Способ корреляционного анализа газов и устройство для его осуществления

Способ корреляционного анализа газов и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение может быть использовано для селективного анализа газовых смесей. Цель - повышение избирательности и точности измерений. Способ корреляционного анализа заключается в поочередном пропускании через кореляционную и опорную кюветы излучения, прошедшего через анализируемую газовую смесь, и излучения дополнительного источника и последующей электронной обработке сигналов. Использование дополнительного источника излучения и модулятора особой формы позволило исключить компенсацию потоков в двух кювета с помощью нейтрального ослабителя и добиться одинаковости спектров поглощения за каждый полупериод модуляции. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для контроля выбросов промышленных предприятий и автотранспорта в атмосферу, а также в ряде технологических процессов, связанных с выделением газообразных веществ. Цель изобретения повышение избирательности и точности измерений. На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 показано одно из возможных взаимных расположений отверстия и отражающей поверхности на диске модулятора; на фиг.3 графики, поясняющие работу устройства. Устройство для коррекционного анализа газов содержит оптически связанные модулятор 1, блок 2 опорного излучателя, коррекционную 3 и опорную 4 кюветы, оптическую систему 5, предназначенную для сведения промодулированных потоков на приемник излучения 6, устройство 7 электронной обработки сигналов, включающее, например, усилитель 8, синхронный фильтр 9, детектирующий блок 10, вторичное устройство 11, предназначенное для контроля и дополнительной обработки получаемой информации в зависимости от решаемых задач, и датчик 12 положения модулятора. Модулятор 1 содержит прорезь 13, отражающую поверхность 14 и неотражающую поверхность 15 (фиг.2). Сущность способа состоит в следующем. Основное излучение (несущее информацию о концентрации анализируемого компонента) от естественного (пассивный режим работы) либо от искусственного (активный режим работы) источника пропускают через исследуемую среду. Затем потоки этого излучения поочередно пропускают через корреляционную кювету, заполненную газом, аналогичным измеряемому компоненту в исследуемой среде, и через опорную кювету, заполненную газом, не поглощающим излучение в рабочем диапазоне длин волн. Через опорную и корреляционную кюветы также поочередно пропускают потоки дополнительного излучения (от некоторого опорного источника), чередуя их с потоками основного излучения. Далее потоки основного и дополнительного излучений, прошедшие как через корреляционную, так и через опорную кюветы, направляют на приемник излучения, выходной сигнал которого обрабатывают, а затем измеряют электрический сигнал, пропорциональный разности средних арифметических интенсивностей излучения пар потоков: потока основного излучения, прошедшего через корреляционную кювету, и потока дополнительного излучения, прошедшего через опорную кювету, а также потока основного излучения, прошедшего через опорную кювету, и потока дополнительного излучения, прошедшего через корреляционную кювету. В отсутствие поглощения основного излучения в исследуемой среде средние арифметические значения интенсивностей потока основного излучения, прошедшего через корреляционную кювету, и потока дополнительного излучения, прошедшего через опорную кювету, а также потока основного излучения, прошедшего через опорную кювету, и потока дополнительного излучения, прошедшего через корреляционную кювету, уравнивают, т.е. их разностный сигнал будет равен нулю. Если в исследуемой среде появляется постоянный газ, линии поглощения которого попадают между линиями поглощения анализируемого компонента, то интенсивности потоков основного излучения будут уменьшаться на одинаковую величину, т. е. измеряемый разностный сигнал будет оставаться равным нулю. Появление же в исследуемой среде измеряемого компонента вызовет уменьшение интенсивности излучения основного потока, проходящего лишь через опорную кювету, при этом величина измеряемого разностного сигнала будет пропорциональна концентрации измеряемого компонента. Устройство работает следующим образом. Излучение (В) от естественного источника (пассивный режим работы) или от искусственного (активный режим работы) проходит через исследуемый газ, находящийся либо в атмосфере, либо в специальной рабочей кювете, и с помощью прорези 12 (фиг. 2) модулятора 1 пропускается через корреляционную 3 и опорную 4 кюветы со сдвигом во времени. Излучение из блока 2 опорного излучателя с помощью его отражающей поверхности также пропускается со сдвигом во времени через корреляционную 3 и опорную 4 кюветы. При этом временная зависимость интенсивности потока излучения, направляемого оптической системой 5 на приемник излучения 6, будет иметь вид, показанный на фиг.3. В первую четверть периода (T/4) на фотоприемник 6 попадает излучение В, прошедшее через исследуемый газ и корреляционную кювету 3, интенсивность которого равна I_В.К.К. Во вторую четверть периода на приемник попадает излучение из блока 2 опорного излучателя, прошедшее через опорную кювету 4 (I_2о.к.), в третью четверть излучение В, прошедшее через исследуемый газ и опорную кювету (I_в.о.к), а в четвертую из блока 2 опорного излучателя, прошедшее через корреляционную кювету 3 (I_2к.к), после чего процесс повторяется, причем благодаря наличию неотражающих поверхностей 15 на диске модулятора исключается взаимное наложение модулируемых потоков, что повышает точность измерения. Электрический сигнал приемника излучения 6, пропорциональный интенсивности падающего на него потока, усиливается усилителем 8 и подается на вход синхронного фильтра 9, на управляющий вход которого с датчика 12 подаются управляющие сигналы со скважностью, равной двум, и периодом, равным периоду модуляции (Т) потоков излучения, благодаря чему на его выходе появляется переменный сигнал со скважностью, равной двум, амплитуда которого пропорциональна разности интенсивностей излучения потоков, попадающих на приемник излучения 6 за каждый полупериод (T/2). После выпрямления в детектирующем блока 10 сигнал подается на вторичное устройство 11, в качестве которого могут быть использованы в зависимости от назначения газоанализатора различного рода индикаторные и регистрирующие устройства, системы накопления и обработки информации, а также устройства регулирования и управления технологическими процессами. При отсутствии в исследуемом газе поглощающего вещества, аналогичного находящемуся в корреляционной кювете, путем изменения интенсивности выходного излучения блока 2 опорного излучателя устанавливается равенство интенсивностей потоков излучения, попадающих на фотоприемник за каждый период модуляции. Появление в исследуемом газе посторонних веществ, линии поглощения которых попадают между линиями поглощения газа, находящегося в корреляционной кювета, не вызывает изменения выходного сигнала, так как интенсивность излучения В, прошедшего через исследуемый газ, как на выходе корреляционной, так и на выходе опорной кюветы уменьшиться на одинаковую величину. Появление в исследуемом газе анализируемого компонента, аналогичного находящемуся в корреляционной кювете, вызывает уменьшение интенсивности излучения В, проходящего только через опорную кювету, следовательно, на выходе устройства появится сигнал, величина которого пропорциональна концентрации анализируемого вещества в исследуемой газовой смеси. Способ обеспечивает более высокую избирательность, так как в отличие от прототипа, где компенсация излучения, селективно поглощенного в корреляционной кювете, осуществляется с помощью нейтрального ослабителя, имеющего сплошной спектр, в данном техническом решении спектры поглощения за каждый полупериод модуляции одинаковы. Кроме того, при реализации способа устраняется неоднозначность результатов измерений, так как зависимость измеряемого разностного сигнала от концентрации анализируемого компонента не имеет экстремума, который имеет место в аналогах и в прототипе, что ведет к повышению точности измерений.

