Абсорбционный газоанализатор Советский патент 1984 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к оптичес ким абсорбционным устройствам для измерения концентраци определяемо го компонента в газовых смесях и может быть использовано для контро ля выхлопных газов двигателей внут реннего сгорания. Известно устройство для определ ния концентрации, содержащее источ ник лучистой энергии, фокусирукяцёе устройство, оптическую кювету, оптические фильтры, модулятор, разде ляющий луч на две составляющие, сдвинутые по фазе, оптические клин и приемник. Фильтры и клинья из составляющих лучей располо жены после оптической кюветы fjl . Недостатком устройства является низкая точность анализа, связанная с паразитной модуляцией, обусловленной различными углами падени потоков лучистой энергии на фотопр емник со стороны рабочего и сравнительного оптических каналов, а также разной протяженностью рабочего и сравнительного каналов« Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является абсорбционный газоанализатор, содер жащий источник излучения, обтюратор с двухсторонними зеркальньми лопастями, расположенными наклонно к оптической оси источника и обеспечивающий разветвление потока излучения на рабочий и сравнительный и сведение их на приемник излучения, рабочий и сравнительный каналы, включающие рабочую и сравнительную кюветы и неподвижные отражатели. Поток излучения от источника проходит между лопастями обтюратй)ра в рабочую кювету, отражается неподви;хным отражателем (плоским зеркалом), расположенным на одной оси с источником, после чего вновь отражается от зеркальной поверхности лопасти обтюратора в направле нии приемника. При вращении обтюратора лопасти смещаются и свет, отражаясь от лопасти обтюратора, с зеркальной поверхностью в направлении второго неподвижного зеркала, попадает затем через сравнительную кювету на приемник И I Недостатки известного устройства обусловлены тем,что отдельные ветви разветвленного ранее потока излучения к месту его сведения приходят разными путями, с разным числом отражений, а поэтому сведение потока не является матричным. Мало того, при перекрытии оптических каналов лопастями обтюратора ровно наполовину прямой поток от источника на приемник вообще не попадает. Это связано с тем, что перекры;тие входа в канал кромкой лопасти начинается с одной стороны, например сверху, а открытие выхода канала - с обратной стороны, т.е. снизу. Все это приводит к неселективной паразитной модуляции сигнала. Причем эта паразитная модуляция, являющаяся фоном полезного сигнала, как правило, намного превышает амплитуду последнего, а особенно при микроконцентрациях- измеряемого кокшонента. Цель изобретения - повышение точности путем обеспечения параметрической модуляции потока излучения, т.е. модуляции, возникновение которой определяется изменением лишь одного параметра равновесной системы - поглощающей способности газовой смеси, Поставленная цель достигается теМр Что абсорбционный газоанализатор, содержащий источник излучения, обтюратор с двухсторонними зеркальными лопастями, расположенный наклонно к оптической оси источника и обеспечивающий разветвление потока излучения на рабочий и сравнительный и сведение их на приемник излучения, рабочий и сравнительный каналы, включатацие рабочую и сравнительнурэ кюветы и неподвижные отражатели, снабжен оптической системой для поворота на изображения сечения кювет в месте сведения потоков излучения, . Причем оптическая система для поворота на ХВО-изображения сечения кювет выполнена в виде сферических зеркал и совмещена с неподвижными отражателями. На чертеже показано предлагаемое устройство. Газоанализатор содержит источник 1 излучения, измерительную кювету 2 с анализируемым газом, сравнительную кювету 3, обтюратор 4, наклонный к оптической оси излучат1эля с двухсторонней ЗJepкaльнoй лопастью 5 и межлопастным проемом б, неподвижные сферические зеркала 7 и 8 с радиусом кривизны, равным отношению расстояния между плоскостями неподвижного сферического зеркала 7 (8) и обтюратора 4 к синусу угла наклона- обтюратора 4 к оптической ос: источника 1, приемник 9, усилитель 10, индикатор 11. Устройство работает следующим образом. При вращении обтюратора 4 нарастающее перекрытие оптического канала кюветы 2 кромкой лопасти, прилегающей к межлопастному проему 6, проецируется на зеркальную плоскость лопасти 5, обращенную к приемнику 9 в виде теневого сегмента. При этом благодаря сферической форме зеркала 7 и его наклонному поло3 10751 жению теневое изображение этого сегмента поворачивается на 180 вокруг оси а -а, лежащей в плоскости чер-. тежа и обтюратора 4, Изображение же этого сегмента перекрытия в виде отраженного пучка5 лучистой энергии кромкк лопасти, прилегающей к проему 6, направляется на сферическое зеркало 8, а затетл на лопасть 5 (но с обратной стороны } также с поворотом на 180 вок-Ю руг оси а - . Одновременно с частичным закрытием канала кюветы 2 происходит точно такое же, но с поворотом на вокруг оси О - 0|, открытие канала15 на выход. Таким образом, пучок лучистой энергии, отраженный от сегмента лопасти, перекрывшей канал на входе, направляется точно в щель открытия20 на выходе, а поток, вошедший в щель открытия на входе, попадает на зеркало, отражающее этот поток на приемник 9 на выходе. Поскольку n( 5 ключение потока лучистой энергии с кюветы 2 на кювету 3 не сопровождается изменением энергии потока, паразитной модуляции не происхсздит. Возникновение же модуляции Свидетельствует о наличии измеряемого компонента, а по ее амплитуде, регистрируемой индикаторсяи 11 через приемник 9 и усилитель 10, судят о концентрации анализируемого компонента. По сравнению с базовым объектом (автоматическим анализаторам окиси углерода ГАИ-1) точность анализа микроколичеств определяети5ого компоненга газовой смеси увеличена в два раза. Правильная регулировка режима сгорания моторного топлива в двигателях, которую обеспечивает изобретение, помимо экологического эффекта, приводит к его более рациональному расходованию, т.е. к экономии i энергетических ресурсов.

1. АБСОРБЦИОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий источник излучения, обтюратор с двусторонними зеркальными лопастягли, распот1оженный наклонно к оптической оси источника и обеспечивающий разветвление потока излучения на рабочий и сравнительный и сведение их на приемник излучения, рабочий и сравнительный каналы, включающие рабочую и сравнительную кюве-вы и неподвижные отражатели,, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен оптической системой для поворота на 180 изображения сечения кювет в месте сведения потоков излучения. 2.ГазоаНс1Лизатор по п.1, о т л ичающийся тем, что оптическая система для поворота на 180изображения сечения кювет выполнена в виде сферических зеркал и совмещена с не- «g подвижными отражателями. (Л сд to ел