Способ определения концентраций компонентов ионизированного газа в потоке Советский патент 1982 года по МПК G01N21/41 G01N21/45 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТОВ ИОНИЗИРОВАННОГО ГАЗА В ПОТОКЕ

хроматическом свете inpi рлзных длинах 1ВОЛ1Н щ момент ирохождеяия исследуемой области потока .в иитврференщвонном лоле гароязводится одновр-еменкая регистрация И|Нте|рфе;реЕцион ой картины в 1белом свете.

По ахроматической полосе, наблюдаемой на интерференционной кар-пине в беЛО.М свете, осуществляется идентификация полос В 1возму1щенной и «ввоамущвнной областях газовой неоднородности.

По иитерференщиоиным «а1рт1И«ам :в монох1роматнческом свете иамеряют изменеиие оптической раз1ности хода. ,по всему исследуемому лолю и {рассчитывают «OHiueiHT{рации комтонентов ион1ИЗ.И|рова«ного газа по измеренному й31менеш1ю оптической разности хода.

К Недостаткам HaiBiSCTHoro icnoco6a относится следующее. Во-1пе рвых, гари исследоваиии «олйзвроваяного газа ((Еалример, газа за фрО1НтО|М сильной ударной .водны) и,з-за «аличия значительного количества свободных электронов, обладак щих большой дисперсией, троисходит иаменеиие порядка ахроматической полосы на интерфереНЦионной картиие в белом свете.

Вследствие этого, три исследовании сильно иоаиэированнояпо газа ахромат1ическая полоса в В0аму щенной области ме толыко сМОщается относительно своего положения в невоз(мущен«ой области иосле дуемого поля, ,но и наменяет СБОЙ порядок. Оп(редел1ить, на какую велич.И1ну изменился порядок ах|роматической полосы, невоаможно, так как при иаменении порядка «ид ахроматической полосы |не шменяется. Это |Щриводит к появлению погрешности (К|р:ат,ной целому ч:ислу длин волн) определения оптической раэности хода и, в конечном счете, к полрешности измерения концентраций компонентов (злектронов, .атомов, яонов) потока ионизированного газа.

Во-вторы1х, когда изменение плотности исследуемого газа «великю, ахроматическая .интарференщиснная полоса .может выйти и.з поля 3(рения. Это требует компенсации р.азности хода .перед зкопериментом, например, с помощью стеклянпого ко.миенсатора. При переменной по полю плотности газа компенсация по всему исследуемому полю становится невозможной, что для нестационарных ЛОТО.КОВ газа также (снижает точность из.ме|р.ений, так как .в этом случае кон.цент рации компонентов в ра аличных областях исследуемо(г.о поля определяются из серии однотипных эспе;риментов, параметры потока 1В которых могут значительно отличаться друг от друга.

Целью изобретения является повышение ТОЧ1НОСТИ изм.арения концентраший ком понентов ионизированного .потока га:за.

Поставленная цель .достигается тем, что в известном споообе определения концентраций компонентов иоюизированного газа

Дания интерферееционного поля в .белом и монох(роматическом свете и оцределвния по смещению интерферевционнык полос концентрации компонентов ио:низи|ро;ван1ного газа фарми/рувэт из интерфе1рен:11 ион1ного поля в белом свете узкий световой пучок, ограяиченный по диаметру до величины, не П;рввы1шающей расстояния между макюим.умами интерференционных (полос, р.азворачивают вьщеленный лучок света, в (Спектр во времени, П1рй этом раз;в.е|ртку спектра во времени осуществляют непрерывно, начиная .с мамент.а появления иониз.иров.анного газа в ,и.нтерференщионно.м поле, а регистрашю интерференционного поля в монохроматическо1М свете - в мом-ент П|рохождения исследуемой области потока.

По интерферограммам , в белом свете вычисляют приращения оптической разности хода для длин юолн монохроматических источников света в момент В|ремени, соответствующий ,мом.енту ИХ .срабатывания, в точке поля, через которую проходит узкий пучок белого света.

Точку ПОЛЯ, для которой регист1р.И1руется интерференционная .Картина в координатах время - длина волны света, выбирают так, чтобы в момент арабатывания )источ1ников монохроматическопо света через эту точку уже прощла ударная волна. На фиг. 1 показана схема, с помощью к6то;рой был реалиэо|ван предложенный onoQo6; на фиг. 2 - схематический вид интерференционной картины в коордийатах

время - длина волны света.

Схема (фиг. 1) .содержит источник белого света 1, конденсатор 2, колл)иматор 3-, HCTO4ijpiKH.MOHoxipoMaTH4ecKoro света (лазеры) 4 и 5 с неперекрывающимися длинами

волн излучения света, полупрозрачное зе;ркало 6, систему раощирения лазерного пучка 7, интерферометтр 8 типа Маха-Цендера, состоящий из двух зер. 9, Ш и двух светоделителей М, 12, рабочую камеру 13, с

иоследуемьш потоком ио1НИ31И|р01ванного г-аза, помещенную в одну из ветвей инте|рферометра 8, .приемную часть 14 интерферометра 8 для регист1ра.ции интерференционных картин в монОХ|ро;матическом свете, ico.стоящую из светоделителя 15, |инте,рференционных светофильт1ров 16, 17, объектива

18, формирующего изображекия интерферендионных картин IB плоскостях 19, 20, а

также приемную часть 21 .для регистрации

интерференционных картин координатах

время - длина волны света, состоящую из

объектива 22, точеч1ной диафрагмы 23,

спектрографа 24 и фоторепистратора 25.

