Оптико-акустический анализатор Советский патент 1978 года по МПК G01N21/00 

(54) ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

1

Изобретение относится к недисперсионным спектральным приборам и может быть использовано для определения микроконцектраций неоднЪэлементных газов и жидкостей.

Известен оптико-акустический анализатор, содержащий источник излучения, измерительные камеры, эталонные камеры и лучеприемник с биметаллической мембраной 1. Действие прибора основано на измерении поглощения газом ИКг-радиации. Известное устройство характеризуется недостаточно высокой чувствительностью измерений.

Известен инфракрасный лучеприемник газоанализатора с дифференциальной измерительной схемой, содержащий два источника ИК-радиации, обтюратор, две камеры, оснащенные входными и выходными каналами, лучеприемник с двумя ячейками я емкостную ловушку 2l

В известном устройстве с увеличением лучистого потока растет отношение сигнала к шуму.

Известен также оптико-акустический анализатор, содержащий источник излучения, обтюратор, фильтровую, рабочую сравнительную и лучеприемкую камеры t.3l

Лучистый поток от источника излучения, в качестве которого используется нагретая до 800-900 С нихромовая спираль, посредством цилиндрических световодов, которыми, в частности, являются сами функциональные элементы газоаНализатора(рабочая, сравнительная и фильтровая камеры), направляется в лучеприемную камеру; при этом для увеличения поступающего в последнюю лучистого потока используется параболический отражатель, ось которого совмещена с общей осью световодов и нихромовой спирали, расположенной симметрично относительно фокуса отражателя.

Абсолютная чувствительность пропорциональна поступающему в лучеприемную камеру лучистому потоку и массе определяемой примеси, которые в свою очередь;пропорциональны соответственно габаритам источника излучения и o6beMyVj rd P/4 где d и Е - соответственно диаметр и длина рабочей камеры.

Возможности увеличения абсолютной чувствительности известного газоанализаторе в рамках его измерительной схемы практически исчерпаны по следующим причинам; во-первых, габариты источника излучения лимитируются диаметром отражателя и камер (рабочей.

сравнительной и фильтровой), который во избежание дополнительных потерь лучистого потока не должен превышать иаметра окна лучеприемной камеры, имеющего оптимальный стандартный размер d 2 см, и, во-вторых, с увеличением наряду с возрастанием по инейному закону Vj , вследствие потерь излучения при отражениях от стенок камеры, будет происходить убывание лучистого потока по показательной кривой, т.е.,начиная с некоторого экстремального значения длины рабочей камеры Рд (как правило. Eg . i м) бсолютная чувствительность станет онотонно убывать. ;

По определению, абсолютная чувствительность f/d с гдеi - сигнал, соответствующий концентрации - с, ороговая чувствительность, опредеяемая как величина, обратная преельной концентрации , пропорциональна К, так как , где f ш уровень шумов, , Следовательно, вышеприведенное утверждение о невозможности существенного увеличения абсолютной чувствительности известного анализатора, в равной степени, относится и к пороговой чувствительности.

Целью увеличения абсолютной и пороговой чувствительности оптико-акустического анализатора, фильтровая, рабочая, сравнительная и лучеприемные камеры образованы поверхностями коаксиальных прозрачных в заданной области спектра цилиндров, на общей оси которых расположен протяженный источник из,лучения.

На чертеже изображен предлагаемый оптико-акустический анализатор, который в дальнейшем изложении именуется коаксиальным, общий вид. Анализатор содержит протяженный источник излучения 1, длина которого достигает длины самого анализатора Ь / цилиндрический обтюратор 2, фильтровальную 3, рабочую 4, сравнительную. 5 и лучеприемную 6 камеры, мембрану 7, неподвижный электрод 8, образующий с мембраной 7 конденсаторный микрофон, отверстия 9 для впуска заданной смеси в камеры 3-6. На чертеже не показаны блок питания и остальные элементы электрической , системы компенсации и регистрации, поскольку в данном случае последние не отличаются в принципе от общепринятых. Цилиндрический обтюратор 2, наружный цилиндр и торцевые стенки с внутренней стороны должны иметь высокий коэффициент отражения в заданной области спектра, Радиальный размер камеры 6 следует выбирать равным оптимальной глубине лучеприемной камеры известного газоанализатора, так как указанный оптимум соответствует наибольшему значению к.

Для проведения сравнительной оценки абсолютной и пороговой чувствительностей коаксиального анализатора предположим, что радиальный габарит источника излучения 1 подобран таким, чтобы при прочих равных условиях лучистый поток, поступающий в еднницу объема лучеприемной камеры 6, был в р раз больше потока, поступающего в такой же объемизвестного газоанализатора. В этом случае коаксиальный анализатор будет чувствительнее известного в Раз, где

Уд - объем рабочей камеры коаксиалыного анализатора. Так KaKV2 1t(D2D,j)L/j, где DI и 2 диаметры цилиндров, образующих рабочую камеру, то

20

P(D|-D)L

.

Из вышеизложенного d 2 см и см. Задав иллюстративно р « 3,

5 см, Г2 50 см и L ЮО см, получим согласно вышеприведенной формуле L 10000, т.е. при заданных параметрах коаксиальный анализатор будет на четыре порядка чувствитель0 нее известного.

Коаксиальный анализатор работает следующим образом. Через отверстия 9 сравнительная камера 5 заполняется нейтральным (не поглощающим излуче5 ние) газом, фильтровая камера 3 - неопределяемыми компонентами, присутствующими в анализируемой смеси, лучеприемные камеры б - газом, концентрация которого подлежит определению,

или (в случае анализа жидкой фазы)

газом-имитатором. В рабочую камеру 4 подается анализируемая смесь, содержащая определяемый компонент. О -его концентрации в случае некомпенсационной измерительной схемы судят по величине сигнала f , а в случае компенсационной схемы - по вводимой в сравнительную камеру 5 дозированной добавке определяемого компонента, назначение которой - устранить возник0 ший в измерительной схеме разбаланс.

Формула изобретения

Оптико-акустический анализатор, g содержащий источник излучения, обтюратор, фильтровую, рабочую, сравнительную и лучеприемную камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, фильтровая, рабочая, сравни60тельная и лучеприемная камеры образованы пох эрхностями- коаксиальных прозрачных в заданной области спектра цилиндров, на общей оси которых расположен протяженный источник излуче65 ни я.

Источвшки информации, принятые во внимание при экспертизе:

3.Павленко В.А. Газоанализаторы, М.Л., 1965,с. 128-156.