Оптико-абсорбционный приемник излучения

Оптико-абсорбционный приемник излучения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПТИКО-АБСОРБЦИОННЫЙ ПРИЕМНИК ИЗЛУЧЕНИЯ к недисперсионному анализатору, включающий два блока газонаполненных приемных камер, воспринимающих последовательно поступающие в него в противофазе потоки излучения , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений , блоки приемных камер расположены один относительно другого так, что оптические оси приемных камер блоков взаимно перпендикулярны, а одна из камер является общей для обоих блоков. I СО С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (39) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3309940/18-25 (22) 02.07.81 (46) 15.05.83. Бюл. 9 18 (72) И.В. Кораблев, В.М. Мацнев и В.А,. Рылов (53) 543. 42 (088. 8) (56) 1. Князев В.М. и др. Оптикоакустические газоаналиэаторы ГИП10МБ и ГИП10МБ 3. — В кн.: Автоматизация химических производств (по материалам научно-технической конференции, сентябрь, 1967). M., 1970, с. 82-84.

2. Авторское свидетельство СССР

9 258711, кл ° G 01 N 21/61, 17.04.70 (прототип). з(5В G 01 N 21/37; G 01 N 21/61 (54) (57) оптико-АБсоРБционнця приЕМИИК ИЗЛУЧЕНИЯ к недисперсионному анализатору, включающий два блока газонаполненных приемных камер, воспринимающих последовательно поступающие в него в противофазе потоки излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, блоки приемных камер расположены один относительно другого так, что оптические оси приемных камер блоков взаимно перпендикулярны, а одна из камер является общей для обоих блоков.

1017977

Изобретение, относится к аналитической технике и может быть использо. вано в оптико-абсорбционных анализаторах состава различных сред.

Известны оптико-абсорбционные приемники излучения к двухлучевому анализатору, содержащие две параллельно расположенные гаэонаполненные приемные камеры, воспринимающие модулированные потоки %элучения через окна, и пневматический чувствительный эле- !О мент 1 1).

Недостатком этих приемников явля;ется их сравнительно низкая точность и стабильность.

Наиболее близким к предлагаемому 35 является оптико-абсорбционный приемник излучения к недисперсионному анализатору, включающий два блока гаэоиаполненных приемных камер, воспринимающих последовательно через окна, поступающие в них извне потоки излучения, и пневматический чувствительный элемент (2g.

Недостатком известного приемника является его невысокая точность йзме- 25 рений изменений интенсивноети излучения, обусловленная асимметрией пар приемиых камер, а также временными и пространственными флуктуациями исследуемого излучения. Особенно сильно неточности измерений проявляются при использовайии приемника в анализаторах микропримесей газообраз. ных веществ .

Цель изобретения - повышение точности измерений, 35

Поставленйая цель достигается тем, что в оптико-абсорбционном приемнике,. включающем два блока газонаполиенных приемных камер, воспринимаю: щих последовательно поступающие в 40 него в противофазе потоки излучения., блоки приемных камер расположены один относительно другого так, что оптические оси приемных камер блоков взаимно Перпендикулярны., а одна .из камер 45 является общей для обоих блоков.

На фиг. 1-4 изображены варианты ,исполнения предлагаемого приемника.

Представленный на Фиг. 1 приемник содержит две Расположенные в оптической .последовательности по ходу . .поступающих в приемник и"токов 31 и

3< излучения пары гаэонаполненных приемных камер 1, 2 и 3 и 2,- воспринимающих излучение соответственно через окна 4 и 5 и б и 7, мембранные объемы 8 и 9, один иэ которых (8) соединен пневматически с первыми по ходу поступающих в приемник потоков 3„ и 3> камерами 1 и 3, а другой (9) — со второй камерой 2, 6О конденсаторный микрофон 10, мембрана которого отделяет мембранные объемы 8 и 9 друг от друга. В данном варианте приемника вторая камера 2 является общей для первый двух ка- 65 мер 1 и 3. Камеры 1, 2 и 3 приемника заполнены газом, поглощающим излучение в рабочей области спектра.

Приемник работает следующим образом.

Модулированные в противоФазе потоки 3 х 3> излучения поступают в приемник соответственно через окна 4 и б, проходят через первые камеры соответственно 1 и 3 и посту пают во вторую камеру 2 через окна соответственно 5 и 7. Поступившие в приемные камеры 1, 2 и 3 потоки излучения поглощаются находящимся.в них газом-наполнителем. При этом в камерах 1 и 3 поглощается излучение, приходящееся на центр абсорбционной полосы газа-иаполнителя, а в камере

2 - излучение, прошедшее камеру 1 или 3 и приходящееся преимущественно на крылья абсорбциоиной полосы. В результате поглощения газом-йа олнителем излучения в камерах 1, 2 и 3 возникают пульсации давления газа, распространяющиеся из камер

1 и 3 в мембранный объем 8, а из камеры 2 - в мембранный объем 9 и

Воздействующне на мембрану конденсаторного микрофона 10. Мембрана конденсаторного микрофона 10 отслеживает Разностное давление в мембранных объемах 8 и 9, пропорциональное раэностному давлению в камерах 1 и 2 и в камерах 3 и 2, что приводит к изменению емкости конденсатора конденсаторного микрофона 10 на некоторую величину от ее номинального значения.

При равенстве потоков 3., и 3 изменения емкости конденсатора конденсаторного микрофона 10, вызванные их попеременным прохождением через оптические системы камера 1 — камера 2 и камера 3 - камера 2 приемника, сбалансированы так, что на выходе приемника имеет место некоторый остаточный сигнал, принимаемый за начало отсчета.

