УСТАНОВКА КОНТРОЛЯ ГАЗОВЫХ ПРИМЕСЕЙ

Установка контроля газовых примесей
Полезная модель относится к технологическому контролю состава и измерению количества примесей в газовых смесях.
Известны различные установки контроля газовых примесей, в частности, спектрофотометрические на дифракционных решетках и на сменных светофильтрах. Они отличаются простотой и дешевизной, однако ограничены в возможностях при анализе большого количества газов, так как для этого либо необходимо иметь большое количество светофильтров, либо при анализе измеряется излишний массив малоинформативных точек, а кроме того эти установки обладают относительно низкой чувствительностью.
Повышенной чувствительностью обладают газоанализаторные установки, использующие модуляционный метод измерения (см. пат. США 5267019 G 01 N 31/05 от 30.11.93 г.). Такая установка контроля газовых примесей содержит последовательно соединенные модулируемый лазерный источник света, монохроматор, кювету для газа, фотоприемник, усилитель с преобразованием частоты, синхронный детектор и блок управления, а также генератор тактовых импульсов, который подключен к модулируемому лазерному источнику света и синхронному детектору, при этом модулируемый лазерный источник света, монохроматор, кювета для газа и фотоприемник установлены на одной оптической оси.
Недостатком данной установки контроля газовых примесей является ее относительная узкополосность из-за использования лазера, что ограничивает количество исследуемых газов, а также ограниченные возможности из-за необходимости помещать пробы газа в кювету.
Известна установка контроля газовых примесей, в которой используется широкополосный источник света и которая может обеспечить анализ газов в пространстве без кюветы для газа (см. Applied Optics v. 32 № 3, 20 January 1993 p.327-333). Однако эта установка контроля газовых примесей относится к упомянутым выше газоанализаторным установкам на дифракционных решетках, и имеет те же недостатки, а кроме того из-за влияния вибраций на дифракционные решетки она не может быть выполнена мобильной и поэтому является стационарным прибором.
За прототип выбрана установка контроля газовых примесей, описанная в указанном выше патенте США.
Таким образом, техническим результатом полезной модели является создание установки контроля газовых примесей, обеспечивающей высокую чувствительность, широкополосность, значительно более широкие возможности по анализу газов как с помощью взятия проб, так и без них, а также возможность использования ее в мобильном варианте. , Технический результат достигается за счет того, что в установке контроля газовых примесей, содержащей оптический блок, с источником света, монохроматором и фотоприемником, блок обработки и управления, подключенный к выходу фотоприемника и содержащий последовательно соединенные синхронный детектор, усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), причем к опорному входу синхронного детектора подключен генератор модулирующего сигнала, компьютер, подключенный к выходу АЦП, в оптическом блоке между источником света и монохроматором установлен светоделитель, источник света выполнен широкополосным, например, в виде дуговой лампы, установленной в фокусе зеркала, формирующего параллельный пучок света, а монохроматор выполнен акустооптическим, в блоке обработки и управления введен модулируемый и управляемый по радиочастоте генератор, модулируемый вход которого подключен к генератору модулирующего сигнала, вход управления частотой - интерфейсной плате компьютера, а выход - к управляющему входу акустооптического монохроматора оптического блока, к выходу компьютера подключен принтер, при этом установка контроля газовых примесей снабжена рефлектором, выполненным в виде набора уголковых ретроотражателей, который установлен на одной оптической оси с источником широкополосного света и светоделителем, все блоки установлены на стенде, а оптический блок, кроме того, установлен с возможностью поворота в пространстве на область нахождения исследуемого газа. Кроме того, установка контроля газовых примесей снабжена расширяющим объективом, который установлен на оптическом блоке соосно с широкополосным источником света, светоделителем и уголковым ретроотражателем, установка контроля газовых примесей снабжена кюветой для исследуемого газа с возможностью установки соосно с широкополосным источником света, светоделителем и уголковым ретроотражателем. На фиг.1 представлена функциональная схема установки контроля газовых примесей. На фиг.2 показано расположение оптического блока при измерениях с использованием кюветы. На фиг. 3 показано расположение оптического блока при трассовом измерении. На фиг. 4 показано возможное расположение блоков установки контроля газовых примесей на стенде. Установка контроля газовых примесей содержит: 1- оптический блок; 2- широкополосный источник света, содержащий лампу, например, дуговую, установленную в фокусе зеркала, формирующего параллельный пучок света; 3- светоделитель, в качестве которого может использоваться, например, полупрозрачное зеркало; 4- акустооптический монохроматор;
1 - синхронный детектор;
8- усилитель;
9- аналого-цифровой преобразователь;
10- источник модулирующего сигнала;
И - модулируемый и управляемый по радиочастоте генератор;
12- компьютер;
13- интерфейсная плата компьютера;
14- принтер;
15- рефлектор;
16- расширяющий объектив;
17- кювета для исследуемого газа;
18- насос;
19- комбинированный источник питания (может содержать аккумулятор и преобразователь постоянного тока в переменный);
20- стенд;
21- поворотный столик;
22- кюветодержатель;
23- оптическая ось установки контроля газовых примесей;
24- поглотитель;
25- исследуемая трасса.
