лазерно-флуоресцентный анализатор

Формула изобретения

Лазерно-флуоресцентный анализатор, включающий источник излучения, оптическое волокно для ввода излучения в исследуемую среду, систему детектирования, содержащую каналы для регистрации опорного излучения и люминесценции, блоки обработки и вывода информации, отличающийся тем, что дополнительно включено второе оптическое волокно для регистрации сигнала люминесценции, при этом использован волоконно-оптический зонд, выполненный с возможностью установки на резьбовой фланец в потоке анализируемой среды и представляющий собой сборную конструкцию, в которой волоконно-оптические световоды закреплены в одной плоскости так, что их оптические апертуры перекрываются, концы волокон заключены в пластиковый непрозрачный кабель, а в торцевой части зонда волоконные световоды вклеены в металлическую оправку под острым углом друг к другу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга загрязнения водной среды углеводородами. Анализатор может использоваться для непрерывного мониторинга или лабораторных измерений на промышленных предприятиях, нефтеперерабатывающих заводах, на городских очистительных сооружениях, в контурах охлаждения силовых электрических трансформаторов и турбин электростанций, на морских и речных судах, в системах мониторинга окружающей среды.

Известен флуориметр для измерения малой концентрации нефтепродуктов, включающий источник излучения в форме сильноточной высоковольтной искры с высоковольтным источником питания, оптическую систему формирования излучения возбуждения, содержащую фокусирующий оптический элемент и фильтр для выделения заданной спектральной области, кювету с пробой анализируемого вещества, систему для регистрации излучения люминесценции, включающую фильтр, дополнительный с фильтром в канале возбуждения, и фотоприемные устройства, размещенные на оси, перпендикулярной оси канала возбуждения, устройство обработки и вывода информации, содержащее измеритель сигналов фотоприемного устройства (заявка на изобретение РФ №96105663, G 01 N 21/64, опубл. 10.06.1998).

Недостатком данного флуориметра является наличие в схеме измерений кюветы, что осложняет измерения, делает невозможным проведение дистанционных измерений, а наличие источника в виде высоковольтной искры приводит к нестабильности измерений, а следовательно, к снижению точности определения измеряемых параметров.

Известен аппарат для возбуждения и детектирования излучения с помощью дистанционного датчика, связанного с системой регистрации с помощью оптического волокна. Он включает источник излучения, оптическую систему для формирования излучения возбуждения, содержащую оптическое волокно с фосфоресцентным материалом на одном его конце, датчик, систему детектирования, содержащую каналы для регистрации опорного излучения и люминесценции, блок обработки и вывода информации (US 4900933, G 01 N 21/64, опубл. 13.02.1990).

Недостатком данного изобретения является сложная схема регистрации, обязательное наличие фосфоресцентного материала для обеспечения люминесценции, а также наличие селективного зеркала, что связано с решением поставленной в изобретении задачи.

В основу изобретения положена задача создания анализатора для непрерывного мониторинга или лабораторных измерений загрязнения водной среды углеводородами, который не требует наличия кювет, обеспечивает дистанционное измерение параметров за счет использования волоконного зонда, помещаемого при проведении измерений непосредственно в исследуемую среду.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в лазерно-флуоресцентный анализатор, включающий источник излучения, оптическое волокно для ввода излучения в исследуемую среду, систему детектирования, содержащую каналы для регистрации опорного излучения и люминесценции, блоки обработки и вывода информации, дополнительно включено второе оптическое волокно для регистрации сигнала люминесценции, при этом использован волоконно-оптический зонд, выполненный с возможностью установки на резьбовой фланец в потоке анализируемой среды и представляющий собой сборную конструкцию, в которой волоконно-оптические световоды закреплены в одной плоскости таким образом, что их оптические апертуры перекрываются, концы волокон заключены в пластиковый непрозрачный кабель, а в торцевой части зонда волоконные световоды вклеены в металлическую оправку под острым углом друг к другу.

Волоконный зонд обеспечивает дистанционные измерения концентрации флуоресцирующих примесей, исключает необходимость отбора и подготовки проб, использования кювет и позволяет ввиду своей герметичной конструкции проводить измерения непосредственно в исследуемой среде.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2. На фиг.1 показана схема анализатора, а на фиг.2 приведена конструкция волоконно-оптического зонда.

Анализатор состоит из источника излучения 1, блока питания 2 источника излучения 1, оптической головки 3, волоконно-оптических световодов 4 и 5, зонда 6, фотоприемных устройств 7 и 8, системы фильтров 9, блока обработки 10 и блока индикации 11. На фиг.2 показан волоконно-оптический зонд, представляющий собой сборную конструкцию, в которой закреплены два волоконно-оптических световода 4 и 5, закрепленных под углом 34 градуса друг к другу в одной плоскости таким образом, что их оптические апертуры перекрываются. Для защиты от механических повреждений и от внешних воздействий световоды 4 и 5 заделаны в пластиковый непрозрачный кабель. В торцевой части зонда волоконные световоды вклеены в металлическую оправку 12. Фиксация световодов при вклейке осуществляется без дополнительной юстировки, требуемое взаимное расположение световодов 4 и 5 достигается за счет прецизионного сверления отверстий в оправке 12. Для предотвращения загрязнений оптических поверхностей торцов волокон 4 и 5 снаружи они закрываются тонкой прозрачной фторопластовой пленкой 13. Пленка 13 прижимается к торцевой поверхности оправки 12 с помощью резинового уплотнения 14 фторопластовой втулки 15 и накидной гайки 16. Герметизация осуществляется за счет резинового уплотнения 14 и втулки 15, прижимаемой гайкой 16. Корпус 17 и гайка 18 служат для установки датчика на резьбовой фланец в потоке анализируемой среды.

Часть лазерного излучения до входа в световод ответвляется в оптической головке 3 в опорный измерительный канал на фотоприемник 7 для регистрации энергии импульса. Лазерное излучение, вышедшее из световода 4 в водную среду, возбуждает органические молекулы примесей, имеющих поглощение на длине волны 337 нм. Спектр флуоресценции этих молекул смещен относительно спектра поглощения на несколько десятков нм. Излучение флуоресценции попадает на торец второго световода 5 и транспортируется по нему к системе фотоэлектрической регистрации 8.

Перед тем как попасть на фотокатод фотоэлектронного умножителя 8 излучение пропускается через систему фильтров 9, чтобы отрезать фоновый сигнал лазерного излучения, рассеянного на примесях и неоднородностях среды, сигнал линий комбинационного рассеяния, ослабить фоновую засветку от нелазерных источников излучения. Импульсные фототоки фотоприемных устройств 7 и 8 усиливаются и интегрируются усилителями постоянного тока. Сигнал основного канала нормируется на величину сигнала в опорном канале, чтобы исключить нестабильность и дрейф энергии лазерного импульса.

Прибор требует калибровки коэффициента чувствительности, переводящего показания индикатора в концентрацию содержащихся в воде углеводородов. Калибровка производится путем измерения сигнала от контрольных растворов при различных концентрациях.

Прибор может работать как в режиме измерителя концентрации, так и в режиме сигнализатора превышения заранее выбранной пороговой концентрации.

Применение оригинального волоконно-оптического датчика позволяет использовать прибор на значительном удалении от измеряемого объекта.