Двухканальный газоанализатор

 

ДВУХКАНАЛЬНЬМ ГАЗОАНАЛИЗАТОР , содержащий оптически сопряженные источник излучения с коллиматором , модулятор-коммутатор, измерительньй и опорный оптические каналы, в каждом из которых содержится оптический фильтр, фокусирующая оптика , приемник излучения и электрическая схема обработки сигнала, содержа1:1ая усилитель, один из входов которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с первым входом детектора, к другому входу которого подключена схема синхронизации , связанная с модулятором-коммутатором , блок автоматической регулировки усиления, выход которого связан с другим входом усшштеля, отличающийся тем, -что, . с целью повьшения точности измерений за счет наиболее полного использования мощности потока излучения источника , электрическая схема обработки сигнала дополнительно содержит схему вьщеления,четных гармоник сигнала приемника излучения, один из входов которой связан с выходом усилителя, другой вход - с выхо9 kn дом схемы синхронизации, а выход - с вхбдом блока автоматической регулировки усиления, при модулятор-коммутатор выполнен таким образом, что обеспечивает наличие в сигнаше приемника излучения четных гармоник частоты коммутации . О с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5ц4 G 01 N 21/61

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3619147/24-25 (22) 13.04.83 (46) 30.08.85. Бюл. ¹ 32 (72) Г.М. Тележко (53) 543.272 (088.8) (56) Патент CblA ¹ 3449565, кл. 250-43 ° 51, опублик. 1969.

Инфракрасные анализаторы. Препринт 221 Института физики

АН БССР. Минск, 1980, с. 14-16. (54) (57) ДВУХКАНАЛЬНЫИ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий оптически сопряженные источник излучения с коллиматором, модулятор-коммутатор, измерительный и опорный оптические каналы, в каждом из которых содержится оптический фильтр, фокусирующая оптика, приемник излучения и электрическая схема обработки сигнала, содержащая усилитель, один из входов которого связан с выходом приемника излучения, а выход — с первым входом детектора, к другому входу ко„„Я0„„1176220 торого подключена схема синхронизации, связанная с модулятором-коммутатором, блок автоматической регулировки усиления, выход которого связан с другим входом усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет наиболее полного использования мощности потока излучения источника, электрическая схема обработки сигнала дополнительно содержит схему выделения. четных гармоник сигнала приемника излучения, один из входов которой связан с выходом усилителя, другой вход — с выхо- В дом схемы синхронизации, а выход " с вхбдом блока автоматической регулировки усиления, при этом модулятор-коммутатор выполнен таким образом, что обеспечивает наличие в сигнале приемника излучения четных гармоник частоты коммутации.

1176220

На разрезе А-A показано, как можно выполнить и расположить модулятор-коммутатор 3, чтобы его отверстия при вращении поочередно пропускали излучение через кюветы

4и5.

Кювета 4 может отсутствовать, в этом случае устройство определяет

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения содержания селективно поглощенных газовых компонент атмосферы. 5

Цель изобретения — повышение точности изМерений за счет наиболее полного использования мощности потока излучения источника.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для локальных измерений, вариант ; на фиг.2 — оптическая схема дистанционного варианта газоаналиэатора, на фиг.3— модулятор-коммутатор пучков для наиболее светосильного газоанализатора, вариант ; на фиг.4 — зависимость потока, падающего на фотоприемник, от времени при отсутствии исследуемого газа в измерительном канале; на фиг.5 — зависимость потока, падающего на фотоприемник, от времени при наличии исследуемого газа в измерительном канале.

Устройство для локальных измерений (фиг.1) содержит источник 1 излучения, расположенный в фокусе коллиматора 2, модулятор-коммутатор 3, который в простейшем случае представляет собой диск с отверстиями, 30 кювету 4 измерительного канала с исследуемой газовой смесью, оптический фильтр опорного канала, состоящий из кюветы 5 с известным количеством газа, идентично измеряемой компоненте исследуемой газовой смеси, и спектральный фильтр 6, пропускающий излучение только в полосе поглощения измеряемой компоненты и являющийся одновременно оптичес" 40 ким фильтром измерительного канала; экран 7 с отверстиями, соосными окнам кювет 4 и 5, фиксирующий объектив 8, фотоприемник 9, усилитель 10, детектор 11, схему 12 выделения четных гармоник сигнала усилителя, блок АРУ 13 и схему 14 синхронизации, связанную с модулятором-коммутатором 3.

50 количество исследуемой компоненты в воздухе, окружающем устройство.

В дистанционном варианте (фиг.2) кювета 4 также отсутствует. Система освещения в.этом случае состоит из осветительного объектива 15 и полевой диафрагмы 16, расположенной в его фокусе и фокусе коллиматора 2.

