Способ определения концентраций компонентов ионизированного газа в потоке

Способ определения концентраций компонентов ионизированного газа в потоке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

>ЗИ992

Союз Сееетских

Социалистических

Ресоублии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 28.08.79 (21) 2811002/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.03.82. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 30.03.82 (51) M.Кл. G 0l N 21/41

j @ 01 N2145

Тосударстееииыл крмитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 535.853.4 (088.8) (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ

КОМПОНЕНТОВ ИОНИЗИРОВАННОГО ГАЗА В ПОТОКЕ

Изобретение относится к области газодияамичесиих иоследоваинй ы может быть использовано, напр|имер, для диагностики алазмы, движущейся за фронтам ударной волны .в ударной трубе.

Известен способ апределения концент,рации отдельных комптонентов многошипонентной газовой смеси, заключающийся в одновременной регистрами ингерферени ионных картин ври ра зных длинах волн мо» нохроматичеокого света и совместном рентеиии системы уравнений, связывающих величины изменения Оптической разности мода для выбранных длин вол и с ковцен1грацией комлонентов газовой смеси (1). Этот способ применяется для определевия количественного состава смеси, образующейся при истечении кисло рода в атмосферу воздуха. Ингерференциовные 1полосы в исследуемом лоле не имели разрыв.ов и нлавно искривлялись при перелоде из невоамущенной области атмосферного воздуха в область, возмущенную вытекающей струей кислорода.

Это позволяло непрерывно измерять изменение опттической ;разности хода KIo сечению струи кислорода относительно невозмущенвого атмосферного воздуха.

Известный способ обладает недостатком, заключающимся в том, что не етозволяет исследовать газовые неоднородности, .имеющие скачии уплотнения, на кото|рых имеет место скачкообразное изменение;разности хода, а таюже такие неоднородности, 5:в которых огсу,"пствует .невозмущенная область. В этом случае не вредставляется возможным идентифвцировать интерференционные полосы в .возмущевной и невозмущенной областях исследуемой неоднород10 ности. Типичным примером газовой неоднородности .со окачками уплотненыя является плоская ударная волна, распространяющаяся в ударной трубе.

Перед фронтом ударной:волны, цред15 ставляющ им собой скачок уплотнения, находится невозмущенный е аз, за ивм — iHîнизированный газ, температура тсотораго при сильных ударных волнах может достигать 10000 К и более.

3) Наиболее близиим ото техвичесвой сущности к давному изобретению является способ определения концентраций компонентов ионизированного газа в потоке, осуществляемый посредством создания:интер25 ференционного поля:в белом и монохроматическом свете и оаределен|ия кто смещению внтерферевционных волос концентрации компонентов нонизированного таза 12).

В известном способе наряду с регистра30 цией:интерференционных картин в;моно8И992 хроматическом свете при разных длинах волн в момент прохождения исследуемой области потока в интер ферен ционном,поле производится одновременная регистрация интерференционной каргины в белом свете.

По ахроматической полосе, наблюдаемой на интер ферецщионной ка рпине в белом свете, осуществляется идентификация полос в возмущенной и невозмущен1ной областях газовой неоднородности.

По интерференционным ка ргинам,в монохрома пическом свете измеряют изменение оптической разности хода по всему исследуемому полю и рассчитывают концентрации компонентов ионизи рованного газа по измеренному изменению о птической разности хода.

К недостаткам известного способа егггоаится следующее. Во-первых, ари исследовании ионизлрова ннаго газа (налример, га,за за фронтом сильной уда р ной волны) нз-за наличия значительного количества свободных электронов, обладающих большой дисперсией, происходит изменение лорядка ахроматической полосы на интерференционной карти не в белом свете.

Вследствие этого, при исследовании сильно ио низированношо газа ахромапическая полоса в возмущенной области IHB только смещается относительно своего положения в невоэмущенной области иссле дуемого поля, но,и изменяет свой порядок.

Определить, на .какую величыну,изменился порядок ахроматической GQJIocbI, невозможно, так как при изменении порядка вид ахроматической полосы не изменяется. Это щриводит к появлению погрешности (ират;ной целому числу длин волн) определения олтической,разности хода и, в конечном счете, к погрешности, измерения концентраций компонентов (электронов,,атомов, ионов) потока ионизирован ного газа.

