Корреляционный газоанализатор Советский патент 1993 года по МПК G01N21/61 

Предполагаемое изобретения относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг.1 представлен один из вариантов структурной схемы корреляционного газоанализатора по п. 1. а на фиг.2 - график, поясняющий его работу.

Устройство, приведенное на фигЛ, содержит оптически связанные модулятор 1. опорную 2, первую 3 и вторую 4 корреляционные кюветы, оптическую системуб и фото- приемник б, а также блок 7 обработки сигнала, включающий разделительный каскад 8 и блок разностного сигнала 10 нормирующего сигнала разности, блок 11 синхронизации и регистратор 12, при этом выход фотоприемника через блок 7 обработки сигнала связан с регистратором 12, причем первый выход разделительного каскада 8 соединен с выходом блока 9 разностного сигнала, второй выход разделительного каскада 8 через блок 10 нормирующего сигнала разности связан с нормирующим входом блока 7 обработки сигнала, а управляющие входы блоков 9 разностного сигнала и 10 нормирующего сигнала разности через блок 11 синхронизаци и связаны с модулятором 1. .

Газоанализатор работает следующим образом. Излучение от искусственного или естественого источника, прошедшее через анализируемую смесь, находящуюся в открытом или замкнутом обьеме, с помощью модулятора 1, выполненного, например, в виде диска, поочередно пропускается через опорную 2 и корреляционные 3 и 4 кюветы, расположенные в этом случае по кругу на одинаковых расстояниях от центра вращения диска модулятора, Возможен также вариант (п.2 формулы изобретения) при котором опорная и корреляционные кюветы устанавливаются не отдельно от модулятора, а закрепляются непосредственно на нем, что в некоторых случаях позволяет упростить конструкцию оптической части газоанализатора или повысить его светосилу. .

Опорная кювета 2 заполняется воздухом или газом, не поглощающим излучение в рабочем интервале длин волн. Корреляционные кюветы 3 и 4 заполняются газом, ана- логичным измеряемому компоненту в анализируемой смеси, при этом оптические плотности газа в этих кюветах делаются различными, причем оптимальным является такое заполнение кювет, при котором поглощение в одной из них, например в первой кювете 3, в два раза больше, чем во второй кювете 4. При этом следует иметь в виду, что поглощающая масса газа в корреляционной кювете даже с меньшим поглощением ( в нашем случае во второй кювете 4} должна заведомо превышать поглощающую массу измеряемого компонента в анализируемой смеси, т.к. в противном случае сужается диапазон измеряемых концентраций.

Пучки прошедшего через кюветы излучения оптической системой 5, в которой при необходимости может осуществляться его оптическая фильтрация с выделением необходимого спектрального интервала, направляются на приемную площадку фотоприемника 6. При этом форма оптического сигнала, попадающего на фотоприемник, может иметь вид, показанный на фиг.2, где Фо. Фкт и.Фк2 - потоки излучения, прошедшего соответственно через опорную, первую и вторую корреляционные кюветы, Т - период модуляции.

Электрический сигнал, представляющий собой смесь полезного сигнала и шума, с выхода фотоприемника подается в блок 7 обработки сигнала, т.е. поступает во входной разделительный каскад 8 этого блока. Разделительный каскад служит для согласования выхода фотоприемника с входами блоков 9 разностного сигнала и 10 нормирующего сигнала разности, обеспечивая при этом необходимое усиление выходного сигнала фотоприемника. .

0

5

0

С первого выхода разделительного каскада 8 электрический сигнал подается в блок 9 разностного сигнала, в котором осуществляется разделительное периодическое накопление двух промежуточных сигналов соответственно за временые интервалы от 0 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т и получение из них разностного сигнала, несущего информацию о концентрации анализируемого компонента в смеси.

Одновременно с этим, с второго выхода разделительного каскада 8 электрический сигнал подается в блок 10 нормирующего сигнала разности, в котором осуществляется раздельное периодическое накопление двух промежуточных сигналов за временные интервалы от Т/3 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т и получение из них разностного сигнала, несущего информацию об интенсивности проходящего через анализируемую среду излучения. Этот сигнал формируется для того, чтобы с его помощью исключить влияние на показания газоанализатора колебаний интенсивности падающего на анализируе5 мую смесь излучения. Поэтому выходной сигнал блока 10 подается на нормирующий вход блока 7 обработки сигнала, при этом нормировка информационного сигнала может осуществляться в разделительном каска0 де 8 (фиг.1) или в блоке 9 разностного сигнала (на фиг. не показано) путем автоматической регулировки их коэффициентов передачи либо с помощью отдельного делителя напряжений (на фиг. не показано), включаемого на

5 выходе блока 9 (п.З формулы изобретения). И в первом и во втором случаях на вход регистратора 12 с выхода блока 7 будет подаваться пронормированный информационный сигнал, пропорциональный разности усреднен0 ных за временные интервалы от 0 до 2 Т/3 и от 2 Т/3 до Т потоков излучения, попадающего на .фотоприемник.

