Газоанализатор Советский патент 1993 года по МПК G01W1/00 G01N21/33 G01N21/61 

Изобретение относится к оптическим газоанализаторам, применяемым, в частности, в метеорологии, с помощью которых измеряют содержание в атмосфере оптически активных газов, и может быть использр- ван о для дистанционного контроля за содержанием газовых и аэрозольных компонентов атмосферы. Измерения с помощью оптических газоанализаторов могут быть реализованы на сети наземных станций, на дрейфующих станциях, подвижных платформах (судах, аэростатах и др.), а также для измерений с помощью шаров-зондов. Далее в качестве примера, будет рассмотрено применение оптического газоанализатора для измерения содержания озона в атмосфере.

Цель изобретения - упрощение конструкции, и расширение возможностей использования.

Выполнение устройства для ввода излучения в виде набора волоконных световодов, с распределёнными веером в плоскости, проходящей через ось вращения, входными торцами, позволяет при вращении веера периодически направлять излучение от Солнца в прибор. Модулируемый прямой солнечный свет выделяется на фоне постоянного рассеянного света, поступающего в прибор от небесной сферы, тем самым удается минимизировать влияние рассеянного света на показания прибора. При вращении веера одинаковое количество световодов периодически будет направлено на источник-это

00

5

СА)

&

означает, что при любом положении прибора относительно источника, он будет принимать свет так, как если бы прибор был непосредственно направлен на источник. Такая конструкция позволяет заменить сложные и громоздкие следящие устройства при минимальных потерях сигнала в световодах, Особенно выгодным оказывается применение предложенного устройства на подвижных платформах. Установка озоно- метра на подвижной платформе существен но расширяет его функциональные возможности, позволяя измерять пространственное распределение озона. В наибольшей степени эти преимущества проявляются при использовании его для измерения вертикального распределения озона на шаре-зонде.

Минимальная величина угла раскрыва веера волоконных световодов определяется угловым размером источника излучения. Величина угла раскрыва устанавливается равной 180° в том случае, когда прибор относительно источника может занимать любое положение, так как при вращении веера угол 180° охватывает все возможные положения источника излучения на небесной сфере. В случаях, когда известны пределы изменения положения источника излучения, устанавливается угол раскрыва меньше .180°.

Щечки из поглощающего свет материала, установленные с двух сторон веера, формируют угол зрения по азимуту и, кроме того, уменьшают влияние рассеянного све,таНа чертеже представлен общий вид газоанализатора со снятой одной щечкой.

Газоанализатор содержит устройство для ввода излучения, выполненное в виде набора волоконных световодов 1, установленного на входе спектрального блока 2 с возможностью вращения вокруг оси 3 от двигателя 4 через передачу 5. Входные торцы световодов 1 распределены в плоскости, проходящей через ось вращения 3 веером между щечками б из поглощающего материал а-термо.стойкой пластмассы. Угол раскрыва веера а 80°, Выходные торцы световодов 1 собраны в жгут 7 и направлены на вход спектрального блока 2, расположенного в корпусе 8 озонометра. Там же расположен фотоприемник 9. Спектральный блок 2 содержит коллективную линзу 10 и светофильтры 11. На выходе прибора расположен блок регистрации 12.

Газоанализатор работает следующим образом.

При вращении веера волоконных световодов 1 вокруг оси 3 на их входные торцы периодически (1 раз за полный оборот) поступает излучение от источника радиации, например, Солнца, которое направляется через жгут 7 волоконных световодов 1 на коллективную линзу 10 и светофильтры 1J, выделяющие спектральные интервалы в полосе поглощения озона и вне (на краю) ее: 300 нм и 326 нм - в максимуме пропускания.

Выделенные потоки излучения преобразуются фотоприемником 9 в электрический сигнал, регистрируемый в блоке регистрации 12, который после его обработки на базе микроЭВМ выдает числовое значение количества озона.

Методика расчета количества озона известна и основана на определении отношения двух регистрируемых электрических сигналов, соответствующих выделенным на светофильтрах спектральным интервалам в

полосе поглощения озона и вне (на краю) полосы.

Вместо Солнца в качестве источника излучения может быть использована Луна. Для проведения измерений в этом случае

необходимом фотоприемник с дополнительным усилителем фототока, например, фотоумножитель.

Предложенный газоанализатор является более простым по конструкции, меньшим

по габаритам и массе, чем прототип, за счет упрощения конструкции его устройства для ввода излучения и отсутствия источника питания фотоприемника. Эта конструкция позволяет отказаться от усложняющих

дополнительных излучений к прибору, в частности, рассеивателя, зеркала, на которых теряется до 95% полезного сигнала, позволяет значительно уменьшить массу и габариты прибора, его энергопотребление, а

также расширяет функциональные возможности прибора, позволяя эксплуатировать его на подвижных платформах без его оснащения дорогостоящими следящими системами, что значительно снижает стоимость

прибора. Так, широко применяемые электрохимические зонды имеют массу 1,5-2 кг прототип - 7 кг, а оптический озонозонд, построенный на основе предложенного технического решения, имеет массу не более

300 г, что позволяет устанавливать его в качестве датчика стандартного радиозонда, не изменяя конструкции радиозонда и не используя специальных оболочек.

Описанный газоанализатор может быть

использован при измерениях содержания любых газов в атмосфере, имеющих селективный характер поглощения.

Формула изобретения Газоанализатор, содержащий устройство для ввода излучения, выполненное с возможностью вращения, фотоприемник и блок регистрации, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения возможностей использований, он снабжен автономным спектральный блоком, а устройство для ввода излучения выполнено в виде набора волоконных световодов, входные торцы которых распределены веером в плоскости, проходящей через ось вращений, с vr/sow раскрыва, не превышающим. 180°, ограниченных щечками из поглощающего материала, параллельными этой плоскости и определяющих угол зрения по азимуту, а выходные торцы собраны в жгут и расположены на входе спектрального блока.

Применение: устройство может применяться в метеорологии, в приборах, с помощью которых измеряют содержание в атмосфере оптически активных газов. Сущность: озонометр выполнен в виде устройства4 для ввода излучения, содержащего набор волоконных световодов, установленных на входе спектрального блока с возможностью вращения вокруг его оси. Входные торцы световодов распределены в плоскости, проходящей через ось вращения веером с углом раскрыва, не превышающим 180°. Выходные торцы световодов собраны в жгут и направлены на вход спектрального блока. При вращении веера волоконных световодов на их входные торцы периодически поступает излучение от источника радиации, которое направляется через жгут волоконных свето- водов на их входные торцЫ периодически поступает излучение от источника радиации, которое направляется через жгут волоконных световодов на коллективную линзу и светофильтры, выделяющие спектральные интервалы в полосе поглощения озона и вне (на краю) полосы, и далее на фотоприемник и блок регистрации, выдающий числовое значение количества озона в. атмосфере. 1 ил.