ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИЙ ДЕТЕКТОР

Полезная модель касается резонансных оптико-акустических детекторов (ОАД), используемых в оптико-акустических газоанализаторах.
Известны оптико-акустические газоанализаторы (см., например, патенты US №4013260, МПК G01N 21/31, G01N 33/00, G01J 1/00 от 1977.03.22; №4236827, МПК G01N 21/37, G01N 21/34 от 1980.12.02; №4288693, МПК G01N 21/37, G01J 1/00, G01N 21/25 от 1981.08.09; №5773828, МПК G01N 21/35; G01N 21/35 от 1995.03.04; ЕР №0794423, МПК G01N 21/03, G01N 21/35, G01N 21/03, G01N 21/35 от 1996.03.06; JP №9033432, МПК G01N 21/35, G01N 21/61, G01N 21/35, G01N 21/61 от 1997.02.07; RU №51746, МПК G01N 21/64 опубликован 27.02.2006), в которых регистрация полезного сигнала осуществляется так называемыми оптико-акустическими детекторами (ОАД).
Известные ОАД, в той или иной степени отличаясь друг от друга по компоновочным схемам и конструкции, в общем случае содержат, по меньшей мере, один акустический резонатор с установленным в его полости микрофоном, средства для ввода/вывода в резонатор анализируемого газа и прозрачные для излучения окна, выполненные в торцевых стенках резонатора.
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемой полезной модели выбран резонансный оптико акустический детектор по патенту RU №51746, представляющий собой корпусный блок, внутри которого выполнены два идентичных, расположенных параллельно друг другу акустических резонатора, выполненных в виде цилиндрических каналов, при этом открытые торцы резонаторов попарно соединены между собой трубчатыми соединительными элементами с образованием замкнутой кольцеобразной камеры. Камера снабжена штуцерами для ввода и вывода анализируемого газа, соединительные элементы выполнены прозрачными для излучения, а в каждом из резонаторов установлен микрофон.
Детектор работает следующим образом.
В резонаторы через штуцеры ввода/вывода подается проба анализируемого газа, а через прозрачные окна в соединительных элементах - импульсно-модулированное зондирующее излучение от внешнего источника света (в настоящее время, как правило, лазера). При поглощении света газом, содержащимся в резонаторе, в последнем возникают пульсации давления, регистрируемые микрофонами как акустический сигнал, частота которого равна частоте модуляции зондирующего излучения, а амплитуда пропорциональна произведению концентрации молекул поглощающего газа, коэффициенту поглощения последнего на длине волны зондирующего излучения, мощности излучения и калибровочному коэффициенту ОАД. При этом, если частота модуляции зондирующего излучения совпадает с собственной резонансной частотой акустических резонаторов, амплитуда регистрируемого сигнала и, соответственно, соотношение сигнал/шум, чувствительность и др. метрологические параметры детектора максимальны.
Вместе с тем, так как собственная частота резонатора зависит от состава и температуры анализируемой смеси (так, например, при комнатной температуре для воздуха резонансная частота ОАД равна 1700 Гц, для азота - 1730 Гц, при изменении температуры собственная частота ОАД изменяется в среднем на 2,8 Гц/1°С), то изменение температуры и/или состава газа приводит к нарушению условий резонансного детектирования и соответствующему снижению чувствительности и точности анализа, что и является основным недостатком известных резонансных ОАД.
Задачей предлагаемой полезной модели является устранение вышеуказанного недостатка резонансных ОАД.
Техническими результатами разработки являются стабильно высокие, независимые от условий измерения чувствительность и точность анализа.
Результаты полезной модели достигаются за счет того, что в оптико акустическом детекторе, содержащим, по меньшей мере, один акустический резонатор, установленный в полости резонатора микрофон, средства ввода/вывода в резонатор анализируемого газа и зондирующего излучения, в полости акустического резонатора установлен акустический излучатель.
В практическом варианте полезной модели предпочтительно использование пьезоэлектрического акустического излучателя.
На нижеследующем рисунке приведена конструктивная схема предлагаемого детектора.
ОАД по данной полезной модели содержит корпусной блок 1 с акустическим резонатором 2 и буферными полостями 3, микрофон 4, штуцера 5, 6 для ввода/вывода анализируемого газа, прозрачные окна 7, 8 для ввода/вывода зондирующего излучения, акустический излучатель 9.
Последовательность работы с предлагаемым детектором следующая.
Перед началом измерений ОАД заполняют подлежащей измерению газовой пробой. После прогрева и тестирования регистрирующей аппаратуры на акустический излучатель подают серию импульсов напряжения с частотой повторения, лежащей вблизи собственной резонансной частоты ОАД, при этом в ОАД возникают высокодобротные акустические колебания на его резонансной частоте. Микрофоны ОАД преобразуют возникшие акустические колебания в электрический сигнал, который подают на схему регистрации для дальнейшей обработки и вычисления реальной при текущих условиях измерения резонансной частоты ОАД. После определения резонансной частоты ОАД устанавливают соответствующую ей частоту модуляции зондирующего излучения, после чего в штатном режиме выполняют анализ состава газовой пробы.
Таким образом, введение в состав ОАД акустического излучателя обеспечивает возможность предварительной акустической калибровки ОАД с последующей настройкой, в соответствии с полученными результатами калибровки, оптимального для текущих условий измерения рабочего режима газоанализатора.