Завис .мое ь невыпрямленного рабочего сигHBJlQ може быть выражена следующим образом:

Р П{» . 2.Kt

U sin — — = U 1н

Р «t Р Т

1 2 где Т=+ р1 — амплиту:!а напряжения рабочего

Р сигнала oT Bpc"..ени (сл,. фиг. 2, б).

Зависимос гь цопьп рямпенного эталонного сигнала может бь;г{ выражена следующей формул ой:

4 И.

U s4rl »«= RUs{a — — cos — — ) <2 {

Т Т Т

-"де U — амплитуда эталонп го сигнала (см. . И1. 1, 2, кривая 3). Б каче "ь - примера рассмотрен случай, когда часто 1 эталонного сигнала вдвое больше частоты рабо.его сигнала, а начальные фазы равны нулю.

Управпяюьций сигнал может быть вь{ражен с; е дую щей зависим остью: (RRt Z Г .

-2.U cos sin — <>)

Р э 7 Т

Можно показать, что суммарный промежуток времени < g находится иэ следующе-о условия:

K { тес

U «- 2U cos = .,+ 2 U cos — 0 .<4) р э т - э е + в

1 P.

Отсюда:

U à — = — асоэ! 1 . -{ 7Г(1 2) =-аСОЗ -{- ""1 25 ТЕ к " -" < < — 5 т1 < + ) <5)

i 2.

Таким образом, выходной сигнал, пропорциональный измеряемому отношению, а — — az csin (— (6)

11 1)э зависит от отношения U / U Причем

Э

t измерение осуществляется не сложным логометрическим устройством, а обычным прибором непосредственного прямого измерения, 2). Теперь сравним основные погрешности, получаемые при использовании известного и предложенного способов.

Благодаря тому, что предложенный способ является сравнительным, влияние внешних факторов значительно меньше погрешности, возникающей за счет использования равномерной шкалы.Эту погрешность и можно использовать для количественного срав«нения обоих способов измерения.

1-Е U

1-е-Dx ",0

Э МАИ

ti, 2.

= — О.г- с.si u

+4 K

1 2.

= ) (9) ность равна (х 1 р щ к—

9 (х -x ) Рабочий сигнал U при экспоненциальном законе поглощения пропорционален ве— эх личине (1 — 8 ), где 13 — оптическая плотность для анализируемой смеси, Х отношение концентрации определяемого комб где (, ) — максимальное (Ug /1 э МАкс значение отнош:.ния сигналов, достигается в конце диапазона измерения, т.е, при Х= 1.

Воспользовапи;ись известным методом расчета получи:. для относительной погре гости, появляющейся при использовании, ине цюй градуировочной характерис l è и при

Q << 1 и ф - U>, следующее в;."., аж" ние:

2 1 /Up1 а (x - x ) — — — ) (х - х ). (s ) Ъ

2.. б 4 Uý 4мАис

Первое слагаемое в полученной формуле рав- О но тому значению погрешности, которое наблюдалось для известного способа непосредственного или логометрического измерения. Максимальное значение его достигается при х = 0,5.

3S

Для того, чтобы результирующая погрешность, выражаемая формулой (8), была минимальной, подберем величину эталонного сигнала U такой, чтобы при X = 0 5 сумма двух слагаемых была равна нулю, 40 т.е. чтобы выполнялось условие

Тогда, при Х = 0,25 остаточная погреш(4. 0)

g(v.- хЧ D

6+ = î.zs

При использовании известного способа измерения

< И

D р.шк (максимальное значение погрешности наблю- я дается в середине диапазона измерения,т.е. при Х =0,5).

Из сравнения формул (10) и (11) следует, что при одинаковых значениях Э рассматриваемая погрешность предложенно- 6О понента, при которой производится расчет погрешности, к максимальному диапазону измерения. При этом измеряемое отношение (6) равно (Ур 1-t

>csin э

<д

М КС 1 жАКС го способа анализа в 8 раз меньше, чем погрешность известного способа, Более строгие расчеты дают близкий результат.

3), При изменении коэффициента передачи оптического блока и коэффициента усиления усилителя изменяются практически одинаково и рабочий и эталонный сигнал (во всяком случае это условие обычно всегда нетрудно выполнить). При этом алгебраичес-" кий знак управляющего сигнала (сумма рабочего и эталонного сигнала) не изменяется. Вследствие этого остается неизменным и сигнал после синхронного детектора (см. фиг. 2,2,). Следовательно, показания выходного регистрирующего прибора оказываются независящими от изменений коэффициента передачи оптического блока и коэффициента усиления усилителя.

4). Предложенный способ позволяет наиболее полно скорректировать влияние мешающих факторов. действительно, известный способ анализа, основанный на использовании способа непосредственного измерения, позволяет осу.цествить коррекцию только температурного влияния. Это осуществляется при помощи терморезисторов, включаемых в выходную электрическую цепь.

В предложенном способе, благодаря эталонному сигналу, удается уменьшить также влияние колебаний частоты модуляции излучения, возникающих за счет колебаний частоты сети. Самым важным преимуществом предложенного способа является то, что коррекцию погрешностей можно осуществить в опорном сигнале. При этом можно использовать в качестве источников опорных сигналов датчики не только параметрического, но и генераторного типов. В результате набор различных приемов коррекции погрешностей возрастает настолько, что удается устранить влияние всех внешних влияющих факторов, включая атмосферное давление и др.

Благодаря такому разделению функций сигналов настройка прибора, построенного на использовании предложенного способа, также резко упрощается.

Необходимую для получения эталонного. сигнала неполную юстировку оптической системы достигают, например, за счет асимметрии освещенности по сечению световых

518701

Составитель Н, Трофимов

Редактор Д. Мордухович Техред Н. Днцрейчук Корректор Й. Мельниченко

Заказ 2677/285 Тираж 102О Подписное

ЫНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам и обретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 потоков в направлении вращения дискового обтюр атора.

Ф ормула изобретения

Способ инфракрасного анализа путем получения переменного электрического рабочего сигнала модуляцией сравниваемых потоков излучения, по крайней мере один из которых зависит от состава анализируемой смеси веществ, получения переменного электрического опорного сигнала, не зависящего от величин сравниваемых потоков излучения и от состава анализируемой смеси, синхронного детектирования и последующего измерения среднего алгебраического значения продетектированного сигнала, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения мультипликативной погрешности измерения, синхронно детектируют опорный сигнал, при этом в качестве управляющего сигнала используют сумму рабочего и эталонного сигналов, а частоту последнего выбирают отличной от частоты рабочего и опорного сигналов, например вдвое большей.