Способ осущбст1вляется следующим образом.

Коллйм.Ированяые .световые пуч.ки от источника белого света 1 и источников монох1ро.матическЬгО света 4, 5 яагаравляют в интерферометр 8. Источники света I, 4, 5

иизи)руют с .исследуемым горощессом так, чтобы источники монохраматиЧвокого света 4, 5 (лазеры) срабатывали одновремеяно в момент времени прохождения в поле зрения ,ро1метра исследуемой облачгга газового потока за фронтом уда.рной ;волйы («ajapiHMep, при иоследованИИ процессов в уда1р.ной т.рубб), а исто1ЧН|И|К белого света 1 срабатывал ас стрижода ВОЗ|Муш ения (ударной ВОЛНЫ) в поле инте|рфе1ромет,ра. .При этам обвслеч,и1вается величина длительности свечемия источиика бело1ГО света йе .меньше интервала чремеани .м.е|жду началом срабатывания всточника света 1 и моментом вопышки лазеров 4 и 5.

Интврференциотные картины в моноХ1роматич€1ском овегге регистрируют с помощью П|р1ием:ной части 14. Для выделбиия И1нтарферен1ционных юартин на.каждой используемой длине волны MOHoxipo.ManHuecкого св.ета копользуют светоделитель 15 и скрещенные светофильтры Ш, 17. Количество источников моно)йр01мат1ичеоко1го света выби1рают ра1внымчислу иомизированноох) .газа.

И|н.терференгционную .KapuHiHy в координатах «ремя - дл1ина волны овета регистрируют е приемной части 21. При этом для Вырезания узкого лучка из лучей, образующих интерферевциоиную картину в белом свете, используют точечную диафрагму 23, для разложения этого пучка в cneKTip - спектрограф 24, для разворачивания спектра во В ремени - фотарелистратор 25. Источники света и ф0тор1бгистратор синлран/изируются с (праце.асом в ударной трубе с помощью датчиков давления, устаиавланных в ударной трубе.

По интерференционной 1карти1не в коорди натах время- дли1Н1а волны сВета (см. фиг. 2) определяют значения оптической разности хода в точке поля, сопря женной с диафрагмой 23.

Расчет ведут для сечения интерферограм.мы, соответствующего моменту времени ср.абатьивания монох роматн1ческих источ«иков света.

Время /е фиг. 2 соответствует мо.менту прохождения ударной волны , ,мо диафрагмы 23. Сечение проводится по двум точкам Л и Б на днтерферопрамме, которые образуются -в результате срабатывания монохроматических источников света с длинами волн Ki и 2.

После определения изменения разно1сти хода в одной точке поля (по интерфе|рограмме время-длина волны света) производится расчет изменения рааностш «ода по всему толю, но уже из интерферограммы ;в монохроматическом авете.

По найденной таким об;разом раз.ности хода ра1ссч,иты1вается кон1цент1р.а1П|ия компонентав ионизироваино го газа во всем исследуемом поле.

Способ позволяет с большой точностью

определять коН1Цент1ра1ЦИ1и ко.М1паиентов ионизирова1нно1Х) газа 1П|ри наличии скачков уплотнения, на которых оптическая разность хода преггерп€1вает (разрыв. Повышение точности измерешия обусловлено тем,

что, во-лервых, отпадает необходимость работы с а хроматическ Ой интерфвр анионной полосой, и, во-втарых, информация об изменен.ии канцентраидаи кюмтюЕеитов извлекается из одного экСпвримента.

Формула изобретения

Способ определения концент.раший компонентов ионизи|рованного лаза в потоке,

осуществляемый (посредством .создания интерференционного поля в белом и моиохроматаческом свете и определения по смеще«ию интерферен1111ионных полос .кюнщентращии компонентов иони)зир1аван ного газа, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью павыщен,ия точности определения . концентрации, формируют из инте1рференциошю1Х) поля в белом сюете узкий светОВой пучок, огпраниченный по диаметру до 1вел1ичи.ны, не

превынтающей расстояния между максимумам1И И1нтерферен,цион1ных полос, разворачивают выделенный пучок света в спеклтр во времени, при этом (ра.звертку спектра во времени осуществляют непрерывно, начиная с момента появления ионизирован ного газа в интерферевциовном поле, а регистрацию интер ференЦионного пошя в монохроматическом свете - в момент прохождения исследуемой области истока.

,

Источники .информации, принятые во внимание П|ри экспертизе:

1.Olsen Н. Third Symposium on Combastion Flame and Exiplosion Phenomena, Baltimore, 1949, P. 663-667.

2.Долгов-Савельев Г. Г. и др. О при.менен.И1и интерферометра Майкельсона с больщими полями интерференщиш: в исследаваниях по физике плазмы. «Диалнюстика плазмы. Сборник статей вып. 2, М., Атомиздат 1968, с. 3-13 (прототтии).

,8