Устройство для исследования спектров газовой смеси Советский патент 1981 года по МПК G01N21/63 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения концентраций и спектрального анализа частиц в многокомпонентной газовбй смеси.

Известны устройства для исследования спектров газовой смеси, содержащие источник и приемник излучения, оптическую систему регистрации рассеянного исследуемым объемом света под небольшим углом. В этом устройстве спектр частиц определяется по размерам, осредненным по сечению объема

смеси flЗ

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для исследования спектров газовой смеси, содержащее источник света, коллиматор, объектив, фотоприемники и блок регистрации, расположенные по ходу луча. В блок регистрации поступает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности рассеГАЗОВОЙ СМЕСИ

янного исследуемым объемом излучения. Устройство снабжено блоком для анализа углового распределения излучения, выполненного в виде модулятора с двумя дисками и анализатора частоты модуляции, в соответствии с которой и находят угловое распределение рассеянного света t2.

Недостатком указанного устройства является ограниченность диапазоtoна анализа частиц по размерам и недостаточная точность измерения вследствие того, что при наличии взвешенных твердых частиц и общем возрастании объема исследованной

15 смеси нарушаются условия наблюдения света, идущего от нее.

Цель изобретения - расширение диапазона анализа частиц многокомпонентной газовой смеси и повышение

20 его точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее источник света, коллиматор, объектив 3, фотоприемники и блок регистрации, расположенные по ходу луча, дополнительно введены два световода различного сечения с возможностью пере мещения вдоль оптической оси, расстояние между которыми удовлетворяет условию tq - -где « - угол рассеяния света на частицах исследуемой смеси; срответствующие диаметры световодов; R - расстояние между торцами световодов,, обращенных к исследуемому объекту газовой смеси, а также селективный светофильтр, помещенный перед объективом, а фотоприемники выполнены в виде дискретной линейной системы, снабженной yi- ловым дискретным анализато ром спектр На чертеже показана оптическая схема устройства Устройство содержит источник света 1 , например газовый лазер, коллиматор 2, дающий параллельный пучок лучей на световод 3, исследуемый объем 4, второй световод 5 диафрэ му бр селективный светофильтр 7, объектив 8 на систему фотоприемнико 9 дискретного типа, защищенных экра ном 10 и соединенных с соответствущим угловым дискретным анализаторо 11 спектра и индикатором 12, наприм импульсным осциллографом. Устройство работает следующим об разом. Свет от источника 1, пройдя коллиматор 2 и первый световод 3s пост пает в исследуемый объем газовой смеси. Преобразованный в исследуемом объеме световой поток проходит второй световод 5 большего сечения 5 расположенного в. соответствии с условием малого однократного рассеяния на углы,лр arc tg -. , Путем изменения соотношения сечений световодов и расстояния между их торцовыми поверхностями, обращенными к исследуемому объему, можно добиться оптимальных условий наблюдения углового спектрального распределения излучения от различных выбранных участкоЕ газовой смеси неоднородного составах .Дискретная сис тема фотоэлементов, например фотоумножителей, перекрывающих весь спе .тральный диапазон наблюдаемого света, позволяет получить в дискретном угловом анализаторе импульсы, пропорцион льные интенсивности всего преобразованного в исследуемом объеме излучения в соответствии с положением частиц смеси и фотоумножителей данного типа. Для достижения необходимой точности измерений проводят соответствующую калибровку устройства по эталонному газовому составу с определенным размером и концентрацией частиц, причем чем меньше участок объема, подвергающийся спектральному анализу, тем точнее выполняется условие рассеяния под малым углом и выше точность измерений, С возрастанием степени неоднородности состава смеси расстояние R между соответствующими торцовыми поверхностями световодов нужно уменьшать для сохранения числа рассеивающих частиц. При условии, ч-о коэффициент уменьшения числа частиц в анализируемом участке объема оценивается соотношением К - -- где D - диаметр исследуемого объема, моЖно, например, вычислить что при см и ,5 см он равен 20, т.е. при равномерном распределении частиц по сечению число их в исследуемом объеме в 20 раз меньше числа частиц в сечении объема по зондирующему световому потоку. При различии в интенсивностях люминесценции и рассеянии исследуемого объема необходимо использовать селективный светофильтр, чтобы, например, собственно люминесценция частиц данного вида была бы фоном при более интенсивном рассеянии или наоборот. Принимая во внимание условия наблюдения под малым углом рассеяния можно получить, что при 4f 0,2 мм и dyz 1 ,5 мм расстояние R 6 мм. Таким образом, диаметры световодов на порядок меньше расстояния между ними. Отсюда следует, что введенные световоды с точки зрения гидродинамического эффекта оказывают незначительное воздействие на результаты измерений. Предлагаемое устройство позволяет измерять размеры частиц в газовой смеси в широких интервалах (2-200 мм) , а также дает возможность проводить спектральный анализ при нестационарном режиме газовой смеси в короткие промежутки времени с высокой точностью.

Формула изобретения

Устройство для исследования спектров газовой смеси, содержащее источник света, коллиматор, объектив, фотоприемники и блок регистрации, расположенные по ходу луча, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона анализа и повышения точности, в него дополнительно введены два световода различного сечения с возможностью перемещения вдоль оптической оси, расстояние между которыми удовлетворяет условию d-i-l-dc

, где f - угол рассе f arctg

2R

яния света на частицах исследуемой

смеси; d,. соответствующие диаметры световодов, R - расстояние между торцами световодов, обращенных к исследуемому объему газовой смеси, а также селективный светофильтр, помещенный перед объективом, а фотоприемники выполнены в виде дискретной линейной системы, снабженной угловым дискретным анализатором спектра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3797937, кл. G 01 N 15/02, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР -№ 258712, кл. G 01 N 15/02, 1966

(прототип).

11

11

L

I