Способ измерения состава отическои прозрачного вещества Советский патент 1976 года по МПК G01H21/46 G01N21/00 

1

Изобретение относится к технике спектроскопических измерений. В частности, данный способ может найти применение при измерении состава газа на газодинамических установках и при оптико-физических исследованиях в плазменных и электрических разрядах.

Целью изобретения является повышение точности измерения состава и увеличение числа определяемых компонент.

Эта цель достигается тем, что создают трехлучевую интерфереиционную картину в белом свете, развертывают ее вдоль спектра, формируют исходную спектроинтер(Ьеренциониую картину с местами равных иитеисивностей соседних полос, число которых должно быть не менее числа определяемых компонент, получают рабочую картину со смещеинымн местами равных интенсивностей путем введения исследуемого вещества в измерительную ветвь интерферометра, измеряют длины волн мест равных интеисивностей в исходной и рабочей картинйх, и с помощью системы математических уравнений, связывающих состав газа с положениями мест равных интеисивностей, определяют состав вещества.

Измерительная система работает следу ощим образом.

Осветитель 1 (см. фиг. 1) направляет излучение источника белого света в трехлучевой делительный блол 2, который образует три когерентных простраиствеппо разделенных луча света. Один из них проходит через измерительную камеру 3, в которую вводится исследуемое вещество. Два других луча проходят компенсационную камеру 4. Затем три луча, пройдя фазосдвигающий блок 5 и соединительный блок 6, пространственно совмещаются, образуя трехлучевую П1терференционную картину, которая попадает в спектральный регистрирующий блок 7. Спектральный регистрирующий блок развертывает трехлучевую интерференционную картину вдоль спектра и регистрирует ее на фотоматериале.

Вид сиектроинтерференционной картины оироделяется направлсинем нитерференционных полос по отион ению к иаправленню диснерсин.

При равенстве онтнческнх путей трех лучей для всех длин волн Л(л)0 вдоль спектра расположатся трехлучевые интерференционные полосы с ностоянными относительными интенснвиостями полос вдоль спектра (фпг. 2а). Если .между измерительным лучом и двумя опорными лучами есть разность хода А (л), изменяющаяся с длиной волны, т. е. создан снектральный градиент разности

с/л хода вдоль спектра, то относительные

d.

интенснвности соседних интерференционных полос будут периодически мепяться вдоль спектра. Причел между главными и побочными полосами будет сдвиг по фазе на половину периода. В результате этого в спектроинтерференционной картине образуются места с равными интепсивностями соседних интерференционных полос, через которые можно провести линию (изапику), В рассматриваемом случае градиент разности хода направлен вдоль дисперсии, и поэтому изапикй перпендикулярны направлению дисперсии спектрального прибора. Для длИн воЛн, на которых наблюдаются изапикй, разность хода равна нечетному числу четвертей длины волны: ,(, 2, 3). При установлении равенства интенсивностей соседних полос с точностью ±5% положение изапикй определяется погрещностью Д ±0,004 длины волны. Отсюда следует, что определяя перемещение изапикй по спектру, можно измерять малые разности хода, создаваемые вводимым в измерительную ветвь вен;еством, с ногрещностью 0,004л. Чтобы проводить измерение состава по спектральному смещению изапикй, необходимо спектр проградуировать (прокалибровать), т. е. установить зависимость между длиной волны и разностью хода. С этой целью при создании изапикй в измерительный луч вводится калиброванная разность хода АК (л) с известной зависимостью от длины волны .: ДЛЯ) (2) где «к (t) - дисперсионная функция калиброванной разности хода; /к -геометрическая разность хода. При измерении состава оптнчески прозрачного вещества, как показано вьнне, можно использовать зависимость: nj(K)-l .V;-a,.(/.), где а,. (K)Aj+ удельная рефракция /-Й компоненты; - концентрация /-и комноненты; AJ и Bj рефракционные констапты /-Й компоненты. Введение в измерительный луч слоя вещества толщиной / создает донолнительную разность хода. Это приводит к перемепюнию изапик вдоль спектра (фиг. 2, в). Для любой изапикй можно записать уравнение:«к (i) Е /V,.a(,) ,. ) 2(Ki + 1)-1 4 /С j /(-г1 отсч где / - номер компоненты со связанными электронами; - длина волны положения изапикй; 2-1 - число компонент со связанными элек тронами; К; - номер изапикй; /С - абсолютный номер первой изапикй; i отсч -отсчетный номер изаники; Л; и ai-концентрация и удельная рефракция свободных электронов. Полученная система линейных уравнений решается методом определителя (детерминанта). Состав газа по предложенному способу измеряют путем выполнения следуюш,ей последовательности операций. Настраивают интерференционную картину на нулевую разность хода для всех длин волн (фиг. 2а). Вводят калиброванную разность хода в измерительную ветвь н фотографируют исходную снектроинтерференционную картину (фиг. 26). Затем помещают в измерительную ветвь прозрачное вещество, например газ, состав которого надо определить, и регистрируют рабочую спектроинтерферограмму (фиг. 2в). На полученных снимках измеряют длины волн расположения изапик в исходном и рабочем положениях. По измеренным значениям с помощью системы уравнений рассчитывают состав исследуемого вещества. Формула изобретения Способ определения состава оптически прозрачного вещества, например газа или плазмы, с использованием явления диснерсии показателя преломления вещества, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения состава и увеличения числа определяемых компонент, в развернутой по спектру трехлучевой интерференционной картине в белом свете формируют исходную спектроинтерферснциопную картину с местами равных интенсивпостей соседних полос, число которых должно быть не менее числа определяемых компонент, получают рабочую картину со сме ценными местами равных интенсивностей, вводя исследуемое вещество в измерительную ветвь интерферометра, измеряют длины волн мест равных интенсивностей в исходной и рабочей картинах, и по полученным данным находят состав вещества.

т

в

иг.г