Во-вторых, когда изменение плотности исследуемого газа |велико, ахроматическая ,интерфереыциснная полоса может выйти нз поля зрения. Это требует компенса щи и .разности хода перед экспериментом,,например, с помощью стеклянного компенсатора. При переменной по аолю плопности газа ко,мпенсация по всему исследуемому полю становится .невозможной, что для нестациона риых потоков таза также снижает точность измерений, так как:в эпом случае концентрации комлонентов в различных областях исследуемого поля определяются из серии однотипных зспериментов, па ра метры moтока в которых могут значительно отличаться друг от друга.

Целью изобретения является повышение точности измерения концен градаций компонентов:ионизи рова нного .потока га,за.

Поставленная цель доствгается тем, что в известном способе определения кон<центраций компонентов ионизнрованного таза дания интерферевционного поля в белом и монох роматичесиом свете и оцределения по смещен|ию интерференщионны х полос концентрации компонентов ионизнрсва н но5 го газа фармируют из интер(фе рен1щиоыного аоля в белом свете узкий световой пучок, ограниченный по диаметру до величины, не превышающей расстояния между,максиму.мами интерференщионных полос, развора10 чивают выделенный пучок света в спектр во времени, ари этом развертку спекпра во времен и осуществляют непрерывно, начиная с момента появления ионижрован ного газа в .интерфереяционном поле, а регистБ ращию и нтерференцион:ного поля в монохроматическом свете — в,момент пьрохожден ия исследуемой области потока.

По интерферограммам, в белом свете вычисляют приращения оптической раанос20 ви хода для длин волн .монохроматических .источников света в .момент щременн, соответствующий,моменту их срабатывания, в точке поля, через которую проходит узкий пучок белого света.

25 Точку поля, для кожрой региспри1руется интерференщионная ка ртииа в координатах время — длина волны света, выбирают так, чтобы в момент срабатывания источников монохроматического света чеЗ0 рез эту точку уже .прошла ударна я волна.

На фиг. 1 показана схема, с помощью коpgpoH был реализован предложенный способ; на фиг. 2 — схематический;вид и нтерференциопной картины в координатах

35 время — длина волны света.

Схема (фиг. 1) содержит источник белого света 1, конденсатор 2, коллиматор 3; источники .монохроматического света (лазеры) 4 и 5 с неперекрывающимися длинами

40 вол и излучения света, полупрозрачное зеркало 6, систему расширения лазерного пучка 7,,интер ферометр 8 типа Маха-Цендера, состояш ий из двух зеркал 9, 1О и двух светюделителей 11, 12, .рабочую камеру 13, с

45 исследуемым потоком иониииро ва нного газа, помещенную в одну из ветвей и нторфе.рометра 8, приемную часть 14,интерферометра 8 для регистрации интерференционIHblx картин в монохроматическом свете, состоящую ma аветоделителя 15, интерференционных светофильгров 16, 17, объекпива

18, формирующего изоб ражения интерфе ренционных картин в плоскостях 19, 20, а также приемную часть 21 для регистращни

55 интерференционных картин,в координатах время — длина волны света, состоящую из объектива 22, точечной диафрагмы 23, спектрографа 24 m фоторепистратора 25.

Способ осущесгвляется следующим об60,разом.

Коллимированные световые пучки от источника белого авета 1 и;источников монохроматического света 4, 5 наиравляют в интерферометр 8. Источники авета 1, 4, 5

811992

ыизы1руют с,исследуемым процессом так, чтобы источники монохромат ичвского света

4, 5 (лазеры) орабатьгвали одновременно в момент времени прохождения в поле зрения интврферометра исследуемой области газового потока за фропгвом ударной волны (напр имер, при нсследсвании процессов в ударной трубе); а источыик белого света 1 срабатывал до при ходa возмущения (уда рыой волны) в поле зрения интврферомет,ра..Пры этом обеспечнвается величина .длительности свечения источника белого света не меньше интервала щремены .мериду началом срабатывания источыыка света 1 и моментом вспышки лазеров 4 и 5.

