ТРАССОВЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к средствам анализа газов с применением техники оптической абсорбционной спектроскопии и предназначено для измерения концентрации газовых примесей в атмосфере на открытых трассах.
Из существующего уровня техники известен трассовый газоанализатор, содержащий на одном конце трассы ретрорефлектор, а на другом - систему регистрации-обработки данных, анализатор спектра и приемопередающее устройство, включающее источник излучения и оптическую систему, образованную вогнутым зеркалом и зеркалом меньшего диаметра, установленным передней поверхностью в сторону вогнутого зеркала перпендикулярно и симметрично относительно оптической оси вогнутого зеркала, при этом приемопередающее устройство оптически связано с анализатором спектра гибким световодом, входное отверстие которого расположено в фокусе оптической системы, находящимся на оптической оси вогнутого зеркала, при этом оптическая система приемопередающего устройства дополнена вторым плоским зеркалом, которое установлено перед обратной стороной первого плоского зеркала с возможностью поворота под углом 45° к оптической оси системы, а источник излучения размещен перпендикулярно к оптической оси системы на одном уровне с вторым плоским зеркалом [Патент РФ №16032, опубл. 27.11.2000 - Трассовый газоанализатор].
Недостатком данного технического решения является недостаточная точность измерений концентрации загрязняющих веществ и отсутствие возможности внутренней калибровки прибора.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является трассовый газоанализатор, содержащий последовательно соединенные ретрорефлектор, приемо-передающее устройство состоящее из оптической системы, состоящей из вогнутого зеркала, первого плоского зеркала и второго плоского зеркала, которые размещены в трубе телескопа, и источника излучения в виде ксеноновой лампы, при этом на заднем торце трубы телескопа расположено входное окно гибкого световода, а на переднем торце трубы телескопа расположено юстировочное устройство для внутренней калибровки трассового газоанализатора, выполненное в виде цилиндрической насадки и состоящее из круглой шторки на поворотной ручке с дополнительным ретрорефлектором и защитного стекла для предотвращения попадания пыли в приемо-передающее устройство. Приемо-передающее устройство соединено с анализатором спектра (монохроматором) гибким световодом. Анализатор спектра (монохроматор), содержащий сканер и фотодетектор, соединен с системой регистрации и обработки данных, состоящей из амплитудно-цифрового преобразователя и компьютера USB-кабелем или кабелем типа RS232 [Патент РФ №126836, опубл. 10.04.2012 - Трассовый газоанализатор].
Недостатком является невозможность проведения измерения концентрации широкого перечня загрязняющих веществ в удаленных и труднодоступных местах.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является возможность варьирования трассы измерений в широком диапазоне и расширение перечня определяемых загрязняющих веществ.
Поставленная задача решается за счет того, что трассовый газоанализатор, содержит на одном конце трассы ретрорефлектор, а на другом - систему регистрации и обработки данных, анализатор спектра и приемопередающее устройство, размещенное в трубе телескопа, включающее источник излучения и оптическую систему, образованную вогнутым зеркалом и первым плоским зеркалом меньшего диаметра, установленным передней поверхностью в сторону вогнутого зеркала перпендикулярно и симметрично относительно оптической оси вогнутого зеркала и вторым плоским зеркалом, которое установлено перед обратной стороной первого плоского зеркала с возможностью поворота под углом 45° к оптической оси системы при этом приемопередающее устройство оптически связано с анализатором спектра гибким световодом, входное отверстие которого расположено в фокусе оптической системы, а источник излучения размещен перпендикулярно к оптической оси системы на одном уровне со вторым плоским зеркалом. При этом в конструкцию введено юстировочное устройство для внутренней калибровки, закрепленное на трубе телескопа и выполненное в виде цилиндрической насадки с затвором в виде круглой шторки на поворотной ручке с дополнительным ретрорефлектором.
При этом в качестве источника излучения использован перенастраиваемый лазер с коллиматором. Коллиматор выполнен в виде рассеивающей линзы, установленной оптической осью перпендикулярно к пучку лучей, испускаемому перенастраиваемым лазером.
Полезная модель поясняется фигурой, на которой изображен вид сверху оптической схемы работы трассового газоанализатора в режиме измерения сигнала источника излучения.