При относительном уменьшении одного иэ потоков, например потока 3„ в области спектра, соответствующей центру абсорбционной полосы газа-наполниI теля, амплитуда пульсаций давления газа в камере 1 по отношению к каме ре 3 уменьшается, а в камере 2 остается практически неизменной. Это приводит к нарушению балансировки сис тем камера 1 — камера 2 и камера 3 камера 2, приводящему к изменению результирующего значения емкости конденсатора конденсаторного микрофона 10, являющемуся мерой различия потоков

31 и32 °

На этапе проектирования приемника параметры приемных камер 1 и 3 и соотношение параметров камер 1 и 3 и камеры 2 выбираются таким образом, чтобы обеспечить равенство си налов ка1017977 мер 1 и 3 при соотношении потоков

3„ и 3, соответствующем началу от,— счета, а также одинаковое изменение сигналов камер 1, 2 и 3 и 2 при неинформативном изменении потоков 3 2

В представленном на фиг. 2 варианте приемник содержит (в отличие от описанного на фкг. 1) одну общую для двух систем первую приемную камеру 1 и две вторые по ходу потоков 31 и 2 камеры 2 и 11, причем мембранный объем 9 пневматичееки еоединея как с камерой 2, так и с камерой 11, а объем 8 — е камерой 1.

Работа представленных приемников (фиг. 1 и 2),,как и принципы их проектирования, .аналогична.

В варианте на фиг. 3 приемник содержит в отличие от представленного на фиг. 1 две третьих камеры 12 и 13,2О расположенные s оптической последовательности эа камерами соответствен но 1 и 2 и 3 и 2, воспринимающие из;лучение через окна соответственно 14

:и 15 и соединенные пневматически ка,налами 16 и 17 с первыми камерами соответственно 1 и 3.

В данном варианте приемника амплитуда пульсаций давлений в третьих по ходу излучения камерах 12 и 13 складывается с амплитудой давления, раз- виваемого в соответствующих им первых камерах 1 и 3, и передается в соответствующих им мембранный объем 8.

Мембрана же конденсаторного микрофона 10 отслеживает разностное давле-. ние в мембранных объемах 8 и 9, пропорциональное раэностным давлениям (суммарного в камерах 1 и 12 и в камере. 2 и суммарного вЪ камерах 3 и 15 и в камере 2) в зависимости от 40 того, какой поток 3„ или 32 поступает .в данный момент времени в приемник ..

В варианте, представленном на фиг. 4, приемник в отличие от изображенного на фиг. 3 содержит одну общую для двух пронизываемых потока ми 31 и 32 систем первую приемную камеру 1 и две вторые по ходу этих потоков камеры 2 и 11. В этом варианте, как и в варианте на фиг. 2, обе вторые камеры 2 и 11 работают на один и тот же мембранный объем 9, а в мЕмбранный объем 8 распространяются суммарные пульсации давлений камер 1 и 12 или 1 и 13.

Предложенный оптико-абсорбционный приемник излучения по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую точность иэмеренйя потоков йзлучения, особенно при йрименеиий его в анализаторах микропримесей -газообразных веществ, за счет большей сим-. метрии его блоков приемных камер, за счет наличия общей камеры и взаимно перпендикулярных оптических осей и вследствие этого, меньшего по Угличи; не остаточного сигнала, соответствую-. щего началу отсчета.

Конкретным примером реализации предложенного. приемника является его использование в анализаторе, пред-, назначенном для анализа микропримесей двуокиси углерода: в конвертированном газе производства аммиака и содержащем приемник в варианте, представленном на фиг. 1, два импульсных источника. излучения и две кюветы (измерительную.и сравнитель-, ную), попарно поспедовательно расположенные перед окнами 4 и 6 приемника, и электронно--измерительную схему с амплитудным детектором, . подключенную к конденсаторному. микрофону. Анализируемая смесь содержит окись углерода и метан в количествах (1-5 об.%), на три порядка превышающих содержание в смеси ана-, лизируемого компонента (около

0,005 об.В СО2). Анализ смеси проводят с помощью анализатора с диапазоном измерения 0-0,005 об.В СО

Длины приемных камер 1 и 3 составляют 5 мм, а длины камеры 2 по отношению к потокам 3, и 32 (фиг. 1)

20 мм, концентрация газа-, наполнителя 7 об.% CO> в Ar,÷àñòoòà модуляции потоков Л „и 3< излучения 2 Гц.

Оптическая длина измерительной кюветы в анализоторе 500 мм. Ошибка измерения при изменении концентрации окиси углерода или метана. в смеси от 0 до 5 об.В не превышает;.

10 об.В СО, а время, в течение которого дрейф показаний анализатора не превышает 2,5- 10 4 об. В СО>,, составляет 7 сут.

Базовым объектом является приемник двухлучевого оптико-абсорбционного анализатора ГИП10МБ-1, предназначенного для анализа микроприпесей окиси углерода в технологических смесях и обладающего высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками., Предложенный, приемник по отношению к базовому объекту обладает более высокой стабильностью и обеспечивает более высокую точность анализатора, например, эа счет

его более высокой избирательности.

1017977

1017977 .71

Составитель О. Матвеев

Редактор М. Петрова Техред И.Гайду Корректор Г. Ре иетник

Заказ 3527/40 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ ГосударстВенного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

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

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