Способ обнаружения точки росы Советский патент 1993 года по МПК G01N25/66 

Изобретение может быть использовано при создании измерительных средств для обнаружения точки росы газов,

Целью изобретения является повышение точности и достоверности обнаружения росы, в способе включающем регистрацию изменения отражательной способности конденсационной поверхности.

На фиг.1 показана схема от конденсационной поверхности при ее вибрации в случае отсутствия слоя росы; на фиг.2 - схема отражения света от деформированной в результате вибрации поверхности слоя росы; на фиг.З - типичные формы выходного сиг- . нала фотоприемника: а) при отсутствии слоя росы; б) при наличии слоя росы (ход лучей при его преломлении в слое росы, частичное отражение от внутренней поверхности росы и от конденсационной поверхности, источник света, оптические системы и сечение конденсационного зеркала не показаны).

Обнаружения росы осуществляют следующим образом.

На конденсационную поверхность 1 до ее охлаждения при помощи оптической системы под углом «относительно ее нормали по фокусируют узкий световой пучок 2 от

источника излучения. На пути отраженного света устанавливают фотоприемник так, чтобы размер светового пятна в плоскости фоточувствительной площадки приемника был намного меньше, чем его апертуры. Затем плоскость конденсационной поверхности 1 подвергают вибрации вокруг фиксированной оси 0, лежащей в плоскости конденсационной поверхности и перпендикулярной плоскости, в которой находятся падающий и отраженный лучи. В процессе вибрации конденсационная поверхность совершает периодическое колебание, поворачиваясь на угол /J относительно исходного состояния, при котором нормаль п0 также повернется на угол / . Так как в исходном состоянии угол между падающим и отраженным лучом равен 2 а , после поворота конденсационной поверхности этот угол становится равным 2(а +/3). Следовательно, после поворота конденсационной поверхности на угол/3отраженный луч повернется на угол у 2 Р . Поэтому максимальная угловая апертура фотоприемника или оптической системы, формирующей изображение на поверхности фотоприемника, составляет 4 / . Фотоприемник и оптическую систему

ел

С

00

Ј

о

00

о

со

устанавливают так, что отраженные лучи не выходят за пределы угловой апертуры фотоприемника, т.е. 4 /3 Q где Q- угловая апертура фотоприемника. Изменяя амплитуду колебания по углу конденсационной поверхности, одновременно следят за выходным сигналом фотоприемника. При большой амплитуде колебания конденсационной поверхности граница свет-тень отра- женного света будет периодически пересекать периферийную границу фоточувствительной поверхности фотоприемника. В результате на выходе фотоприемника формируется осциллирующий выходной сигнал с.частотой, соответствующей частоте колебания конденсационной поверхности. Путем изменения частоты колебания определяют область оптимальной частоты колебания, где амплитуда осциллирующего сигнала остается постоянной. Далее, подбирая амплитуду колебания конденсационной поверхности, добиваются исчезновения осцилляции выходного сигнала до постоянного уровня. При этом выбранную частоту и амплитуду колебания конденсационной поверхности фиксируют и оставляют неизменными в течение всего процесса измерений. Уровень сигнала остается постоянным до тех пор, пока отсутствует слой росы (фиг.За). После этого начинают охлаждать конденсационную поверхность. При достижении температуры, соответствующей точке росы исследуемого газа, конденсационная поверхность начинает покрываться слоем росы. В результате вибрации конденсационной поверхности отдельные капли, сливаясь, образуют однородный слой, поверхность которого подвергают деформации, создавая поверхностные колебания типа стоячих волн. При этом нормали пз, П4, проходящие через точку падения светового луча на деформированный участок при различных положениях 3 и 4 конденсационной поверхности, не совпадут с нормалью пр, соответствующей положению при ее повороте на угол / . Образуются различные углы падения света на деформированный участок относительно указанных нормалей. Поэтому в случае несовпадения нормалей деформированных участков и конденсационной поверхности часть отраженных лучей, например 2з и 24, света от поверхности слоя росы выходит за пределы телесного угла Q, определяемого апертурой 5 фотоприемника. В результате часть отраженного света, выходящая за пределы телесного угла Q , на фотоприемник не попадет, что вновь вызывает осцилляции выходного сигнала, который содержит в себе информацию

о наличии росы (фиг.36). Необходимо отметить, что такой ход лучей будет иметь место только для остро сфокусированного пятна, диаметр которого не превышает характеристические размеры деформационных волн на поверхности слоя росы. Так как частота и скорость изменения осцилляции выходного сигнала задается частотой вибрации конденсационной поверхности и отличается от

частоты и скорости изменения фонового освещения, при любых изменениях фонового освещения обеспечивается возможность обнаружения наличия росы по факту осцилляции выходного сигнала.

5 П р и м е р. В качестве источника света выбирают когерентный источник излучения - лазер, например, с Я 0,63 мкм и соответствующий фотоприемник с фоточувствительностью вблизи указанной длины волны

0 света. Параллельный пучок света от источника излучения при помощи объектива фокусируют в виде узкого светового зонда на охлаждаемую конденсационную поверхность. Отраженный свет направляют на фо5 топриемник в виде светового пятна с диаметром, соответствующим апертуре фотоприемника. Конденсационная поверхность приводится в колебательное движение с фиксированной частотой и амп0 литудой, соответствующими инерционности и апертуре фотоприемника, при этом время полупериода колебаний конденсационной поверхности не должно превышать время быстродействия фотоприемника. Для

5 фотоприемника с временем быстродействия с максимальная частота вибрации конденсационной поверхности составляет 100 Гц. При дальнейшем увеличении частоты вибрации амплитуда выходного сигна0 ла снизится. О наличии росы судят по переходу постоянного уровня выходного сигнала фотоприемника на осциллирующий вид, который легко фиксировать при помощи соответствующих пороговых устройств

5 или частотных фильтров и использовать для коммутации термодатчиков при измерении температуры - точки росы.

Порог обнаружительной способности наличия росы по предложенному способу

0 для углеводородного конденсата составляет 0,1-0,2 мкм по толщине слоя конденсата. Таким образом, предложенный способ обеспечивает формирование помехозащи- щенного сигнала о наличии росы на конден5 сационной поверхнос™, обеспечивает точность и достоверность обнаружения,.ро- сы.

Формула изобретения Способ обнаружения точки росы, включающий освещение конденсационной поподвергают вибрации, причем амплитуду колебания конденсационной поверхности выбирают соответствующей апертуре приемника, а в качестве контролируемого параметра фотоприемника используют осцилляцию его выходного сигнала.

верхности светом, регистрацию фотоприемником отраженного света и определение наличия или отсутствия росы по изменению параметров выходного сигнала фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности обнаружения, конденсационную поверхность

Использование: аналитическое приборостроение. .Сущность изобретения: определяют наличие или отсутствие росы по измерению отражательной способности конденсационной поверхности при ее вибрации. 3 ил.