Газоанализатор Советский патент 1985 года по МПК G01N21/61 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при создании газоанализаторов, в частности инфракрасного газоанализатора метана.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности измерений за счет более полного использования потоков излучения светодиодов.

На фиг, 1 приведена схема газоана лизатора; на фиг. 2 - диаграмма направленности излучения светодиодов.

Газоанализатор содержит блок 1 питания, от которого с частотой 1 кГц запитываются рабочий 2 и срав. нит-ельный 3 излучающий светодиоды, помещенные в фокусы двух параболических зеркальных отражателей 4 излучения, пропускающую голографическую дифракционную решетку 5, направляющую излучение светодиодов в оптическую кювету 6, предназначенную для задания поглощающего объема исследуемого газа, за которой расположено вогнутое сферическое зеркало 7, фиксирующее излучение светодиодов на фотопрнемник 8. Двухканальный усилител 9, устройство 10 сравнения сигналов предназначены для обработки сигналов фотоприемника 8 и вывода их отношения на показывающий прибор 11.

Газонализатор работает следующим образом.

Блок 1 питания подается с частотой 1 кГц и фазовым сдвигом м/2 прямоугольные импульсы питания на светодиоды, излучение которых спектрально разнесено по длине волны, причем излучение рабочего светодиода 2 совпадает, а сравнительного 3 не сов падает с полосой поглощения исследуемого газа.

Диаграмма направленности излучени светодиодов имеет лепестковую форму (фиг. 2), поэтому светодиоды помещены в фокусы параболических зеркальных отражателей 4, что позволяет создать высокопараллельный интенсивный поток инфракрасного излучения светодиодов и направить его под напе ред заданными углами С|, и Cf ( сравнительного и рабочего светодиода сооветственно) на входное окно оптической кюветы, выполненное в виде пропукающей голографической дифракционной решетки 5. Параболические зеркальные отражатели устанавливают так, что их оптические оси располагаются под углами Lp и (р , которые выбираются ис ходя из уравнения дифракции.

. Особенностью оптической схемы является то, что пропускающая дифракционная голографическая решетка изготавливается с таким числом штрихов, что при заданных углах падения излучения ( tp и IP у) угол дифракции (у) равен нулю.

После дифракции на входном окне излучение проходит через оптическую кювету 6, фокусируется вогнутым зеркалом 7 на фоточувствительную площадку фотоприемника ,8, который вырабатывает электрические сигналы, которые в двухканальном усилителе 9 разделяются ключевой схемой по двум каналам и усиливаются. Устройство 10 сравнения сигналов выводит их отношение на показывающий прибор 11.

Примером конкретного исполнения газоанализатора может служиуь макет для определения довзрывоопасных концентрагдий метана, в котором применены два излучающих светодиода: рабочий с длиной волны излучения 3, 32 мкм, совпадающей с максимумом поглощения метана, и сравнительный с длиной волны излучения 3,80 мкм, излучающий в области, где метан не поглощает.

Полуширина линии излучения светодиода составляет 0,30 мкм. Параболические зеркальные отражатели излучения (форма поверхности - параболоид вращения у 30 х) позволяют получить высококачественный параллельный пучок инфракрасного излучения, что дает увеличение интенсивности сигнала от светодиода в 29 раз После дифракции на голографической решетке, выполненной на основе халькогенидного стекла As S, интенсивность сигнала от светодиода в первом дифракционном порядке составляет 85% от падающего на решетку. Углы падения cf, (для , 3,32 мкм) и 2 (для 3,80 мкм) составляют 30 и 35° соответственно при числе штрихов пропускающей голографической дифракционной решетки 150 штр/мм, что позволяет после дифракции пучки обеих длин волн направить по одной оптической оси вдоль кюветы.

Сфокусированные сферическим зеркалом (рйдиусом 40 мм) оптические сигналы от обоих светодиодов регистрирует фотоприемник СФ4-12 с приемной площадью 1x1 мм.

ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий оптические сопряженные источники излучения, выполненные в виде двух светодиодов, излучающих на разных длинах волн, оптическую кювету с входным и выходным окнами и фотоприемник, связанный с электронной схемой выделения сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерений за счет более полного использования потоков излучения светодиодов, последние дополнительно снабжены параболическими зеркальными отражателями, фотоприемник дополнительно снабжен вогнутым зеркалом, расположенным со стороны его фоточувствительной площадки, а входное окно оптической кюветы вьтолнено в виде голографической дифракционной решетки, при этом светодиоды с отражателями установлены относительно оптической оси газоанализатора под углами, обеспечивающими при падении излучения светодиодов на дифракционную решетку угол дифракции, равный нулю.