Лазерный оптико-акустический детектор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советския

Социалистическия

Республик

«i>989402 фь

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 060678 (21) 2625408/18-25 р М gw з с присоединением заявки М

G 01 и 21/37

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 531. 733 (088.8) Опубликовано 150183 Бюллетень Но 2

Дата опубликования описания 150183 (72) Автор изобретения

В.П. Жаров

Московское ордена Ленина н ордена Трудового Красного

Знамени высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана (71) Заявитель (54) ЛАЗЕРНЫЙ ОПТИКО АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР

Изобретение относится к технике детектирования малых коэффициентов поглощения в газах на основе методов абсорбционной лазерной спектроскопии и может быть использовано для исследования возбужденных .состояний в молекулах, контроля загрязнения атмосферы, медико-биологических исследований, изотопного анализа молекул, определения степени чистоты ряда газов и т.п.

Известны оптико-акустические гаэоанализаторы, содержащие источник излучения, обтюратор, спектрофон,состоящий из конденсаторного микрофона и рабочей камеры $1).

Недостатком таких устройств является сравнительно. низкая концентрационная чувствительность, обусловленная невысокой спектральной плотностью мощности используемых тепловых ис» точников излучения.

Наиболее близким к предлагаемому является лазерный оптико-акустический детектор слабых полос поглощения молекул, содержащий последовательно расположенные лазер, обтюратор и спектрофон, состоящий нз конденсаторного микрофона и рабочей кащеры L2).

Недостатком такого устройства при исследовании возбужденных состояний молекул и тепловых полос поглощения, которое требует нагрева газов, является сравнительно малый температурный диапазон работы. Это обусловлено существенным изменением чувствительности конденсаторного микрофона с изменением температуры газа, вплоть до его полного выхода из строя. Это объясняется сильной зависимоствю физических свойств используемых материалов для чувствительных мембран (тефлон или лавсан) от температуры.

Цель изобретения.- расширение температурного диапазона работы детекторат

Поставленная цель достигается тем, 20 что в устройство, содержащее последовательно расположенные лазер, обтюратор и спектрофон, состоящий иэ кон денсаторного микрофона и рабочей камеры, дополнительно введен акустический канал, протяженность которого в 5 раэ больше его поперечного размера, расположенный между конденсаторным микрофоном и рабочей камерой, блок регулировки температуры, расположенный на внешней стороне акусти« ческого канала, тепловые фильтры в

989402 виде металлических пластин с отверстиями, установленные внутри акустического канала, и датчик температуры, расположенный на конденсаторном микрофоне и соединенный с блоком регулировки температуры.

На чертеже схематично представлена конструкция устройства.

Устройство содержит лазер 1, обтюратор 2, спектрофон 3, конденсаторный микрофон 4, акустический канал

5, датчик 6 температуры, тепловые фильтры 7, блок регулировки температуры 8, нагревательный элемент 9.

Устройство работает следующим образом.

В рабочую камеру спектрофона напускается анализируемая газовая смесь. Для ее подогрева используется нагревательный элемент 9, выполненный, например, в виде нихромовой проволоки, намотанной на цилиндрическую камеру спектрофона 3. В процессе нагревания газа датчик 6 температуры регистрирует повышение температуры микрофона. Выходной сигнал датчика как элемента цепи обратной связи управляет блоком регулировки температуры, предназначенным для охлаждения газа в акустическом канале 5.

B результате температура микрофона и окружающего его газа поддерживается на одном уровне, что гарантирует сохранение неизменным физических свойств чувствительной мембраны микрофона, и как следствие, стабильность в его чувствительности. Блок регулировки температуры 8 может быть выполнен, например, в виде рубашки водяного охлаждения, расход воды в которой регулируется с помощью датчика 6. Дополнительно для охлаждения газа в сечение акустического канала 5 введены тепловые фильтры, представляющие собой металлические пластины с большим количеством отверстий малого диаметра или же обыкновенные металлические сетки. Для акустических колебаний они не представляют значительной преграды, в то же время для нагретого газа они являются эффективными теплоотводами, охлаждающими газ в предмембранном объеме микрофона. Физической основой работы микрофона в такой конструкции является прохождение акустических колебаний через газовую среду, обладающую существенным статическим градиентом температуры газа по длине акустического канала 5. Под воздействием излучения лазера 1 анализируемая газовая смесь нагревается, возникает оптико-акустический сигнал, который регистрируется конденсаторным микрофоном.

Таким образом, введение дополнительного акустического канала блока регулировки температуры, датчика температуры и тепловых металлических фильтров позволяет существенно повысить температурный диапазон работы спектрофона за счет стабилизации температуры микрофона и окружающего

его газа. B предлагаемом устройстве возможно как повышение температуры газа в рабочей камере спектрофона, так и понижение температуры, например, путем помещения рабочей камеры в ванну с жидким азотом. В последнем случае назначением блока регулировки температуры 8 является повышение температуры газа в акустическом канале

5. Кроме того, наличие акустического, канала 5 и тепловых фильтров 7 в нем позволяет поместить рабочую камеру с газом в магнитные или электрические поля (реализация штаркспектроскопии, например) без существенного влияния наводок на электрическую систему микрофона. Повыщение температуры газа в рабочей камере спектрофона приводит к возрастанию коэффициента поглощения для многих молекул, что эквивалентно возрастанию концентрационной чувствительности лазерного спектрофона. Кроме того, зная характер температурной зависимости коэффициента поглощения для различных молекул, с помощью предлагаемого устройства можно проводить идентификацию этих молекул по температурным спектрам поглощения.

Введение в детектор между рабочей камерой и микрофоном акустического канала диаметром 0,8 см и длиной

4 см при наличии лишь воздушного охлаждения и одного фильтра с отверстиями диаметром 1 мм позволяет сохранить работоспособность микрофона вплоть до нагрева газа в рабочей камере до 600 К. Температура газа около микрофона при этом повышается лишь на 10 градусов. В то время как в прототипе нагрев газа в рабочей камере до 210 К приводит к изменению чувствительности микрофона на 30-50%.

Формула изобретения

Лазерный оптико-акустический детектор, содержащий последовательно расположенные лазер, обтюратор и спектрофон, состоящий из конденсаторного микрофона и рабочей камеры, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона работы детектора, в него допротяженность которого в 5 раз больше его поперечного размера, расположенный между конденсаторным микрофоном и рабочей камерой, блок регулировки температуры, расположенный на полнительно введен акустический канал, 989402

Составитель Д.Бакланов

Редактор Т.Веселова Техред М.Гергель Корректор М.Шароши

Заказ 11114/б1 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 внешней стороне акустического канала, тепловые фильтры в виде металлических пластин с отверстиями, установленные внутри акустического канала, и датчик температуры, расположенный на конденсаторном микрофоне и соединенный с блоком регулировки температуры.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Горелик Д.О. Сахаров Б.Б.

Оптико-акустический эффект в физикохимических измерениях.М., 1969, с. 24-30.

2. Патент CtrlA Р 370890, кл. 250. 43. 5, опублик. 1972 (прототип) .