Корреляционный газоанализатор Советский патент 1988 года по МПК G01N21/61 

со

фиг.1

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для контроля газообразных веществ в выброса.х промышленных: предприятий и автотранспорта в атмосферу, а также в ряде технологических процессов, связанных с выделением газов.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет устранения Зависимости показаний прибора от измерений интенсивности излучения исто ника.

На фиг.1 изображена структурная схема корреляционного газоанализатора; на фиг.2 - модулятор, внешний вид.

Корреляционный газоанализатор содержит источник 1 излучения с отражателем 2, модулятор 3, опорную 4 и рабочую 5 кюветы, корреляционную камеру 6, с одной стороны которой установлено общее окно 7,а с другой стороны по кругу установлены окна 8 - 11, закрепленные в держателях 12 - 15, фокусирующую систему 16, оптический фильтр 17, соединеннЕяе последовательно, приемник 18 излучения, предварительный усилитель 19, фиксатор

20нулевого уровня и блок 21 аналоговых ключей, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя 22 импульсов синхронизации, оптически связанного с модулятором 3 и пре.д ставляющего собой расположенные по ктэугу четыре оптопары, синхронный накопитель 23 опорного канала,синхронные накопители 24 - 26 рабочего канала, накапливающие сигналы, пропорциональные интенсивностям потоков излучения, проходящих соответственно через окна 9,10 и 11, суммирующее устройство 27 с делителем, вычитающее устройство 28, делитель 29 напряжений и регистратор 30, связанный с выходом делителя 29 напряжений, один из входов которого соединён с выходом вычитающего устройства 28, а другой - с выходом синхронного накопителя 23 опорного канала, вход которого связан с одним из выходов блока

21аналоговых ключей, а оставшиеся три выхода этого блока соединены со входами синхронных накопителей 24

и 25 рабочего канала, выходы которых соединены со входами суммирующего устройства 27 с делителем, а также со входом синхронного накопителя 25,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

выход которого соединен с одним из входов вычитающего устройства 28, второй вход которого связан с выходом суммирующего устройства 27 с делителем.

Модулятор 3 представляет собой диск с прорезью 31 и вырезом 32.

Корреляционный газоанализатор работает следующим образом.

Излучение от источника 1, расположенного в фокусе отражателя 2, модулируется модулятором 3, проходит через опорную 4 и рабочую 5 кюветы и разделяется на четыре равнозначных потока, которые поочередно (со сдвигом во времени) пропускаются через объемы поглощающего газа, заключенные между каждым из окон 8 - 11 и общим окном 7 корреляционной камеры 6. Поочередная (со сдвигом во времени) модуляция потоков излучения, проходящих через окна корреляционной камеры, осуществляется с помощью прорези 31 модулятора (фиг.2). Потоки излучения, прошедшие через корреляционную камеру, направляются фокусирующей системой 16 через оптический фильтр 17 на приемную площадку приемника 18 излучения, в котором преобразуются в электрический сигнал. Предварительным усилителем 19 этот сигнал усиливается и подается на вход фиксатора 20 нулевого уровня, в котором осуществляется восстановление его постоянной составляющей.

При попадании на приемник излучения потоков, прощедших через определенные окна 8 - 11, с помощью блока 21 аналоговых ключей осуществляется подача сигнала на входы соответствующих синхронных накопителей 24 - 26 или 23. Такое управление работой ключей осуществляется благодаря вырезу 32 модулятора (фиг.2) и четырем (расположенным под 90 ) оптопарам формирователя 22 импульсов синхронизации. Таким образом, уровень постоянного напряжения на выходе синхронного накопителя 23 опорного канала будет пропорционален интенсивности потока, проходящего по каналу, образованному опорной кюветой 4 и окном 8 корреляционной камеры, а уровни постоянных напряжений на выходах синхронных накопителей 24 - 26 рабочего ка- нала будут пропорциональны интенсивностям потоков, проходящих по кана

лам, образованным рабочей кюветой 5 и соответственно окнами 9-11. При этом расстояния между общим окном 7 и окном 8, расположенным в опорном канале, а также между общим окном 7 и одним из окон (например,окном 9), расположенным в канале рабочей кювет установлены равными нулю, а расстояния между общим окном 7 и оставшими- ся окнами установлены такими, чтобы поглощение излучения в канале, образованном одним из них (например, в канале окна 10), было в два раза сильнее, чем в канале, образованном другим окном (например, окном 11). Сигналы, снимаемые с выходов синхронных накопителей 24 и 25, пода ются на входы суммирующего устройства 27 с делителем, в котором осу- ществляется их суммирова ние и деление на 2, таким образом, при отсутствии в рабочей кювете вещества, поглощающего в полосе пропускания оптического фильтра 17, при этом на выходе суммирующего устройства 27 с делителем уровень постоянного напряжения будет равен уровню постоянного напряжения на выходе синхронного накопителя 26 и, следовательно, на выходе вычитающего .устройства 28 сигнал будет равен нулю. Этот раз- ностный сигнал также останется равным нулю и после деления на выходной

сигнал синхронного накопителя 23 опорного канала, осуществляемого с по- )мощью делителя 29 напряжений. Выходной сигнал делителя 29 напряжений измеряется с помощью регистратора 30.

