Инфракрасный газоанализатор

 

Изобретение может быть использовано для определения концентрации газов и паров веществ, поглощающих ИК-излучение. Целью изобретения является повышение точности измерения путем устранения зависимости показаний ИК-газоанализатора от дрейфа параметров его оптического тракта. Это достигается введением в схему однолучевого двухканального газоанализатора дополнительных источника и приемника излучения, с помощью которых контролируются параметры оптической схемы, и организацией схемы обработки сигналов, исключающей зависимость выходного сигнала от параметров оптического тракта. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности газового анализа, и может быть использовано для определения концентраций газов и паров веществ, поглощающих ИК-излучение. Цель изобретения - повышение точности измерения путем устранения зависимости показаний газоанализатора от дрейфа параметров его оптического тракта. На чертеже представлена схема предлагаемого газоанализатора. Инфракрасный газоанализатор содержит источник 1 излучения, кювету 2 с исследуемым газом, модулятор 3, выполненный в виде вращающегося диска с закрепленными на нем светофильтрами, приемник 4 излучения, дополнительные источник 5 и приемник 6 излучения, блок 7 перемножения, синхронные детекторы 8 и 9, датчик 10 положения модулятора, низкочастотные фильтры 11 и 12, вычитающее устройство 13, блок 14 деления и показывающий прибор 15. Инфракрасный газоанализатор работает следующим образом. Источник 1 формирует поток ИК-излучения, который, проходя через кювету 2, ослабляется в спектральном интервале, соответствующем полосе поглощения ИК-излучения измеряемым газом, находящимся в кювете. Поток ИК-излучения от дополнительного источника 5 доходит до модулятора 3 не ослабленным поглощением в слое исследуемого газа. При вращении модулятора 3 в момент установки в основной измерительный канал с кюветой 2 сравнительного светофильтра, пропускающего ИК-излучение в области прозрачности спектра исследуемого газа, в дополнительный канал устанавливается рабочий светофильтр, пропускающий ИК-излучение в спектральной области, соответствующей полосе поглощения исследуемого газа, и наоборот. При этом на выходах приемников 4 и 6 появятся последовательности импульсов напряжения U_n1 и U_n2, пропорциональные потокам ИК-излучения, проходящим через рабочий и сравнительный светофильтры в основном и дополнительном каналах соответственно. При подаче сигналов с выходов приемников 4 и 6 на входы блока перемножения 7, на его выходе появится последовательность чередующихся импульсов с амплитудой U₁ и U₂, которые могут быть представлены в виде U₁= I₁I₂K₁K₂W_ф¹W_ф²W₁W₂exp (- βC), U₂= I₁I₂K₁K₂W_ф¹W_ф²W₁W₂, (1) где I₁, I₂ - интенсивности излучения основного и дополнительного источников излучения; К₁, К₂ - коэффициенты преобразования основного и дополнительного приемников излучения; W_ф¹, W_ф² - интегральные коэффициенты пропускания рабочего и сравнительного светофильтров; W₁, W₂ - коэффициенты пропускания основного и дополнительного оптических трактов, обусловленные оптическими параметрами кюветы и систем фокусировки ИК-излучения на приемники; β - коэффициент поглощения исследуемого газа в выбранной с помощью рабочего светофильтра спектральной области ИК-излучения; С - искомая концентрация исследуемого газа. С выхода блока перемножения напряжение одновременно поступает на входы двух синхронных детекторов, управляемых датчиков 10 таким образом, что на выходе синхронного детектора 8 появляются импульсы амплитуды U₁, а на выходе детектора 9 - амплитуды U₂. С выходов синхронных детекторов сигналы поступают на низкочастотные фильтры 11 и 12, с которых снимаются сигналы постоянного напряжения U₁ʹ, U₂ʹ, равные действующему значению импульсных сигналов U₁, U₂. Над сигналами U₁ʹ и U₂ʹ при их прохождении через вычитающее устройство 13 и блок деления 14 выполняется операция U = , (2) а затем напряжение U, являющееся функцией измеряемой концентрации, подается на показывающий прибор 15, причем, как следует из сравнения (1) и (2), выходной сигнал U не зависит от параметров входящих в него оптических узлов. В результате инфракрасный газоанализатор обеспечивает более высокую стабильность и точность измерений, обусловленную независимостью величины его выходного сигнала от дрейфа параметров оптической схемы.

Формула изобретения

ИНФРАКРАСНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий последовательно расположенные на основной оптической оси источник излучения, кювету с исследуемым газом, модулятор с датчиком положения модулятора, приемник излучения, связанный с блоком обработки сигнала с показывающим прибором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем устранения зависимости показаний газоанализатора от дрейфа параметров его оптического тракта, в него введены дополнительные источник и приемник излучения, оптически связанные через модулятор, расположенные на дополнительной оптической оси, параллельной основной оптической оси и диаметрально ей противоположной относительно оси вращения диска модулятора, а блок обработки сигнала выполнен в виде блока перемножения, двух синхронных детекторов, двух низкочастотных фильтров, вычитающего устройства, блока деления, при этом первый и второй входы блока перемножения соединены с выходом соответствующего приемника, а выход - с входами синхронных детекторов, вторые входы которых подключены к датчику положения модуляторов, выходы детекторов подключены к входам соответствующих фильтров, выходы которых соединены с выходами вычитающего устройства, кроме того, выход одного из фильтров соединен с первым входом блока деления, к второму входу которого подключен выход вычитающего устройства, а к выходу блока деления подключен показывающий прибор.

РИСУНКИ

Рисунок 1