2308023 - Устройство для измерения потока газа

Устройство для измерения потока газа

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к устройству, предназначенному для измерения потока газа и используемому для исследования состояния окружающей среды, в частности для оценки количества CO₂, поглощаемого лесом. Устройство содержит источник лазерного луча, контроллер выходного излучения лазера, контроллер модуляции длины волны, два приемника света, два детектора компоненты постоянного тока, три демодулятора модуляции длины волны, оптическую систему, эталонную ячейку, анализатор, сумматор, средство измерения температуры и средство измерения давления. Устройство дополнительно содержит средство измерения скорости потока, непосредственно измеряющее горизонтальные компоненты скорости потока в двух направлениях и компоненту скорости потока газа в вертикальном направлении в области измерения и передающее эти сигналы измерения в анализатор. На основе сигналов, подаваемых из средства измерения скорости потока, анализатор выполняет анализ на основе способа корреляции турбулентного движения и получает в результате расчетов с использованием результатов этого анализа поток импульса и концентрацию газа - объекта измерений. Изобретение обеспечивает высокие скорость отклика и стабильность измерений. 7 с. и 6 з.п. ф-лы, 17 ил.

Реферат

Текст описания приведен в факсимильном виде

1. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

по меньшей мере, один источник света, генерирующий лазерный луч на длине волны поглощения, естественной для газа - объекта измерений, в направлении области измерения,

контроллер выходного излучение лазера, управляющий выходным излучением источника света,

контроллер модуляции длины волны, формирующий сигнал модуляции для наложения модуляции на генерируемую длину волны лазерного луча, генерируемого источником света, а также передающий опорный сигнал, синхронизированный с модуляцией,

первый приемник света, принимающий лазерный луч, прошедший через область измерения, и формирующий передающий сигнал, соответствующий интенсивности принятого света,

первый детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции из сигнала, передаваемого из первого приемника света, и формирующий на выводе компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света,

первый демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту четных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из первого приемника света, и формирующий на выходе сигнал, пропорциональный концентрации газа - объекта измерений в области измерения,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый источником света, на две или более части,

эталонную ячейку, в которой содержится указанный газ - объект измерений, с известной концентрацией, и установленную в таком положении, что лазерный луч, который не направлен оптической системой в область измерения, проходит через закрытый газ,

второй приемник света, принимающий лазерный луч, прошедший через газ, закрытый в эталонной ячейке, и формирующий на выходе сигнал, соответствующий интенсивности принятого света,

второй детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света,

второй демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту четных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе сигнал, пропорциональный концентрации газа, закрытого в эталонной ячейке,

третий демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту нечетных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе сигнал фиксации длины волны лазера, в качестве стандартного сигнала для фиксации длины волны лазерного луча на длине волны поглощения газа - объекта измерений,

анализатор, рассчитывающий на основе сигналов, поступающих из первого детектора компоненты постоянного тока, первого демодулятора модуляции длины волны, второго детектора компоненты постоянного тока и второго демодулятора модуляции длины волны, концентрацию газа и концетрацию твердых частиц в области измерения, и формирующий на выходе результат расчетов,

сумматор, суммирующий сигнал модуляции из контроллера модуляции длины волны с сигналом фиксации длины волны лазера, поступающим из третьего демодулятора модуляции длины волны, и передающий суммарный сигнал в качестве сигнала внешнего управления в контроллер выходного излучения лазера,

средство измерения температуры, измеряющее температуру в области измерения, и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению, в анализатор и

средство измерения давления, измеряющее давление в области измерения, и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению, в анализатор,

и дополнительно содержит средство для измерения скорости потока, непосредственно измеряющее компоненты скорости потока в 2-х горизонтальных направлениях, и вертикальную компоненту скорости потока газа в области измерения, и передающее сигналы измерений в анализатор,

а анализатор выполняет анализ на основе способа корреляции турбулентного движения с использованием сигналов, поступающих из средства для измерения скорости потока, и на основе расчетов, с использованием результатов анализа, получает поток импульса в области измерения, поток концентрации газа - объекта измерений и концентрацию газа - объекта измерений.

2. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

по меньшей мере, один первый источник света, генерирующий лазерный луч на длине волны поглощения, естественной для газа - объекта измерений, в направлении области измерения,

контроллер выходного излучения лазера, управляющий выходным излучением первого источника света,

контроллер модуляции длины волны, формирующий сигнал модуляции для наложения модуляции на генерируемую длину волны лазерного луча, генерируемого первым источником света, а также передающий опорный сигнал, синхронизированный с модуляцией,

первый приемник света, принимающий лазерный луч, прошедший через область измерения, и формирующий сигнал, соответствующий интенсивности принятого света,

первый детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции из сигнала, передаваемого из первого приемника света, и формирующий на выходе компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света,

первый демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из крнтроллера модуляции длины волны, компоненту четных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из первого приемника света, и формирующий на выходе сигнал, пропорциональный концентрации газа - объекта измерений в области измерения,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый первым источником света, на две или более части,

третий демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту нечетных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе сигнал фиксации длины волны лазера в качестве стандартного сигнала для фиксации длины волны лазерного луча на длине волны поглощения газа - объекта измерений,

анализатор, рассчитывающий на основе сигналов, передаваемых из первого детектора компоненты постоянного тока, первого демодулятора модуляции длины волны, второго детектора компоненты постоянного тока и второго демодулятора модуляции длины волны, концентрацию газа и концентрацию твердых частиц в области измерения, и формирующий на выходе результат расчетов,

средство измерения температуры, измеряющее температуру в области измерения, и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению, в анализатор, и

средство измерения давления, измеряющее давление в области измерения и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению, в анализатор,

и дополнительно содержит второй источник света, излучающий лазерный луч в область измерения, и третий приемник света, принимающий лазерный луч из второго источника света, прошедший через область измерения, и передающий сигнал, соответствующий интенсивности принятого света, в анализатор,

а анализатор получает на основе сигнала, поступающего из третьего приемника света, временные изменения коэффициента пропускания лазерного луча, получает на основе этих временных изменений коэффициента пропускания лазерного луча временные изменения плотности газа, выполняет анализ на основе закона подобия Монина-Обухова для определения состояния турбулентности газа - объекта измерений, с использованием временных изменений плотности газа, и получает путем расчетов, с использованием результата анализа, поток импульса в области измерения, поток концентрации газа-объекта измерений и концентрацию газа - объекта измерений.

3. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

первый источник света, генерирующий лазерный луч на длине волны поглощения, естественной для газа - объекта измерений, в направлении области измерения,

контроллер выходного излучения лазера, управляющий выходным излучением первого источника света,

первый детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции из сигнала, передаваемого из первого приемника света, и формирующий на выходе компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый первым источником света на две или более части,

анализатор, рассчитывающий на основе сигналов, поступающих из первого детектора компоненты постоянного тока, первого демодулятора модуляции длины волны, второго детектора компоненты постоянного тока и второго демодулятора модуляции длины волны, концентрацию газа и концентрацию твердых частиц в области измерения, и формирующий на выходе результат расчетов,

средство измерения температуры, измеряющее температуру в области измерения и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению, в анализатор и

и дополнительно содержит

второй источник света, генерирующий лазерный луч на длине волны поглощения, естественной для газа - объекта измерений, в направлении области измерения,

третий приемник света, принимающий лазерный луч, генерируемый вторым источником света и прошедший через область измерения, и формирующий на выходе сигнал, соответствующий интенсивности принятого света, и

третий детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции из сигнала, принимаемого из третьего приемника света, и передающий компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света в анализатор,

а анализатор получает на основе сигнала, поступающего из третьего детектора компоненты постоянного тока, временные; изменения коэффициента пропускания лазерного луча, получает на основе этих временных изменений коэффициента пропускания лазерного луча временные изменения плотности газа, выполняет анализ на основе закона подобия Монина-Обухова для определения состояния турбулентности газа - объекта измерений, с использованием временных изменений плотности газа, и получает на основе расчетов, с использованием результата анализа, поток импульса в области измерения, поток концентрации газа - объекта измерений и концентрацию газа - объекта измерений.

4. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

один источник света, генерирующий лазерный луч на длине волны поглощения, естественной для газа - объекта измерений, в направлении области измерения,

контроллер выходного излучения лазера, управляющий выходным излучением источника света,

первый детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции, из сигнала, передаваемого из первого приемника света, и формирующий на выходе компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый источником света, на две или больше частей,

третий демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту нечетных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе сигнал фиксации длины волны лазера в качестве стандартного сигнала для фиксации длины волны лазерного луча на длине волны поглощения газа - объекта измерений,

анализатор, рассчитывающий на основе сигналов, поступающих из первого детектора компоненты постоянного тока, первого демодулятора модуляции длины волны, второго детектора компоненты постоянного тока и второго демодулятора модуляции длины волны, концентрацию газа и концентрацию твердых частиц в области измерения, и формирующий на выходе результат расчетов,

средство измерения давления, измеряющее давление в области измерения, и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению в анализатор,

