Оптико-абсорбционный приемник излучения Советский патент 1983 года по МПК G01N21/37 G01N21/61 

:

СО

sj

Фи1.1 Изобретение .относится к аналитической технике и может быть использ вано -в оптико-абсорбционных анализа торах состава различных сред. Известны оитикр-абсорбционные пр емники излучения к двухлучевому ана лиэатору, содержащие две параллельн расположенные газонаполненные прием ные камеры, воспринимающие модулиро ванные потоки 1злучения через окна, и пневматический чувствительный эле мент . Недостатком этих приемников явля егся их сравнительно низкая точност и стабильность. . Наиболее близким к предлагаемому является оптико-абсорбционный прием ник излучения к недисперсионному ансшизатору, включающий два блока г зонаполненных приемных камер, воспри нимающих последовательно через окна поступающие в них извне потоки излучения, и пневматический чувствительный злемен 21. Недостатком известного приемника является его невысокая точность йзме рений изменений интёнсивновти излучения, обусловленная асимметрией пар прие1уц{ых камер, а также временными и пространственными флук уациями исследуемого излучения. Оссбенно сильно неточности измерений проявляю.тся при Использовании приемника в анализатс ах микропримесей газообраз ных веществ; . Цель изобретения - повышение точности измерений. Поставленная цель досггигае ся тем что в оптико-абсорбц ионном приемнике,. Включающем два блока газонаполненных приемных камера, воспринимаю/№х последовательно поступающие в не.гр в противофазе потоки излучения блоки приемных камер расположены оди относительно другого так, что оптиче кие оси прие№1ых камер блоков взаимно перпендикулярны, а одна из камер 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 поступаюпдах в приемник потоков 3 и 32 излучения пары газонаполненных приемных камер 1, 2 и 3 и 2, воспринимающих излучение соответственно чёре окна 4 и 5 и 6 и 7, мембранные объёмы 8 и 9, один из которых (8) соединен пневматически с первыми по Ходу поступающих в приемник потоков 3 и Dj камерами 1 и 3, а другой (9) - со второй камерой 2, 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 камер 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-, и 2 излучения поступают в приемник соответственно через окна 4 и 6, проходят через первые камеры соответственно 1 и 3 и поступают во вторую камеру 2 через окна соответственно 5 и 7« Поступившие в приемные камеры 1, 2 и 3 потоки излучения поглощаются находйщимся-в них газом-наполнителем. При зтом в камерах 1 и 3 поглощается излучение, приходящееся на центр абсорбционной полосы газа-наполнителя, а в камере 2 - излучение, прошедшее камеру 1 или 3 И приходящееся преимущественно на крылья абсорбционной полосы. В результате поглощения газом-наполнителем 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 воздействующие на мембрану конденсаторно -о микрофона 10. Мембрана конденсаторного микрофона 10 отслеживает разностное давление в мембранных объемах В и 9, пропорциональное разностному давлению в камерах 1 и 2 и в камерах 3 и 2, что приводит к изменению емкости конденсатора конденсаторного кмкрофона 10 на некоторую величину от ее номинального значения. При равенстве потоков 3 и Зд изменения емкости конденсатора конденсаторного микрофона 10, вызванные их попеременным прохождением через оптические систе «л камера 1 - камера 2 и камера 3 - камера 2 приемника, сбалансировааи так, что на выходе приемника имеет место некоторый остаточный сигнал, принимаемый за начало отсчета. При относительном уменьшении одно.го из потоков, например потока 3 в области спектра, соответствующей центру абсорбционной полосы газа-наполнителя, 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 сие тем камера 1 - камера 2 и камера 3 камера 2, приводящему к изменению реёультирующего значения емкости конденсатора конденсаторного микрофона 10, являющемуся мерой различия потоков 3 и 2 . На зтапе проектирования приемника параметры приемных камер 1 и 3 и соотношение параметров камер 1 и 3 и камеры 2 выбираются таким образом, чтобы обеспечить равенство си1налов камер 1 и 3 при соотношении потоков 3 и Зп соответствующем началу от.счета, а также одинаковое изменение сигналов камер 1,2 и 3 .и 2 при неинформативном изменении потоков 3 и 32 . В представленном на фиг. 2 вариан те приемник содержит (в отличие от описанного на фиг. 1) одну общую для двух систем первую приемную камеру i и две вторые по ходу потоков 3-, и Jj камеры 2 и 11, причем мембранш: объем 9 пневматически соединен как с камерой 2, так и с камерой 11, а объ ем 8 - с 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 расположенные в оптической последовательности за камерами соответствен но 1 и 2 и 3 и 2, воспринимаюгцие из:лучейие через окна соответственно 14 :и 15 и соединенные пневматически ка,налами 16 и 17 с первыми камерами соответственно 1 и 3. В данном вщ ианте приемника ампли туда 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 мембрана же конденсаторного микрофона 10 отслеживает разностное давлег ние в мембранных объемах 8 и 9, пропорциональное разностным давлениям (суммарного в камерах 1 и 12 и в камере. 2 и суммарного камерах 3 и 15 и в камере 2) в зависимости от того, какой поток 3 или Do 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 потокама 3 и 2 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 кгёмбранный объем 8 распространя ются суммарные пульсации давлений, к мер 1 и 12 или 1 и 13. Предложенный оптико-абсорбционны приемник излучения по сравнению с прототипом обеспечивает более высокую точность измерения потоков излучения, особенно при примваении его BJ анализатрраХ микропримесей га орбразных веществ, за счет болйшей симметрии его блоков приемиьсс камер, эа cieT наличия обЩеЙ камеры и взаимно перпендикулярных оптических осей и вследствие этого, иеньшего по Сличит не остаточного сигнала, соответствующего началу отсчета. . Конкрёт.ным примером реализации предложенного приемника является его использование в анализаторе, п{редназначенном Для аналйза микропримесей двуокиси углерода в конвертированном газе производства аммиака; и содержащем приемник В.варианте, представ лённом аа фиг. 1, два импульсных источника излучения и две кюветы (измерительную и сравнитель-. ную), попарно последовательно расположенные перед окнами 4 и б приемника, и электронно-измерительную схему с амплитудньлм детектором, подключенную к конденсаторному, микрофону, Анализируемая смесь содер жит ркись углерода и метан в количествах (1-5 об Л), на три порядка превышанядих содержание в смеси анализируемого компонента (окрло 0,005 об.% GO2). Анализ смеси проводят с помощью анализатора с диапазоном измерения 0-0,005 об.% COj. Длины приемных камер 1 и 3 составляют 5 мм, а длины камеры 2 по отношению к потокам О и Зз (фиг. 1) 20 мм, концентрация газа-; наполнителя .7 об.% СО в А г, частот а модуляции потоковЛ и 2 излучения 2 Гц. Оптическая длина измерительной кюветы в аналиэоторе 500 мм. Ошибка измерения при изменении концентрации окиси углерода или метана, всмеси от О до 5 об. % не превышает,10- 6б.% СОо а время, в течение которого дрейф показаний анализатора не превышает 2,.% СО2,. составляет 7 сут. Базовым объектом является приемник двухлучевого оптико-абсорбцион ного анализатора ГИП10МБ-1, предназначенного для анализа мик)оприпесей 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.

2

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

5 Фи1.2

f

13

/

X И;Я

, V

хУ о

ьг

12

UJ.3

11

/ Ezzzza I

Г

11

Фт