Оптический газоанализатор Советский патент 1981 года по МПК G01N21/03 

(54) ОПТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности к области разового анализа, основанного на поглощении электромагнитного излучени 9 оптическом диапазоне длин волн определяемым компонентом газовой смеси, и может быть ибпользовано в автоматических газоаналйз-а торах. Известен газоанализатор, состоя««1й из источника излучения, камеры, разделенной на две полости мембраной, расположенной перпендикулярно Направлению потоку излучения, имеющей прозрачное окно для излучения, приемника излучения с подключенным к нему электронным блоком преобразования и выделения сигнала. В одной полости рабочей камеры находится газ, непоглощакщий ИК излучения, а в другой - исследуемая газовая смесь. При возвратно-поступательном движении мебраны вдоль направления потока излучения под действием электромагнита камера поочередно полностью наполняется либо анализируемой газовой смесью, либо нейтральные к излучению газом. При лаполнении камеры измеряе «м газом поток излучения ослабляется, а при наполнении камеры нейтральным газом поток излучения про ходит на приемник без ослабления, появляющаяся периодически разность потоков преобразуется в электрический сигнал и служит мерой концентрации измеряемого газа {11. Недостатком такого газоанализатора является невозможность получения больших эквивалентных толщин слоя 1 змеря емого компонента, что уменьшает чувствительность газоанализатора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является газоанализатор, КОТОЕ«ЛЙ состоит из излучателя, формирователя потока, рабочей и сравнительной кювет, обтюратора, блока сменных интерференционных фильтров, фотоприемника с электронным блоком преобразования и выделения сигнала, компенсатора излучения в сравнительном канале, представляющего собой биморфную пьезокерамическую пластину с закрепленной на ней заслонкой. Величина сечения с авнительного канала,.перекрываемого лепестками заслонки, зависит от угла изгиба биморфной пластины,. управляемой сигналом с выхода электронного блока 2, Недостат} ом такого газоанализатора является невысокая селективность и. как, следствие, концентрационная чувствительность из-за перек рытия полос поглощения измеряемого и мешакяцего кo moнeнтJOB газовой смеси. Цель изобретения - повышение селективности и концентрационной чувствительности газоанализатора. Поставленная цель достигается тем, что в известном газоанализаторе рабочая кювета выполнена в виде цилиндра из пьезокерамического материала, электронная схема обработки сигнала содержит схему выделения производной из сигнала, пропорционального изменению величины поглощения излучения измеряемого газа,На фиг.1 показан источник излучения; на фиг.2 - график изменения пото ка излучения. Газоанализатор содержит источник 1 излучения, формирователь потока в виде полого фокусирующего конуса 2; блок сменных интерферанционных фильтров 3, рабочая кювета, через которую прокачивается исследуемая газовая смесь 4, выполненная из цилиндрического пьезокерамического элемента, фокусирукяций конус 5, согласукнций выход рабочей кюветы с приемной площадкой фотоприемника б, выход которого соеди иен со входом усилителя к электродам последовательно соединен со схемой ; рз фференцирования, дифференциатор 8, синхронный детектор 9, управляющий вход которого соединен через удвоитель 10 частоты с переключателем II, генератор 12, выход которого периодически подключается переключателем 11 к электродам цилиндрического пьезокерамического элемента, индикатор 13 подключенный к выходу синхронного цетектора 9. Устройство работает следукадим образом. Поток лучистой энергии, излучаемый источником 1 излучения, формируется фокусирующим конусом 2, проходит fлок сменных интерференциокных фильт ров и поступает в рабочую кювету 4. Для повьоиения селективности гаэового анализа полоса пропускания филь |Тр& выбирается на спаде спектральной характеристики поглощения вблизи ее максимума, крутизна которой намного больше крутизны характеристики поглощения мешающих газов. При -прохождении излучения через кювету с газовой смесью 4, в которой возбуждены ультразвуковые колебания, увеличивается пог.тющение излучения. При отсутствии ультразвуковых колеба в газовой сМеси уменьшается погл щение. Периодическим возбуждением ультразвуковых колебаний в газе и снятием их производится газовая нодуляция давлением. Картина изменения потока излучения, прошедшего рабочую кювету 4, сфокусированного фоконом 5 поступающего на вход приемника б показана на фяг.2, где Ф - поток излучения при наличии ультразвуковых колебаний в кювете 4, то же, при отсутствии колебаний. Разность потоков преобразуется приемником 6 в переменный электрический сигнал, который усиливается усилителем 7, дифференцируется дифференциатором 8. Так как полоса пропускания фильтра выбирается на спаде спектральной характеристики поглощения, сигнал на выходе дифференциатора 8, пропорциональный изменению крутизны характеристики поглощения за счет изменения давления, от измеряемого компонента намного больше, чем от изменения крутизны характеристики мешающих компонентов. За счет дифференцирования сигнал с дифференциатора 8 поступает на вход синхродетектора 9 с удвоенной частотой. Возбуждение ультразвуковых колебаний в пьезокерамическом цилиндре 4 осуществляют периода1ческим подключением .с помощью переключателя 10 к его электродам напряжения генератора 11, генерирующего напряжение переменного тока, период которого намного меньше постоянной времени приемника. Устрой ство обеспечивает повыиение селективности и.чувствительности изме рения за счет изменения величины поглощения при озбуждении ультраЗВУКОВШ4И колебаниями в газовой смеси и выделения сигнала, пропорционд льного изменению крутизны спектральной характеристики поглощения измеряемого газа. Формула изобретения 1.Оптнческий газоанализатор, содержащий последовате 1ьно расположен- . ные источник излучения с фокусирующим конусом,, блок сменных интерферен4ионных фильтров, рабочую кювету с фокусируицим конусом, приемник излучения с подключённой к нему электронной схемой обработки сигнала, отличающийся тем, что, с повышения селективности и чувствительности газоанализатора, рабочая кювета выполнена в виде цилиндра из пьезокерамического материала. 2.Газоанализатор по п.1, о т л ичающийся тем, что электронная схема обработки сигнала содержит схему вьщеления производной из сигнала, пропорционального изменению величины поглощения излучения измеряемого газа. Источники информации, щшнятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 9 242654, опублик. 03.06.70. 2,Авторское свидетельство СССР 525874, кл. G 01 N 21/34, 1975.