Интерфервнцнонные картины в монохроматическом свете ретисприруют с аомощью п риемной часпи 14. Для выделения онтарференщионыых. картин на, каждой используемой длине волны монох ромапического света используют светоделитель 15 ы сирещенные светофильтры 16, 17. Количество источников моыохрама пичвского авета выбирают равным числу компонентов;ианизврованного,газа.

Иытерференщионную .карпину в коорди.натах время — длина волчины света,регистрируют в приемной части 21. При этом для вырезания узкого, пучка .из лучей, об разукищих интер фервнцыонную картину в белом свете, используют точечыую диафрагму 23, для разложения этого пучка в спект1р — алектрограф 24, для,разворачивания спектра во времени — фоторепистратор 25. Источники света,и фоторегистратор .оинлронизируются с процессом в ударной тру бе с помощью датчиков давления, установленных в уда рной прубе.

По интерференционной ка ртнне в координатах в,ремя длина волны света (cM. фиг. 2) аределяют значени я оптической

:разности хода .в точке поля, сап ряисенной с диаф,рагмой 23.

Расчет ведут для сечения интерферограммы, соопветствующвго моменту времени срабатывания монох ромапических источников света.

Время t на фиг. 2 соответствует мо,менту. прохождения ударной волны мимо диафрагмы 23. Сечение 1= t, проводится

ыо двум точкам А и Б на,интерферограмме, которые образуются в .результате срабатывания монохромапических источи|иков авета с длинами волн Х и Х .

П асле определения изменения разности хода в одной точке:поля {по интер ферограмме время — длина волны света) п роизводится расчет изменения;разноспи хода по всему полю, но уже из иытврфераграммы;в монохрома пическом свете, По .найденной таким образом разности хода рассчитывается конценпра1щия компонентов ионизирова ннсго газа во всем,исследуемом, поле.

Способ позволяет с большой точностью

1О определять коиценпрацни компонентов ыюнизироваянаго газа цри наличиы скачков уплотнения, ыа котарых оптическая разность хода претерпевает разрыв. Повышение точности измерения обусловлено тем, 15 что, во-первых, оппадает необходимость,работы с амром.атической ннтерферационной ,полосой, и, во-вторых, информация об из,менении ко нцентрациы юмпонентав извлекается из одного эксперимента.

Формула изобретения

Способ определения концвнтралий компонентов ионизнрованного газа в потоке, 25 осущеспвляемый лосредством создаяня интерференционного поля в белом ы ыонохромапичвском свете и определения ло смещению и нтер ференционных полос канцентрации ком понентов ионнзырованного газа, о тзо личающыйся тем, что, с.целью павышения точности определения . концеытрации, формируют из интерференционного поля:в белом свете узкий световой лучок, огграниченный по диаметру до величины, не

35 превьшгающей расстояния между максимумами интврференщионных полос, разво рачивают выделенный пучок авета в спектр во времени, пры этом развертку спектра во времени осуществляют непрерывно, начи4ц ная с момента появления ионизировагГного газа в интерфвренцнонном поле, а регистрацию,и нтерференщионного поля в монохроматическом свете — в момент прохождения исследуемой обласпи истока.

Источники,информации, принятые во внимание при экспвр пизе

1. Olsen Н. Third Symposium on Combastion Flame and Емр1оз1оп Phenomena, Ва1timore, 1949, P. 663 — 667.

2, Долгов-Савельев Г. Г. и др. О при,мененни,интерферомепра Майкельсона с большими,noJIHMIH и1нтерференщни в:исследованиях по физике плазмы. «Д иагн асти55 ка плазмы». Сборник статей вып. 2, М., Атомкздат 1968, с. 3 — 13 (прототип).

81:1992

Составитель М. Дедловскяй

Техред И. Пенчко Корректор И. Осиновская

Редактор Н. Коляда

Тнп. Харь| фил. нред. «Патент»

Заказ 253/161 Изд. № !!8 Тираж 883 Подписное

НПО <.Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I!3035, Москва, Ж-35. Раушская наб., д. 4/5