Варианты предлагаемого устройства могут быть многокомпонентными. В этом случае между коллиматором и фокусирующим объективом располагается столько измерительных и опорных кювет, оптических фильтров и т,п., сколько компонент исследуется, число фокусирующих объективов, фотоприемников и электронных схем также равняется числу исследуемых компонент.

При измерении количества нестойких компонент, например озона, или компонент с почти сплошными спектрами поглощения, например водяного пара и углекислого газа, оптический фильтр опорного канала представляет собой спектральный фильтр, пропускающий излучение вне полос поглощения этих компонент, а спектральный фильтр является оптическим фильтром только измерительного канала.

Дпя лучшего использования потока в многокомпонентных вариантах устройства целесообразно использовать коллиматор 2, сечение которого равно сечению каждого из сравниваемых потоков (фиг.4), и модулятор-коммутатор, состоящий из подвижного ломающего зеркала 18 и неподвижных ломающих зеркал 19, число которых равно общему числу оптических каналов, т.е. удвоенному числу исследуемых компонент.

Устройство работает следующим образом (фиг.1).

Поток от источника 1 излучения преобразуется коллиматором 2 в квазипараллельный поток, который частично проходит через отверстие вращающего диска модулятора-коммутатора 3 и отверстия экрана 7,когда они перекрываются с отверстиями модулятора-коммутатора 3. На кювету 4 измерительного канала, через которую пропускается исследуемая газовая смесь, и опорную кювету 5,заполненную известным количеством газа, идентичного измеряемому, пропускают модулированные в противофа1176220 зе потоки излучения, которые фокусируются объективом 8 на фотоприемник 9 со спектральным фильтром 6, пропускающим излучение в полосе поглощения измеряемого газа. Усилитель 10 усиливает переменную составляющую сигнала фотоприемника 9, детектор 11, управляемый схемой 14 синхронизации, связанной с модулятором-переключателем 3, выделяет первую гармонику частоты коммутации, и его выходное напряжение характеризует наличие измеряемого газа в смеси. Схема 12 выделяет из сигнала усилителя каку-либо четную гармонику частоты коммутации, схема

12 при этом также управляется схемой 14 синхронизации. Блок АРУ 13 работает таким образом, что напряжение поступающей на него выделенной четной гармоники частоты коммутации поддерживается постоянным. При этом коэффициент усиления усилителя 10 обратно пропорционален амплитуде этой же четной гармоники в сигнале фотоприемника 9, и напряжение на выходе детектора 11 пропорционально отношению амплитуды первой гармоники сигнала фотоприемника к амплитуде выделенной четной гармоники и поэтому не зависит от яркости источника, неселективного пропускания среды и оптических деталей, чувствительности фотоприемника и вида нелинейности световой характеристики фотоприемника.

Дистанционный вариант (фиг.2) ра. ботает аналогичным образом, с той лишь разницей, что исследуемая среда не пропускается через измерительную кювету и не находится в объеме устройства, а расположена между прибором и каким-либо удаленным источником света, изображение которого получено с помощью осветительного объектива 15 и диафрагмировано полевой диафрагмой 16.

Устройство работает аналогично в том случае, когда вместо опорной кюветы 5 в опорном канале располагается спектральный фильтр 17, npol0 пускающий излучение вне полосы поглощения измеряемого газа, а спектральный фильтр 6 является оптическим фильтром только измерительного канала, Светосильный вариант модулятораf5 коммутатора (фиг.З) коммутирует весь поток, прошедший диафрагму 16, а не часть его. Поток от коллиматора

2 направляется подвижным ломающим зеркалом 18 поочередно на неподвижные

20 ломающие зеркала 19, каждое из которых направляет падающий на него поток либо в опорный, либо в измерительный канал через отверстия .экра на 7 °

При отсутствии измеряемой компоненты в исследуемой среде потоки, прошедшие через опорный и измерительный каналы, равны, и в сигнале фотоприемника при вращении модулятора-коммутатора 3 отсутствует составляющая, имеющая частоту, равную частоте коммутации (фиг.4) ° При наличии измеряемой компоненты в исследуемой среде поток, прошедший измерительньй канал, во всех вариантах устройства становится меньшим потока, прошедшего опорный канал. В сигнале приемника появляется составляющая с частотой коммутации, 4О которая имеет амплитуду, функциональ но связанную с количеством измеряемой компоненты (фиг.5).

4 4

Фиг.! фиг. 2

1176220 фаад. 3

Пслносгпью открыт ааариый нонал

1176220

Палноствю откро т опорный конел

РЪл

Фиэм

О 1/4& 1/г& 3/4& f/ó» У/ФК„З/г&

Фиг. Я

Составитель Л. Сихович

Техред М.Кузьма Корректор М. Пожо

Редактор Е. Конча

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Заказ 5352/43 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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