Двухканальный газоанализатор Советский патент 1991 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для контроля выбросовпромышленных предприятий в атмосферу, дпя определения концентраций токсичности газов, присут- CTByioppix в выхлопах автомобилей,энергетических установок и ряде технологических процессов, требующих, непрерывного контроля состава газов.

Известен газоанализатор, содержащий источник излучения, модулятор.

две кюветы - опорную и рабочую, приемник излучения, устройство обработки и регистратор.

Недостатком.данного газоанализатора является то, что основное усиление сигнала происходит на постоянном токе, т.е. для данного газоанализатора присущи все недостатки схем усилителей постоянного тока сдвиг нуля, дрейф нуля, что значительно снижает точность измерений, особенно при измерении слабых концентраций газов, так как при этом необходимо большое усиление.

Наиболее близким по технической сущности является двухканальный газоанализатор, содержащий оптически связанные источник излучения, модулятор ocyщecтвляющиli модуляцию рабочего и опорного потоков излучения на разных частотах, рабочую и опорную кюветы, средства фокусировки рабочего и опорного потоков на приемник излучения, а также предварительный усилитель, связанный с синхронным детектором опорного канала, выход которого связан с первым входом сравнивающего устройства, соединенного с измерителем отношения, и регистрирующий прибор.

Недостатком устройства является низкая чувствительность при измерениях и сравнительно большие габариты оптической части, вызванные необходимостью применять кюветы большой длины. Применение кювет большой длины не обеспечивает достаточного повьшения чувствительности устройства, так как при этом увеличивается длина оптического пути между источником и приемником, а это приводит к уменьшению энергии излучения, дошедшего от излучателя до приемника, сужению диапазона измеряемых концентраций, а также к увеличению дрейфа светового пучка по приемной площадке приемника излучения.

Так как информация о концентрации исследуемого газа заключена в разности выходных напряжений синхронных детек1;оров, то при измерении слабых концентраций (когда уровни постоянных напряжений на выходах синхронных детекторов близки друг к другу) основную погрешность в измерения вносят сдвиг и дрейф уровней выходных сигналов синхронных детекторов, сравнивающего устройства и измерителя отношения, что значительно снижает чувствительность устройства. Цель изобретения - повышение чувствительности и уменьшение габаритов

устройства.

Цель достигается тем, что двухканальный газосигнализатор, содержащий оптически связанные источник излучения, модулятор, осуществляющий

модуляцию рабочего и опорного потоков излучения на разных частотах, рабочую и опорную кюветы, средства

фокусировки рабочего и опорного потоков на приемник излучения, а такж предварительный усилитель, связанный с синхронным детектором опорного канала, выход которого связан с первым входом сравнивающего устройства, соединенного с измерителем отношения, и регистрирующий прибор, дополнительно содержит синхронный фильтр, электронный ключ, усилитель переменного напряжения и синхронный детектор, при этом вход синхронного фильтра связан с предварительным услителем, а выход - с вторым входом сравнивающего устройства,, электронный ключ включен между выходом синхронного детектора опорного канала и первым входом сравнивающего уст-, ройства, и его выход связан с одним из входов измерителя отношения, а усилитель переменного напряжения и синхронный детектор .вклйчены последовательно между выходом измерителя отношения и регистрирующим прибором Устройство поясняется чертежом,Газоанализатор содержит источник излучения 1, расположенный в фокусе сферического зеркала, модулятор 2, модулирующий на разных частотах световые потоки, проходящие соответственно через рабочую 3 и опорную 4 кюветы, фокусирующую систему 5, предназначенную для фокусировки светового потока на приёмную пло-, щадку приемника излучения, оптический фильтр 6, приемник излучения 7, связанный с приемником предварительный усилитель 8, синхронный фильтр 9 синхронный Детектор опорного канала 10, электронный ключ 11, сравнивающее устройство 12, измеритель отношения 13, усилитель переменного напряжения 14, синхронный детектор 15, регистрирующий прибор 16, причем выход предварительного усилител 8 соединён со входами синхронного фильтра 9 и синхронного детектора опорного канала 10. Выход синхронного фильтра 9 соединен с вторым входом сравнивающего устройства 12, а выход синхронного детектора опорного канала 10 через электронный ключ 11 подключен к первому входу сравнивающего устройства 12 и к одному из входов измерителя отношения 13, второй вход которого соединен с выходом сравнивающего устройства 12, выход измерителя отноше5

ния 13 через усилитель переменного напряжения 14 подключен к входу синхронного детектора 15, а выход синхронного детектора 15 соединен с регистрирующим прибором 16.

