Оптический абсорбционный газоанализатор Советский патент 1982 года по МПК G01N21/61 

(5) ОПТИЧЕСКИЙ АБСОРБЦИОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Изобретение относится к аналитической технике для газового анализа и может быть использовано для определения концентрации газов в сложных газовых смесях. Известны оптические абсорбционные газоанализаторы, измеряющие поНлощение электромагнитного излучения определяемым компонентом анализируемой газовой смеси, оптический канал которых снабжен диспергирующим элементом, настроенным на две длины волны в полосе и вне полосы поглощения определяемого компонента {,Недостатками этих газоанализаторов являются сложность, высокая стоимость и недостаточная надежность измерительных систем. Наиболее близким техническим решением является оптический абсорбцио ный газоанализатор, содержащий по крайней мере один оптический канал, измерительную систему и двигатель с выходной осью вращения, на которой установлен обтюратор с лопастями, соседние из которых имеют неодинаковое пропускание в области поглощения определяемого компонента анализируемой смеси f2. Недостатком его является сравнительно низкая избирательность, что обусловлено невозможностью выравнивания спектральных интенсивностей потоков излучения в области спектра поглощения неопределяемых компонент газовой смеси, попеременно поступающих в приемник излучения через соседние лопасти обтюратора. В результате возникает Дополнительная модуляция излучения, понижающая избирательность. Цель изобретения - повыиение избирательности. Поставленная цель достигается благодаря тому, что в оптическом абсо|эбционном газоанализаторе, содержащем по крайней мере один оптический канал, измерительную систему и двигатель с выходной осью вращения, на которой установлен обтюратор с лопастями, соседние из которых имеют неоди наковое пропускание в области поглощения определяемого компонента анализируемой смеси, лопасти обтюратора выполнены с изменяющимся в радиальном Направлении пропусканием о области поглощения неопределяемого компонента а обтюратор с двигателем выполнены с возможностью поперечного перемещения относительно оптического канала газоанализатора, . На фиг. 1 представлена схема газоанализатора; на фиг. 2 - обтюратор, в плане. Газоанализатор содержит оптический канал, включающий источник 1 излучения, рефлектор 2 направляющий излучение через окно 3 ,в кювету с анализируемой газовой смесью и на приемник 5 излучения, измерительную систему, включающую усилитель-6, синхронный детектор 7 с генератором 8 .опорного напряжения и блоком 9 регистрации, а также содержит двигатель 10 с выходной осью вращения, на которой установлен обтюратор 11 с лопастями 12 и 13 имеющими неодинаковое пропускание в области поглощения, определяемого компонента анализируемой смеси и изменяющееся в радиальном направлении пропускание в области поглощения неопределяемого компонента, причем двигатель 10 с обтюратором 11 выполнены с возможностью поперечного перемещения относительно оптического канала газоанализатора. На фиг. 1 и 2 в качестве примера изображен обтюратор, используемый для обнаружения органических соединений во влажном воздухе по поглощению излучения на полосе 3f3 мкм. Лопасть 12 имеет плоское полукольцо И, выполненное из стекла типа пирекс толщиной порядка 1,2 мм в направлении распространения излучения и шириной не менее диаметра 6кна 3. Полукольцо Il дополнено кварцевым фигурным полукольцом 15 до плоской лопасти в виде сектора.с шириной рабочей части не менее удвоенного диаметра окна 3. Лопасть 13 содержит плоский слой органической пластмассы 16, толщиной порядка 0,2 мм, интенсивно поглощающей излучение в области мкм, т.е. на полосе поглоще, ния определяемых органических соединений. Слой 16 зажат между двумя квар цевыми пластинами 17.толщиной по1 м каждая, являющимися, также как и полукольцо 15, оптическими фильтрами, задерживающими излучение, соответствующее широкой длинноволновой интенсивной полосе поглощения воды. Лопасти 12 и 13 имеют соизмеримые толщины. Работает газоанализатор следующим образом. Излучение от источника 1 с помощью рефлектора 2 направляется через обтюратор 11 и окно 3 в кювету k с анализируемой газовой смесью и на приемник 5 излучения. Поскольку слой органической пластмассы 16 значительно сильнее поглощает излучение на полосе определяемого компонента 3.3 мкм, чем полукольца И и 15 лопасти 12, излучение, поступающее в кювету 4 при вращении обтюратора 11, оказывается промодулированным на полосе поглощения определяемого компонента, а выходной сигнал приемника излучения 5 содержит переменную составляющую с амплитудой, пропорциональной концентрации определяемого компонента э анализируемой смеси о Используя радиальную неоднородность лопасти 12, путем.перемещения двигателя 10 с обтюратором 11 в поперечном направлении относительно оптического.канала газоанализатора, этот сигнал делают практически независимым от содержания неопределяемого компонента - паров воды, имеющих полосы поглощения (2,7 мкм и др.) в области пропускания пластин обтюратора. Действительно, лопасть 12 содержит полукольцо 1, имеющее меньшее пропускание в области поглощения неопределяемого компонента, чем лопасть 13, и полукольцо 15, имеющее большее пропуска- нне, чем лопасть 13. Передвигая двигатель с обтюратором в поперечном направлении относительно оптического канала и изменяя тем самым спектральный состав излучения, проходящего через лопасть 12, добиваются практически одинакового пропускания излучения в областях спектра, где достаточно интенсивно поглощает неопределяемый компонент (пары воды в рассматриваемом примере) и неодинакового пропускания в области спектра поглощения определяемого компонента анализируемой смеси (например, метана в рассматриваемом примере). В результате, вращение обтюратора практически не приводит к модуляции в области спектра поглощения определяемого компонента. При этом сигнал на выходе приемника 5 излучения возникает только при наличии в анализируемой смеси определяемого компонента. Дальнейшая обработка сигнала с выхода приемника 5 излучения осуществляется известными приемами и при поиоци известных устройств измерительной системой, включа кяцей усилитель 6, синхронный детектор 7 с генератором опорного нап1 яжения 8 и блок регистрации 9. Предлагаемый газоанализатор пригоден для анализа не только бинарных и квазибинарных смесей, но и для анализа многокомпонентных смесей. Повышение избирательности достигается достаточно простыми и надежными средствами. что в несколько раз уменьшает себестоимость получаемой газоанализиТиС|еской информации. ж2 формула изобретения Оптический абсорбционный газоанали затор, содержащий по крайней мере 93

Hi

/3

Фиг. 2