Способ измерения концентрации частиц в газе и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: измерение концентрации частиц в газе с использованием четырехчастотного импульсного пучка зондирующего электромагнитного излучения, продолжительность которого не превышает характерного времени изменения концентрации . 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1 I ) (s1)s G О1 N 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4404844/25 (22) 05,04.88 (46) 15.05.92; Бюл. М 18. (71) Институт физики АН ЛитССР . (72) В.И. Швядас (53) 551.508(088.8) (56) Дрейден Г.В. и др. 2-частотная лазерная интерферометрия. — Письма в ЖТФ, 1975, т. 1, с. 106, Голубев А.В.; Вокар А.К., Тищенко Э.А., Субмиллиметровый кваэиоптический гомодинный интерферометр для исследованйя плазмы с низкой электронной плотностью. — ПТЭ, 1984. М 6, с. 147.

Зайдель А.Н., Островская Г.В, Лазерные методы исследования плазмы. — Л.: Наука, 1977, с. 59-63.

Пятницкий Л.Н. Трехчастотный лазерный интерферометр. — ПТЭ; 1983, N. 5, с.

181, Хилд М., Уортон С. Микроволновая диагностика плазмы. — M.: Атомиздат, 1968, с.

194-201.

Изобретение относится к способам и устройствам фотоэлектрического измерения концентрации частиц по фазовому сдвигу электромагнитной волны in может быть использовано для определения в электрических разрядах, лазерных искрах и факелах, других средах концентрации частиц, имеющих резонансное поглощение, либо электронов s плазме. а также для измерения изменения показателя преломления проФ зрачных сред.

Известен способ измерения концентрации атомных частиц в факеле, заключаю1цийся в просвечивании факела лазерным импульсом с двумя длинами волн и в измерении вызванного факелом сдвига фаз по(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ В ГАЗЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Сущность изобретения: измерение концентрации частиц в газе с использованием четырехчастотного импульсного пучка зондирующего электромагнитного излучения, продолжительность которого не превышает характерного времени изменения концентрации, 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. средством интерференции прошедшего факел импульса с опорным. Поперечное сечение импульса излучения превышает размеры факела: получается двухмерное поле интерференции, которое разделяется по длинам волн и регистрируется светочувствительным материалом, Сдвиг фаз, вызван.ный факелом, отсчитывается относительно той площади поля интерференции, которая не покрывается факелом.

Наиболее близким к предлагаемому яв-, ляется способ измерения изменяющихся во времени концентраций электронов, включающий разделение непрерывной электромагнитной волны. созданной радиотехническими средствами, на измери1733973 тельную и опорную, пропускание измерительной волны сквозь исследуемый газ, сведение и интерференцию измерительной и опорной волн, непрерывную фотоэлектрическую регистрацию изменяющегося во времени сигнала интерференции, определение по сигналам интерференции вызванного частицами сдвига фазы и определение по сдвигу фазы концентрации частиц.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности субмиллиметровое (CMM) квазиоптическое устройство, содержащее лампу обратной волны CMM-диапазона в качестве источника излучения с длинами волн 0,3-0,6 мм, источник оптически связан с двумя интерферометрами: измерительным и опорным, причем в измерительном плече измерительного интерферометра установлена емкость для плазмы, выход измерительного интерферометра оптически связан с приемником излучения, подключенным к входу системы обработки сигнала, которая электрически связана с компенсатором порожнего сдвига фаз, компенсатор установлен в опорном плече измерительного интерферометра, выход опорного интерферометра оптически связан с вторым приемником излучения, подключенным к второй системе обработки сигнала, выход которой электрически связан обратной связью с лампой обратной волны. Приемником ССЬ)-излучения служит кристалл п-lnSb, охлажденный до температуры 4,2 К. Устройство имеет временное разрешение 2 мкс. Измеряется концентрация электронов в пределах 10 -10 см

Недостаток известного способа обусловлен регистрацией числа колебаний сигнала интерференции, При этом возможны большие ошибки в определении концентрации частиц.

В устройстве применяются детекторы

n-lnSb, работающие при температуре жидкого гелия. Необходимость глубокого охлаждения, а также непригодность устройства для измерений концентрации частиц, имеющих резонансное поглощение, так как частота CMM-волны модулируется, являются недостатками известного устройства.

Целью изобретения — повышение точности измерений за счет исключения нелинейности показателя преломления газа.

Предлагаемый способ пригоден для измерения стационарных концентраций частиц. Увеличение количества частот зондирования позволяет исключить нелинейность показателей преломления и увеличить точность измерения концентраций частиц. Устройство имеет большую верхконцентрации частиц в газе, включающему формирование пучка многочастотного элек10 тромагнитного зондирующего излучения, 20 ответвленный пучки, затем на каждой часто35 те регистрируют сигналы интерференции U, 40

30 нюю границу набегов фазы Ф (возможны большие числа n), а вместе с тем и большую верхнюю границу измеряемых концентраций, Преимуществом устройства является

его широкодиапазонность.

Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу измерения разделение пучка на измерительный и опорный, пропускание измерительного пучка сквозь исследуемую среду, установление начального фазового сдвига опорного пучка при отсутствии частиц в газе. сведение измерительного и опорного пучков, фотоэлектрическую регистрацию сигнала интерференции обоих пучков на частотах зондирования, определение сдвигов фаз, соответствующих частотам зондирования, определение концентрации частиц, применяют четырехчастотный импульсный пучок зондирующего излучения с продолжительностью, не превышающей характерного времени изменения концентрации, начальный фазовый сдвиг опорного пучка устанавливают равным нулю для всех частот зондирования, проводят разделение по частотам сведенных пучков, ответвляют опорный либо исходный и измерительный пучки, причем в измерительном канале ответвление производят после прохождения исследуемого газа, разделяют по частотам сигналы опорного либо исходного 4 и измерительного U> каналов, определяют коэффициенты выравнивания сигналов Ко и

К; рассчитывают сдвиг фаз Ф, причем ф

Ф=1+ Р+2кп, если и =0 если п >О где р = arccosj2 (О КоОо К(0(;)/

/ и — целое число, величина которого и знак величины р, определяются из соотношений: Ф(/Ф! =Л(/Л! для электронов(Ф(Л(— Ф! — Л! )/(Ф Л!(— Ф! Л()=(Л вЂ” Л ф — 4) для электронов, если изменение концентрации сопровождается изменением показателя преломления газа;Ф!/Ф! = (Л(-Л ) ((Л! — Л )

+ (Л (/2 } )/f($-Лo) ((Ь-4 ) + (ЛА/1 ) )J, для частиц, имеющих резонанс в спектре поглощения, где l, j, k,! — индексы частотных компонент; i4 — длина волны резонанса;

ЛЛ вЂ” ширина резонанса, 1733973

Составитель В.Швядас

Техред М.Моргентал Корректор T.Ìaëeö

Редактор А.Orap

Заказ 1664 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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