Появление в рабочей кювете анализируемого компонента, аналогичного находящемуся в корреляционной камере вызывает поглощение излучения только в канале, образованном окном 9, и не вызывает поглощения в каналах, образованных окнами 10 и 11, так как излучение в центрах линий уже поглощено газом, находящимся в корреляционной камере. Появление же в рабочей кювете постороннего вещества, линии поглощения которого попадают между линиями поглощения анализируемого компонента, вызывает одинаковое уменшение интенсивности излучения в каналах, образованных окнами 9 - П,что не приводит к изменению величины измеряемого выходного сигнала,

У предлагаемого корреляционного газоанализатора (в отличие от прото-

10

, , J520 25

30

35

40

45

O

55

типа) отсутствует зависимость его показаний от колебаний интенсивности излучения источника, и достигается благодаря непрерывному делению измеряемого сигнала на сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности излучения источника, в результате чего В два и более раз повышается точность измерений, причем эта величина зависит от диапазона измене- нения интенсивности. Например, если интенсивность излучения источника изменяется в два раза, то измеряемый сигнал на выходе прототипа также изменится в два раза, а на выходе предлагаемого корреляционного газоанализатора остается без изменения.

Формула изобретения

Корреляционный газоанализатор, содержащий модулятор, корреляционную камеру с одной стороны которой установлено общее окно, а с другой стороны по кругу установлены четыре окна, закрепленные в держателях, выпол- ненных с возможностью перемещения вдоль оптической оси газоанализатора, фокусирующую систему, оптический фильтр, приемник излучения и блок электронной обработки и регистрации оптических сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены источник излучения с отражателем, установленные перед модулятором, рабочая и опорная кюветы, установленные между модулятором и корреляционной камерой, причем опорная кювета расположена на одной оптической оси с одним окном корреляционной камеры, а рабочая кювета оптически связана с тремя остальными окнами, и формирователь импульсов синхронизации, оптически связанный с модулятором, а блок электронной обработки и регистрации оптических сигналов вьтолнен в виде соединенных последовательно предварительного усилителя, фиксатора нулевого уровня, электрически связанного с формирователем импульсов синхронизации блока аналоговых ключей, к выходам которого подключены синхронный накопитель опорного канала и три синхронных накопителя рабочего канала, причем выходы двух синхронных накопителей рабочего канала подключены через сумми51396013

рующее устройство с делителем к входу вычитающего устройства, к второму входу которого подключен выход третьего синхронного накопителя рабочего

ка те ус на

канала, а вькоды синхронного накопителя onopHot o канала и вычитающего устройства подключены через делитель напряжений к входу регистратора.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для контроля газообразных веществ в выбросах промышленных предприятий и автотранспорта в атмосферу. Цель - повышение точности измерений за счет устранения зависимости показаний прибора от измерений интенсивности излучения источника. Световое излучение от источника I с помощью отражателя 2 проходит через модулятор 3, опорную 4 и рабочую 5 кюветы, корреляционную камеру 6,. образованную общим окном 7 и четырьмя подвижными окнами (ПО) 8,9, 10, 11, фокусирующую систему 16, оптический фильтр 17 и попадает на приемную площадку приемника излучения 18, где преобразуется в электрический сигнал. Блок электронной обработки и регистрации включает блок аналоговых ключей 21, к выходам которого подключены синхронный накопитель 23 опорного канала и три синхронных на - копителя 24, 25, 26 рабочего канала, суммирующее устройство с делителем 27, вычитающее устройство 28, делитель напряжений 29 и регистратор 30. За счет изменений интенсивности излу- чения с помощью четьфех ПО корреляционной камеры 6 и за счет непрерывного деления измеряемого сигнала на сигнал, величина которого пропорцио- нальна интенсивности излучения источника, устройство позволяет избавиться от зависимости показаний от колебаний интенсивности источника излучения, за счет этого точность измерений повышается более чем в два раза. 2 ил. S (Л с оо со о:

фиг.г

3/

3f