Работает установка контроля газовых примесей следующим образом. Свет, излучаемый широполосным источником света 2, находящимся в оптическом блоке 1, проходя светоделитель 3, расщепляется на два пучка, один из которых поглощается поглотителем 24, а другой, в зависимости от вида измерений, проходит либо через расширяющий объектив 16 и контролируемую трассу 25, либо через кювету 17 к уголковому ретроотражателю 15 и, переотражаясь, возвращается в блок 1, где, отражаясь от светоделителя 3, поступает в акустооптический монохроматор 4. Акустооптический монохроматор 4 из входного спектра пропускает на свой выход узкую полосу излучения с соответствующей длиной волны и эта часть регистрируется фотоприемником 5 оптического блока 1. Сигнал, пропорциональный световому потоку выделяемой длины волны, полученный на выходе фотоприемника 5, усиливается усилителем 8 и поступает на синхронный детектор 7 блока обработки и управления 6 и преобразуется в аналого-цифровом преобразователе 9 в цифровой, который поступает в интерфейсную плату 13 компьютера 12 для анализа и вычислений по соответствующей программе. Компьютер 12 после анализа и вычислений, произведенных для выделенной длины волны, через интерфейсную плату 13 передает в блок обработки и управления 6 команду на перестройку частоты модулируемого и управляемого по радиочастоте генератора 11, который постоянно модулируется от источника модулирующего сигнала 10, сигнал которого управляет также синхронным детектором 7. Сигнал, полученный уже на другой частоте, с выхода модулируемого и управляемого по радиочастоте генератора 11 поступает на управляющий вход акустооптического монохроматора 4 и перестраивает его на другую длину волны.
После проведения цикла измерений на заданном множестве спектральных точек (на соответствующих длинах волн) в компьютере 12 производится сравнение полученных спектральных зависимостей фотоотсчетов со спектрами поглощения нескольких примесей (газов), и определяется их интегральное содержание либо на трассе 25, либо в кювете 17. Результаты вычислений выводятся на экран компьютера 12, записываются в его память и распечатываются на принтере 14.
Все блоки установлены и закреплены на стенде 20, при этом в режиме измерения с кюветой 17 уголковый переотражатель 15 устанавливается также на стенде 20 в конце кюветы 17, закрепляемой на стенде 20 с помощью кюветодержателя 22, в режиме измерения на трассе рефлектор 15 устанавливается в конце исследуемой трассы 25, а на оптическом выходе оптического блока 1 устанавливается расширяющий объектив 16. Для реализации указанных режимов измерения оптический блок 1 установлен на стенде 20 с возможностью поворота с помощью поворотного столика 21, за счет чего обеспечивается соосность широкополосного источника 2 и рефлектора 15 (23 - оптическая ось газоанализаторной установки).
Питание блоков 1, 6, 12, 14, 18 осуществляется от комбинированного источника питания 19, который может содержать аккумулятор, преобразователь постоянного тока в переменный с соответствующими стабилизаторами. На фиг. 1 питание показано пунктиром.
Дня взятия проб газа в труднодоступных местах кювета 17 предварительно откачивается с помощью подсоединяемого насоса 18.
Выполнение монохроматора 4 акустооптическим позволяет сделать установку контроля газовых примесей мобильной, поскольку акустооптический монохроматор 4 не чувствителен к вибрации.