Устройство работает следующим

образом.

I

Излучение от источника излучения

Iразделяется на два потока и на разных частотах модуляции пропускагется через рабочую 3 и опорную 4 кюветы. Модуляция светового потока осуществляется модулятором 2. Далее световой поток фокусируется, проходит через оптический фильтр 6 и попадает на приемник излучения 7, в котором оптический сигнал преобразуется в электрический. Электрический сигнал, усиленный предварительным усилителем 8, поступает на входы синхронного фильтра 9 и синхронного детектора опорного канала 10. Управляющим напряжением для синхронного фильтра 9 является переменное напряжение, частота которого равна частоте модуляции потока, проходящего через рабочую 3 кювету, а частота управляющего напряжения для синхронного детектора опорного канала равна частоте модуляции пото- ка, проходящего через опорную 4 кювету. В результате на выходе синхронного фильтра 9 появляется переменное напряжение, частота которого равна частоте модуляции потока, проходящего через рабочую кювету,

а амплитуда пропорциональна интенсивности излучения, проходящего через рабочую кювету. На выходе синхронного детектора опорного канала 10 появляется постоянное напряжение пропорциональное интенсивности излучения, проходящего через опорную кювету. Благодаря электронному ключу

I1постоянное напряжение на выходе

141506

синхронного детектора опорного канала преобразуется в переменное, изменяющееся с частотой, равной частоте модуляции потока, проходящего через рабочую кювету. Переменные напряжения с выхода синхронного фильтра 9 и с выхода электронного ключа 11 поступают на входы сравнивающего

0 устройства 12. С выхода сравнивающего устройства 12напряжение, пропорциональное разности входных напрях ений, поступает на один из входов измерителя отношения 13, На вто15 Р° вход измерителя отнощения 13 поступает напряжение, полученное на выходе электронного -ключа 11. С выхода измерителя отношения 13 после соответствующего усиления в усилителе

20 переменного напрярцения 14 переменный сигнал, амплитуда которого пропорциональна концентрации исследуемого газа в рабочей кювете, поступает на вход синхронного детек25 тора 15. Частота управляющего напряжения синхронного детектора 15 равна частоте модуляции потока, проходящего через рабочую кювету. С выхода синхронного детектора сигнал,

30 пропорциональный концентрации анализируемого газа, поступает на регистрирующий прибор 1б.

Данное устройство позволяет повысить чувствительность устройства в 10-20 раз за счет работы устройства

35 на переменном токе, уменьшить габариты оптической части прибора за счет уменьшения длины рабочей и опорной кювет в 2-3 раза благодаря примене.Q нию в устройстве усилителя переменного напряжения, и увеличить диапа-зон измеряемых концентраций в 5 10 раз (в область слабых концентраций за счет повышения чувствительд5 ности, а в область больших концентраций за счет уменьшения длины рабочей и опорной кювет). .

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий оптически связанные источник излучения, модулятор, осуществляющий модуляцию рабочего и опорного потоков излучения на разных частотах, рабочую и опорную кюветы, средства фокусировки рабочего и опорного потоков на приемник излучения, а также предварительньй усилитель, связанный с синхронным детектором опорного канала, выход которого связан с первым входом сравнивающего устройства, соединенного с измерителем отношения, и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритов устройства, он дополнительно содержит синхронный фильтр, электронный ключ, усилитель переменного напряжения и синхронный детектор, при этом вход синхронного фильтра связан с предварительным усилителем, а выход - с .вторым входом сравнивающего устройства, электронный ключ включен между выходом синхронного детектора опорного канала и первым входом сравнивающего устройства, и его выход соединен с одним из входов измерителя отноW шения, а усидитель переменного нас: пряжения и синхронньй детектор вклю- ; чены последовательно между выходом измерителя отношения и регистрирующим прибором.