и дополнительно содержит

устройство поворота плоскости поляризации, имеющее оптическую систему для распределения лазерного луча, генерируемого одним источником света, на две или более части и поворачивающее плоскость поляризации лазерного луча одной или более частей, сформированных оптической системой,

третий приемник света, принимающий лазерный луч, плоскость поляризации которого повернута устройством поворота плоскости поляризации, и формирующий на выходе сигнал, соответствующий интенсивности света и

а анализатор получает на основе сигнала, поступающего из третьего детектора компоненты постоянного тока, временные изменения коэффициента пропускания лазерного луча, получает на основе этих временных изменений коэффициента пропускания лазерного луча временные изменения плотности газа, выполняет анализ на основе закона подобия Монина-Обухова для определения состояния турбулентности газа - объекта измерений, с использованием временных изменений плотности газа, и получает на основе расчетов, используя результат анализа, поток импульса в области измерения, поток концентрации газа - объекта измерений и концентрацию газа - объекта измерений.

5. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

контроллер выходного излучения лазера, управляющий выходным излучением первого источника света,

первый детектор компоненты постоянного тока, удаляющий компоненту переменного тока как сигнал модуляции из сигнала, передаваемого из первого приемника света, и формирующий на выходе компоненту постоянного тока для интенсивности принятого света,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый первым источником света на две или более части,

анализатор, рассчитывающий на основе сигналов, поступающих из первого детектора компоненты постоянного тока, первого демодулятора модуляции длины волны, второго детектора компоненты постоянного тока и второго демодулятора модуляции длины волны, концентрацию газа и концентрацию твердых частиц в области измерения, и формирующий на выходе результат расчетов,

средство измерения давления, измеряющее давление в области измерения и передающее сигнал, соответствующий измеренному значению, в анализатор;

и дополнительно содержит

демодулятор модуляции плоскости поляризации, детектирующий сигнал, синхронизированный с модуляцией плоскости поляризации, из сигнала, поступающего из первого приемника света, и формирующий на выходе сигнал, пропорциональный интенсивности принятого света,

а анализатор получает на основе сигнала, поступающего из демодулятора модуляции плоскости поляризации, временные изменения коэффициента пропускания лазерного луча, получает на основе этих временных изменений коэффициента пропускания лазерного луча временные изменения плотности газа, выполняет анализ на основе закона подобия Монина-Обухова для определения состояния турбулентности газа - объекта измерений, с использованием временных изменений плотности газа, и получает на основе расчетов, с использованием результата анализа, поток импульса в области измерения, поток концентрации газа - объекта измерений и концентрацию газа - объекта измерений.

6. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

контроллер выходного излучения лазера, управляющий выходным излучением источника света,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый источником света, на две или больше частей,

третий демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту нечетных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе сигнал фиксации длины волны лазера в качестве стандартного сигнала для фиксации длины волны лазерного луча на длине волны поглощения газа - объекта измерений,

анализатор, рассчитывающий на основе сигналов, поступающих из первого детектора компоненты постоянного тока, первого демодулятора модуляции длины волны, второго детектора компоненты постоянного тока и второго демодулятора модуляции длины волны, концентрацию газа и концентрацию твердых частиц в области измерения, и формирующий на выходе результат расчетов,

сумматор, суммирующий сигнал модуляции из контроллера модуляции длины волны с сигналом фиксации длины волны лазера, поступающим из третьего демодулятора модуляции длины волны, и передающий суммарный сигнал в качестве сигнала внешнего у правления в контроллер выходного излучения лазера,

и дополнительно содержит

а анализатор получает на основе сигнала, поступающего из демодулятора модуляции плоскости поляризации, временные изменения коэффициента пропускания лазерного луча, получает на основе этих временных изменений коэффициента пропускания лазерного луча, временные изменения плотности газа, выполняет анализ на основе закона подобия Монина-Обухова для определения состояния турбулентности газа - объекта измерений, с использованием временных изменений плотности газа, и получает на основе расчетов, используя результат анализа, поток импульса в области измерения, поток концентрации газа - объекта измерений и концентрацию газа - объекта измерений.

7. Устройство для измерения потока газа, характеризующееся тем, что содержит

контроллер выходного излучения лазера, управляющий выходным излучением источника света,

оптическую систему, распределяющую луч лазера, генерируемый источником света, на две или более части,

третий демодулятор модуляции длины волны, детектирующий на основе опорного сигнала, поступающего из контроллера модуляции длины волны, компоненту нечетных гармоник сигнала модуляции длины волны, добавленного к лазерному лучу, из сигнала, поступающего из второго приемника света, и формирующий на выходе сигнал фиксации длины волны лазера в качестве стандартного сигнала для фиксации длины волн

Устройство для измерения потока газа

Патент 2308023