Флуоресцентный газоанализатор Советский патент 1991 года по МПК G01N21/64 

Изобретение относится к аналитической технике, а именно к устройствам для количественного газового анализа, работающим на принципе флуоресценции и предназначенным для непрерывного автоматического анализа загрязняющих веществ в воздухе.

Известны флуоресцентные газоанализаторы для определения загрязняющих веществ в газовых средах, в частности S02. N0, N02, СО, С02, содержащие источник возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник, расположенный под прямым углом к направлению возбуждающего излучения, регистрирующий сигнал, пропорциональный флуоресцентному излучению измеряемого

компонента и Энергии рассеянного излучения, а также блок обработки информации, содержащий одноканальную электронную схему, работающую по принципу непосредственного отсчета.

К недостаткам газоанализаторов относится снижение точности вследствие наличия рассеянного (фонового) излучения,

Наиболее близким к предлагаемому является флуоресцентный газоанализатор, содержащий импульсный источник возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру, первичную и вторичную оптические системы, два фотоприемника, один из которых (фотоэлектронный умножитель) расположен под прямым углом к возбуждающему излучению и регистрирует сигнал, пропорциональный флуоресцентному излучению

XI

О

I

О

измеряемого компонента и энергии рассеянного излучения (измерительный канал), а второй фотоприемник (вакуумный фотодиод) расположен вдоль оптической оси источника излучения и регистрирует сигнал, пропорциональный его интенсивности (сравнительный канал), блок обработки информации, содержащий двухканальную .электронную схему, обеспечивающую вы- мтание сигналов, поступающих по изме- Ьительному и сравнительному каналам, а также схему измерения отношения полученной разности к сигналу канала сравнения,

К недостатку известного газоанализатора О косится наличие двух фотоприемников и двух электронных каналов измерения, изменение параметров во времени и при воздействии внешних факторов не может быть абсолютно идентичным, поэтому здесь имеет место погрешность, вызванная различной нестабильностью приемников .излучения и элементов электронной схемы. |Не устраняется также погрешность из-за нестабильности вторичной оптической сис- темы, которая может быть -вызвана загряз- нением выходного окна флуоресцентной Iкамеры или разъюстировкой оптической си- |стемы.

Цель изобретения - повышение точности и стабильности измерения флуоресцентного газоанализатора.

Флуоресцентный газоанализатор, содержащий импульсный источник возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру, первичную и вторичную оптаче- (ские системы,, фотоприемник, блок обработки информации, снабжен источником калибровочного сигнала, представляющим собой люминофор, оптически связанный с источником излучения с помощью световода и вторичной оптической системой, при этом спектральная область свече- ния люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества.

На чертеже представлена схема флуоресцентного газоанализатора.

Флуоресцентный газоанализатор содержит импульсный источник 1 возбуждающего излучения, флуоресцентную камеру 2, первичную 3 и вторичную 4 оптические системы, содержащие фокусирующую оптику 5, первичный б и вторичный 7 светофильтры, фотоприемник 8, расположенный под прямым углом к направлению возбуждающего флуоресценцию анализируемого компонента излучения, элементы газовой схемы 9,

обеспечивающие очистку от пыли и осушку анализируемой пробы, прохождение ее с заданным расходом и давлением через флуоресцентную камеру, световод 10, характеристический люминофор 11, входное окно 12, блок 13 обработки информации, цифровой показывающий прибор 14 и блок 15 синхронизации.

Газоанализатор работает следующим

0 образом.

В режиме работы Нуль через флуоресцентную камеру 2 прокачивается анализируемая проба, осушенная и очищенная от пыли и анализируемого компонента (нуле5 вой газ). Возбуждающее излучение от источника 1 фокусируется с помощью оптики 5 во флуоресцентной камере. Первичный светофильтр 6 служит для выделения спектральной области возбуждения флуоресцен0 ции анализируемого компонента. Из-за несовершенства спектральных характеристик первичной оптической системы в камеру в момент вспышки лампы поступает излучение как в узкой спектральной области

5 возбуждения флуоресценции анализируемого компонента, так и в области его флуоресценции, но во много раз меньшей интенсивности.

