Способ измерения показателя поглощения текучих сред Советский патент 1984 года по МПК G01N21/59 

Изобретение относится к измерению оптических характеристик и может бы использовано для точного определения малых разностей показателя поглощени двух жидких сред в реальном масштабе времени. Последнее позволяет использовать методы спектроскопии для определения состава жидких сред, в том числе когда растворитель обладает интенсив ным поглощением в исследуемой части спектра, а также осуществлять непрерывный контроль загрязнения жидкой среды, контроль концентрации бинарны и квазибинарных систем, непрерывный контроль состава и свойств сырья и продукта на различных автоматических и полуавтоматических линиях, и други задачи. Известен дифференциальный способ определения разности показателей поглощения двух сред согласно которому эл-ектромагнитное излучение источника делят на два луча. В один луч помещают исследуемую среду, а в другой эталонную. Разность показателей поглощения определяют по разности интенсивности лучей, прошедших через исследуемую и эталонную среду ll . SToi способ позволяет определить относительную разность коэффициентов поглощения до нескольких процентов. Чувствительность способа ограничена необходимостью точного деления излучения на два луча, очень точного соблюдения размеров исследуемого и эталонного образцов, соблюдением идентичности канализирующих устройств через которые проходят оба луча, идентичностью характеристик приемных устройств, и недостаточна для решения таких научно-технических задач, как спектроскопия органически веществ, растворенных в воде в инфра красном и СВЧ диапазонах, контроль загрязнения воды органическими вещес вами и др. Наиболее близким к предложенному по технической сущности является спо соб измерения показателя поглощения текучих сред, включающий пропускание электромагнитной волны через слой исследуемой текучей среды, модуляцию этой электромагнитной волны по ампли туде путем периодического изменения толщины исследуемого слоя среды и определение показателя поглощения текучей среды 2j . Способ позволяет определять концентратдию примесей в жидкости, паре газе с достаточной точностью и стабильностью измерений, в том числе, когда растворитель (пар, газ) прозрачен для излучения исследуемого диапазона, а примесь поглощает это излучение. Однако известный способ не пригоден для определения спектра поглощения органического вещества, растворенного в воде, в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне, когда растворитель сам обладает очень большим поглощением. Целью изобретения является расширение возможных областей применения и повышение чувствительности измерений показателя поглощения текучих сред, вызванных либо введе- . нием каких-либо добавок, либо внешним воздействием. Указанная цель достигается тем, что в известном способе измерения показателя поглощения текучих сред, включающем пропускание электромагнитной волны через слой исследуемой среды, модуляции этой электромагнитной волны по амплитуде путем периодического изменения толщины слоя исследуемой среды и определение показателя поглощения текучей среды, электромагнитную волну дополнительно пропускают через слой эталонной среды, а модуляцию осуществляют одновременным изменением толщин слоев исследуемой и эталонной сред, таким образом, что суммарная толщина указанных сред постоянна, по глубине амплитудной модуляции электромагнитной волны определяют разность показателей поглощения иссле,дуемой и эталонной сред, по которой с учетом известного показателя поглощения эталонной среды определяют показатель поглощения исг следуемой среды. При этом суммарную толщину исследуемой и эталонной сред целесообразно выбирать равной обратной величине показателя поглощения эталонной среды, т.к. именно при этой толщине чувствительность оказывается наибольшей. Предложенный способ позволяет осуществить спектроскопические исследования водных растворов малой концентрации с СВЧ и инфракрасных диапазонах длин волн, проводить непрерывный контроль загрязнения воды органическими веществами, осуществлять контроль за различными физико-химическими и биологическими процессами в реальном масштабе времени, а также решать и другие народнохозяйственные и научные задачи. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для реализации предложенного способа. Устройство содержит источник 1 электромагнитных волн,систему 2 линз, кювету 3, оптикоакустический приемник 4. Полость кюветы 3 разделена тонкой прозрачной для электромаг нитных волн мембраной 5 на две полости б и 7. Кроме того, в состав устройства входят гидравлический привод 8, связанный с полостью 6 генератор 9 низкой частоты, синхронный детектор 10, регистрирующее устройство 11. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Электромагнитная волна от источника 1 проходит через систему линз 2, кювету 3 и попадает в приемник 4. Зазор, между окнами кювет:и равен обратной величине затухания во в рабочем диапазоне длин волн, т.е. л 0,1-0,15 мм. Рабочий диаметр окна 4 мм, рабочая часть кюветы помещена в фокус сходящегося пучка. Б полость 7 кюветы заливается иссле дуемая жидкость, а в полость 6 - эта лонная(чистая вода). Гидропривод .В создает переменное гидростатическое давление с амплитудой л,0,05 атм. Частота колебаний равна 12,5 Гц и задается генератором 9. Мембрана 7 колеблется от одной стенки кюветы до другой с частотой генератора 9. Электромагнитная волна, прошедшая через кювету 3, оказывается промодулированной по амплитуде, причем амплитуда модуляции пропорциональна разности показателей поглощения жидкостей , находящихся в полостях 6 и 7кюветы 3, а частота модуляции рав на 12,5 Гц. Выходной сигнал с прием ника 4, также пропорциональный этой разности, подается на синхронный детектор 10, опорное напряжение для которого поступает с генератора 9, и дсшее на регистрирующий прибор 11. 8качестве источника электромагнитных волн используется линия обратно волны, а в качестве приемника 4-оптико-акустический приемник типа ОАП-5М, имеющий предельную чувствительность 4-КТ Вт/Гц. При работе с приемником ОАП-5М и источником излучения - лампой обратной волны субмиллиметрового диапазона, имекхцей РО , чувствительность определения изменения показателя поглощения среды составляет Такая высокая чувствительность позволяет решить принципиально новую научно-техническую задачу определить спектры поглощения веществ, растворенных в воде, в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах длин волн. Использование предлагаемого способа позволяет решить и другие задачи, например, непрерывный контроль загрязнения воды органическими веществами. Поскольку поглощение воды в субмиллиметровом (или инфракрасном) диапазонах по крайней мере на порядок выше поглощения органических веществ в этом же диапазоне, то относительная разность показателей поглощения чистой воды и водного раствора какого-либ.о органического вещества примерно пропорциональна концентрации этого Ьещества. Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить контроль чистоты воды при концентрации загрязнений . Контроль является непрерывным и может быть легко автоматизирован.

СПОСОБ HBNEPEHHH ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД, включающий пропускание электромагнитной волны через слой исследуемой текучей среды, модуляцию этой электромагнитной волны по амплитуде путем периодического изменения толщины слоя исследуемой среды и определение показателя поглощения текучей среды, отличающийся тем, что, с целью расширения возможных областей применения и пошлшения чувствительности измерений, электромагнитную волну дополнительно пропускают через слой эталонной среды, а модуляцию ( осуществляют одновременным изменением толщин слоев исследуемой и эталонной сред таким образом, что суммарная толщина указанных сред постоянна, по глубине амплитудной модуляции электромагнитной волны определяют разность показателей поглощения исследуемойи эталонной сред, по которой с учетом известного, показателя поглощения эталонной среды определяСП ют показатель поглощения исследуемой средам