Обеспечение синхронного с заданными временными интервалами накопления про5 межуточных сигналов в блоках 9 и 10 осуществляется посредством подаваемых на их управляющие входы соответствующих сигналов с блока синхронизации 11,связанного, например оптически, с модулятором.

При отсутствии измеряемого компонента в анализируемой смеси, формируемые в блоке 9 промежуточные сигналы уравниваются, что обеспечивает получение нулевого показания регистратора.

Появление в анализируемой смеси измеряемого компонента ведет (при условии заведомо большей его поглощающей массы в корреляционных кюветах) к ослаблению излучения лишь в канале опорной кюветы, т.е. к возникновению на выходе блока 9

0

5

сигнала разбаланса, значение которого определяется концентрацией измеряемого компонента.

Если в анализируемой смеси имеются посторонние примеси, линии поглощения которых не перекрываются в рабочем интервале длин волн с линиями поглощения измеряемого компонента, то естественно, что они дадут одинаковый вклад в ослабление проме- жуточных сигналов, накапливаемых как в блоке 9 за временные интервалы от 0 до 2Т/3 и от 2Т/3 до Т (естественно при равенстве коэффициентов передачи по каналам), так и в блоке 1.0 за временные интервалы от Т/3 до 2Т/3 до Т, т.е. присутствие таких посторонних примесей не вызовет изменения измеряемого регистратором сигнала.

В прототипе же, в котором необходимым является предварительное уравнение потоков излучения в каналах корреляционной кюветы и нейтрального ослабителя, по- глощение излучения посторонними примесями будет больше в канале корреляционной кюветы, чем в канале нейтрально- го ослабителя, т.к. газом в корреляционной кювете излучение селективно ослабляется лишь в линиях поглощения этого газа (в линиях поглощения анализируемого компонента), а не между линиями, в то время как нейтральный ослабитель линейно ослабляет излучение во веем рабочем спектральном интервале, т.е. и между линиями поглощения измеряемого компонента.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет достичь поставленной цели, т.е. повысить точность измерений.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1.Корреляционный газоанализатор, содержащий оптически связанные модулятор, первую корреляционную кювету, оптическую систему, фотоприемник, блок обработки сигнала, включающий разделительный каскад и блок разностного сигнала и регистратор, причем выход фотоприемника через блок обработки сигнала подключен к регистратору, а первый выход разделительного каскада подключен к входу блока разностного сигнала, отличающийся тем. что в него введены вторая корреляционная кювета, опорная кювета, блок синхронизации и блок нормирующего сигнала разности, при этом вход блока нормирующего сигнала разности соединен с вторым выходом разделительного каскада, а выход - с нормирующим входом блока обработки сигнала, причем управляющие входы блока разностного сигнала и блока нормирующего сигнала разности через блок синхронизации связаны с модулятором.

2.Газоанализатор по п.1. отличающийся тем, что опорная и корреляционная кюветы размещены на модуляторе.

3.Газоанализатор поп.1,отличаю- щ и и с я тем, что выход блока обработки сигнала подключен к входу регистратора через выделенный делитель напряжений.

I

Использование: изобретение относится к области аналитического приборостроения и может быть использовано для измерения концентраций газообразных веществ. Сущность: излучение от источника, прошедшее через анализируемую смесь, поочередно пропускается через опорную и две корреляционные кюветы с различными поглощающими массами газа аналогичного измеряемому компоненту. Синхронно с модуляцией излучения в блоке информационного разностного сигнала формируется сигнал, пропорциональный разности потоков излучения, усредненных за временные интер- валы, один из которых совпадает с пропусканием пучков излучения через опорную и корреляционную с большей поглощающей массой газа кюветы, а второй - через корреляционную кювету с меньшей поглощающей массой газа. Одновременно с этим в блоке нормирующего разностного сигнала формируется сигнал, пропорциональный разности потоков излучения, прошедшего через корреляционные кюветы. Измеряют отношение этих двух разностных сигналов. 2 з.п.ф-лы, 2 ил. И

г

/

I

I

t .t t

§.

e

N

«si I

В