инфракрасный газоанализатор
Классы МПК: | G01N21/61 бездисперсные газоанализаторы |
Автор(ы): | Корчинский Г.А., Петрук В.Г., Магдич П.И., Заика В.Г. |
Патентообладатель(и): | Винницкий политехнический институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-08-09 публикация патента:
30.10.1994 |
Назначение: изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в аналитическом приборостроении, а также для контроля загрязнения окружающей среды. Сущность изобретения: инфракрасный газоанализатор содержит источник излучения, от которого световой пучок попадает в интегрирующую полость сферы, где и взаимодействует с анализируемым газом. При этом показания приемника излучения в зависимости от концентрации исследуемой газовой среды будут изменяться. Для многоскратного прохождения потока излучения в газовой среде оптический вход и выход выполнены несоосными, а также не проходящими через центр сферы. Инфракрасный светофильтр служит для формирования области спектра, в которой наиболее чувствителен приемник излучения. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
ИНФРАКРАСНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, содержащий оптически сопряженные источник излучения, многоходовую систему, светофильтр и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения светосилы и чувствительности к токсичному газу SO2, многоходовая система выполнена в виде интегрирующей сферы с внутренним покрытием из алюминия или серебра, причем оптический вход и выход расположены на разных осях, не проходящих через центр сферы.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в аналитическом приборостроении, а также для контроля загрязнения окружающей среды. Известен инфракрасный газоанализатор, содержащий источник света и последовательно расположенные сферические зеркала, измерительный и эталонный каналы, инфракрасный светофильтр, приемно-регистрирующую систему [1]. К недостаткам известного устройства относятся ограниченные чувствительность и точность из-за неполного использования светового пучка вследствие эффектов многократного рассеяния, а также сложность юстировки системы сферических зеркал. Наиболее близким техническим решением к предложенному является инфракрасный газоанализатор, содержащий оптически сопряженные источник излучения, многоходовую зеркальную кювету, именуемую в дальнейшем системой, с входными и выходными окнами, систему зеркал для разделения потока излучения от источника по рабочему и сравнительному каналам и сведения его на приемник излучения [2]. Недостатками данного газоанализатора являются ограниченные чувствительность и точность, обусловленные низкой светосилой системы сферических зеркал из-за потерь потока излучения на рассеяние, а также из-за уменьшения его мощности вследствие разделения на два идентичных пучка, сложность конструкции. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности, а также упрощение конструкции газового анализатора. Цель достигается тем, что в известном инфракрасном газоанализаторе, содержащем оптически сопряженные источник излучения, многоходовую зеркальную систему с входными и выходными окнами и приемник излучения, многоходовая зеркальная система выполнена в виде интегрирующей сферы, на внутреннюю поверхность которой нанесен слой материала, максимально отражающего в ИК-области спектра, например алюминия. Предлагаемая сфера содержит отверстия для оптического входа и выхода, а также отверстия для заполнения ее внутренней полости анализируемым газом. Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что обнаружен ряд технических решений, содержащих признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа. Однако совокупность признаков не известна. За счет выполнения многоходовой зеркальной системы в виде интегрирующей сферы заявляемое техническое решение проявляет новые свойства, а именно появилась возможность полного использования светового пучка, что приводит к повышению точности и чувствительности, а также упрощению конструкции. На чертеже представлена схема предлагаемого инфракрасного газоанализатора. Инфракрасный газоанализатор содержит источник 1 излучения, интегрирующую сферу 2 с оптически несоосными входом 3 и выходом 4, а также системой заполнения анализируемого газа, инфракрасный светофильтр 5, приемник 6 излучения. Предлагаемый газоанализатор работает следующим образом. Излучение от источника 1 (например, для анализируемого газа SO2служит полупроводниковый лазер, построенный на основе PbS0,82Se0,18, работающий в диапазоне длин волн 8,7-9,1 мкм, в котором наблюдаются наиболее характерные и интенсивные линии поглощения SO2) поступает в интегрирующую полость сферы 2, где и взаимодействует либо с воздухом в первом случае (для градуировки шкалы приемника 6 излучения), либо с анализируемым газом - во втором случае. При этом показания приемника излучения в зависимости от концентрации исследуемой газовой среды изменяются. Мерой концентрации измеряемого газа является изменение интенсивности излучения в нем по отношению к интенсивности излучения в воздухе. При этом воздушная среда без агрессивных включений в указанном ИК-диапазоне практически спектрально не проявляет себя. Концентрация газа может быть найдена также по формулеCmin = где L - путь пучка в газе (находится расчетным путем с учетом эффективного коэффициента отражения " внутренней стенки сферы), и равен 15 м;
= где S1 - рабочая; S - полная поверхность сферы; " - коэффициент отражения слоя нанесенного материала (наиболее эффективным покрытием внутренней поверхности сферы служит слой алюминия либо серебра (Розенберг Г. В. Оптика тонкослойных покрытий. М.: Физматгиз, 1958. с. 570) толщиной 40-50 нм, коэффициент отражения которых в данном диапазоне спектра максимален и близок к 1); К() 10 см-1 - показатель экстенкции для сильных полос SO2, тогда
C 10-310-2 мг/м3 что полностью согласуется с ПДК (предельно допустимыми концентрациями) для данного газа согласно ГОСТ 17.2.3.02-78. В качестве приемника излучения в данном случае используется германиевый фоторезистор с максимальной спектральной чувствительностью в области спектра, формируемой с помощью ИК-светофильтра 5. Оптимальные размеры сферы и ее рабочих отверстий рассчитаны согласно (Сахновский М.Ю. О возможностях использования интегрального шарового фотометра в измерениях диффузного отражения по абсолютной методике // Оптика и спектроскопия. Т. 62, вып. 3, 1987, с. 692-697) и составляет соответственно:
dсферы 10 см; Sотв 2 см2
Погрешность определения концентрации газа предлагаемым газоанализатором составляет не более 1%. По сравнению с прототипом заявляемое решение за счет использования интегрирующей сферы позволяет наиболее полно использовать поток излучения из-за увеличения кратности его прохождения сквозь анализируемую среду вследствие интегрирующих свойств внутренней поверхности сферы (закон Сумпнера), что приводит к повышению чувствительности и точности, а также упрощению конструкции газового анализатора.
Класс G01N21/61 бездисперсные газоанализаторы