При прохождении через камеру нуле0 вого газа в ней наблюдается только лишь рассеянное стенками излучение, пропорциональное интенсивности возбуждающего излучения, которое, пройдя вторичную оптическую систему 4, попадает на фотокатод

5 фотоприемника 8. В это же время возбужда- v ющее излучение, пройдя первичную оптическую систему 3, световод 10, попадает на характеристический люминофор 11, который начинает флуоресцировать в той же

0 спектральной области, что и анализируемый компонент. Флуоресцентное свечение люминофора, пропорциональное интенсивности возбуждающего излучения, пройдя входное окно 12, флуоресцентную камеру,

5 вторичную оптическую систему 4, попадает на фотокатод фотоприемника.

После прекращения вспышки источника излучения флуоресцентное свечение люминофора начинает медленно затухать

0 (время жизни т - с) по экспоненциальному закону. Интенсивность флуоресцентного излучения характеристического люминофора в начальный момент затухания пропорциональна энергии поглощенного

5 возбуждающего излучения. Это затухающее излучение, пройдя входное окно 12, флуоресцентную камеру, вторичную оптическую систему 4, попадает на фотокатод фотоприемника. До начала следующего импульса возбуждающего излучения флуоресцентмое послесвечение люминофора полностью затухает.

Таким образом, в режиме Нуль в момент вспышки лампы на фотоприемник поступает фоновое излучение, состоящее из рассеянного стенками камеры и флуоресцентного излучений люминофора. Преобразованное в электрический сигнал фоновое излучение после фотоприемника 8 поступает в блок 13 обработки информации. После прекращения возбуждения, т.е. в период между вспышками лампы, на фотоприемник поступает медленно затухающее флуоресцентное излучение от характеристического люминофора, несущее информацию о стабильности источника излучения и оптической системы. Преобразованное в электрический сигнал это излучение после фотоприемника поступает в блок обработки информации. В этом блоке сигналы, поступающие в момент вспышки и в промежутках между вспышками, запоминаются. Затем производятся операции вычитания и деления и на цифровом табло показывающего прибора 14 высвечиваются показания в единицах концентрации анализируемого компонента. В режиме Нуль в пробе отсутствует анализируемый компонент и на цифровом табло высвечиваются нулевые показания. Блок 15 синхронизации служит для обеспечения синхронной работы источника 1 излучения и блока 13 обработки информации.

В режиме Измерение через флуоресцентную камеру прокачивается проба, содержащая анализируемый компонент. Во флуоресцентной камере в момент вспышки лампы, помимо фонового, возникает флуоресцентное излучение, пропорциональное концентрации анализируемого компонента

в пробе, и в блок обработки информации после фотоприемника поступает сигнал, пропорциональный сумме флуоресцентного и фонового излучений.

Флуоресцентное излучение анализируемого компонента затухает практически сразу же после прекращения возбуждения, a s период между вспышками на фотоприемник поступает тот же сигнал, что и в режиме Нуль. В блоке обработки информации в режиме Измерение производятся те же операции, что и в режиме Нуль, и на цифровом табло высвечиваются показания о концентрации анализируемого

компонента в пробе.

Формула изобретения 1. Флуоресцентный газоанализатор, содержащий импульсный источник излучения,

флуоресцентную камеру с входным окном, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник и блок обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности измерения, газоанализатор снабжен источником калибровочного сигнала, представляющим собой люминофор, оптически связанный с источником излучения и вторичной оптической системой, при этом спектральная область свечения люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества.

2. Газоанализатор по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что люминофор связан с источником излучения с помощью световода, второй торец которого оптически сопряжен с входным окном флуоресцентной

камеры.

Выход газа

Изобретение относится к устройствам для количественного газового анализатора, работающим на принципе флуоресценции, и может быть использовано для анализа атмосферного воздуха. Цель изобретения - повышение точности и стабильности измерения. Это достигается тем, что в газоанализаторе, содержащем импульсный источник излучения, флуоресцентную камеру с входным окном, первичную и вторичную оптические системы, фотоприемник и блок обработки информации, установлен люминофор, оптически связанный с источником излучения и вторичной оптической системой, при этом спектральная область свечения люминофора совпадает со спектральной областью свечения анализируемого вещества, а время свечения люминофора превышает время свечения анализируемого вещества. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

12

z8 L J