Трассовый газоанализатор содержит последовательно соединенные ретрорефлектор 1, приемо-передающее устройство состоящее из оптической системы, состоящей из вогнутого зеркала 2, первого плоского зеркала 3 и второго плоского зеркала 4, которые размещены в трубе телескопа 5, и источника излучения 6 в виде перенастраиваемого лазера с рассеивающей линзой, установленной оптической осью перпендикулярно пучку лучей, испускаемых перенастраиваемым лазером, при при этом на заднем торце трубы телескопа расположено входное окно 7 гибкого световода 8, а на переднем торце трубы телескопа расположено юстировочное устройство для внутренней калибровки трассового газоанализатора, выполненное в виде цилиндрической насадки и состоящее из круглой шторки 9 на поворотной ручке 10 с дополнительным ретрорефлектором 11 и защитного стекла 12 для предотвращения попадания пыли в приемо-передающее устройство. Приемо-передающее устройство соединено с анализатором спектра 13 (монохроматором) гибким световодом 8. Анализатор спектра 13 (монохроматор), содержащий сканер и фотодетектор, соединен с системой регистрации и обработки данных, состоящей из амплитудно-цифрового преобразователя 14 и компьютера 15 USB-кабелем 16 или кабелем типа RS232 17.
Работа описанного устройства с учетом вышеприведенного описания заключается в следующем.
Для проведения измерений содержания в атмосфере концентрации загрязняющих веществ выбирается трасса, на одном из концов которой размещают систему регистрации и обработки данных, приемопередающее устройство, анализатор спектра 13 и систему обработки данных, а на противоположном конце устанавливается ретрорефлектор 1.
Перенастраиваемый лазер настраивают на определенной длине волны. Пучок лучей от перенастраиваемого лазера источника излучения 6 обеспечивающего непрерывный спектр излучения на определенной, перенастраиваемой длине волны проходя через рассеивающую линзу, установленную оптической осью перпендикулярно к пучку лучей перенастраиваемого лазера преломляется в сторону краев и образует пятно определенных размеров для засветки большего участка второго плоского зеркала 4, а затем поступает на второе плоское зеркало 4, от него широким пучком оно попадает на вогнутое зеркало 2, а точнее его внешнее кольцо при этом оно становится источником излучения. Этот поток излучения попадает на ретрорефлектор 1, от которого более узким пучком излучение попадает на вогнутое зеркало 2, при этом его внутреннее кольцо становится приемником излучения. Таким образом, уменьшается угол приема излучения от ретрорефлектора 1. Поступившее отраженное от ретрорефлектора 1 излучение попадает на первое плоское зеркало 3, отражаясь от которого, фокусируется на входном окне 7 гибкого световода 8 узким пучком излучения. При этом в качестве анализатора спектра 13 используют монохроматор позволяющий измерять концентрацию газов в широком спектральном диапазоне без дополнительной настройки.
По гибкому световоду 8 световое излучение попадает в анализатор спектра 13 в виде монохроматора, в котором разлагается в спектр. С помощью сканера, содержащегося в монохроматоре осуществляется сканирование спектра, то есть пространственная картина спектра трансформируется во временную, а фотодетектор преобразует оптический временной сигнал в электрический, который далее оцифровывается с помощью амплитудно-цифрового преобразователя 14 (АЦП), и поступает в компьютер 15 для дальнейшей обработки по USB-кабелю 16 или кабелю 17 типа RS232.
В процессе трассовых измерений проводятся измерения сигнала источника излучения 6 с помощью юстировочного устройства для внутренней калибровки. Для этого круглую шторку 9 с помощью поворотной ручки 10 данного устройства устанавливают перпендикулярно оптической оси системы и перекрывают выход источника излучения на трассу. Часть излучения перехватывают дополнительным ретрорефлектором 11 и передают во входное окно 7 гибкого световода 8, а далее через анализатор спектра 13, АЦП 14 в компьютер 15. Затем в компьютере обрабатывают полученные сигналы от трассы и от источника излучения и получают фактический сигнал без искажений.
Таким образом, предлагаемый трассовый газоанализатор позволяет варьирования трассу измерений в широком диапазоне, производить измерения в труднодоступных местах, а также расширить перечень определяемых загрязняющих веществ.