Формула изобретения

1. Способ корреляционного анализа газов, заключающийся в поочередном пропускании основного излучения, прошедшего через исследуемую среду, через корреляционную и опорную кюветы, регистрации прошедшего излучения приемником, обработке выходных сигналов приемника и нахождении концентрации по разнице сигналов от двух потоков излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения избирательности и точности измерений, потоки дополнительного излучения также поочередно пропускают через опорную и корреляционную кюветы, чередуя их с потоками основного излучения, и измеряют сигнал, пропорциональный разности средних арифметических значений интенсивностей излучения потоков: потока основного излучения, прошедшего через корреляционную кювету, и потока дополнительного излучения, прошедшего через опорную кювету, а также потока основного излучения, прошедшего через опорную кювету, и потока дополнительного излучения, прошедшего через корреляционную кювету. 2. Устройство для корреляционного анализа газов, содержащее оптически связанные модулятор, корреляционную и опорную кюветы, оптическую систему, приемник излучения, соединенный с устройством электронной обработки сигналов, а также датчик положения модулятора, соединенный с управляющим входом устройства электронной обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения избирательности и точности измерений, в него дополнительно введен блок опорного излучателя, оптически сопряженный через модулятор с кюветами, причем модулятор выполнен в виде диска с расположенными по окружности прорезью и отражающей поверхностью одинаковой длины, разделенных неотражающими поверхностями, длина одной из которых не менее внутреннего диаметра кювет, а другой не менее суммы трех диаметров кювет, длины прорези и отражающей поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2000

Извещение опубликовано: 20.03.2000