ОПТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения концентрации газов, имеющих оптические спектры поглощения, и может быть использовано для контроля содержания газов в атмосфере, в производственных помещениях, в производственных процессах, в медицине и т.д.
Известен газоанализатор Глазера, содержащий источник излучения, оптический фильтр, светоделитель, направляющий излучение в рабочий и сравнительный каналы, фокусирующие линзы, модулятор, оптическую кювету в рабочем канале и приемники излучения в рабочем и сравнительном каналах (Бочкова О.П., Шрейдер Е.Я. Спектральный анализ газовых смесей. М.: Госиздат. физ.мат.лит., 1963, с.258.).
Однако наличие светоделителя, установленного перед оптической кюветой, увеличивает габариты прибора. Кроме того, увеличивается оптический путь, находящийся за пределами оптической кюветы, что приводит к повышенной чувствительности к разъюстировкам и к увеличению погрешности измерения вследствие влияния газов, находящихся за пределами оптической кюветы.
Известен газоанализатор, содержащий источник излучения, конденсор, модулятор, оптический фильтр, кювету в форме полого светоотражающего усеченного конуса и приемник излучения (Авторское свидетельство СССР №813205, кл. G01N 21/61, 1978 г.)
Однако расположение конденсора и модулятора перед кюветой увеличивает габариты прибора, а также увеличивает оптический путь, находящийся за пределами оптической кюветы, что ведет к снижению точности измерений.
Данный недостаток устранен в газоанализаторе (патент №1825419, МПК G01N 21/61, 1993, позволяющим осуществлять измерение концентрации
газов. Данный газоанализатор содержит оптически связанные источник излучения, рабочий и опорный каналы, модулятор, оптические фильтры, газовую кювету с фокусирующим элементом и приемник излучения. Причем кювета с фокусирующим элементом изготовлена в форме полого светоотражающего усеченного конуса. Опорный канал выполнен в виде полого световода, выходной торец которого с закрепленным на нем оптическим фильтром примыкает к отверстию в боковой стенке кюветы, внутри которой установлено плоское зеркало.
Недостатком вышеуказанного газоанализатора, снижающим эффективность его работы, является использование в конструкции прибора оптико-механического модулятора. Подобное конструктивное решение прибора приводит к ухудшению таких важных параметров, как надежность и жесткость конструкции. Кроме того, повышается энергоемкость, а также за счет наличия источника питания модулятора - масса и габариты прибора. Данный недостаток устранен в «Оптическом абсорбционном газоанализаторе» см. патент №2109269, 1996.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому эффекту к предлагаемому техническому решению является «Газоанализатор» (Патент РФ на изобретение №2037809, опубл. 19.06.1995 г.).
Недостатком данного газоанализатора является то, что он предназначен для определения только одного конкретного вредного вещества.
Задачей полезной модели является расширение диапазона технических характеристик за счет определения различных типов вредных веществ.
Технический результат, который может быть получен при использовании полезной модели, заключается в уменьшении времени качественного проведения анализа за счет последовательного определения нахождения в атмосфере различных вредных веществ.
Поставленная задача достигается тем, что оптический газоанализатор содержит оптически связанные источник излучения, кювету, рабочий и дополнительный оптические фильтры, рабочий и дополнительный приемники
излучения, а также блок обработки и регистрации выходных параметров. При этом выходы рабочего и дополнительного приемников излучения через усилительно-преобразующие устройства соединены со сравнивающим устройством, связанным с ЭВМ, при этом дополнительный приемник излучения соединен с блоком базы данных вредных веществ, а рабочий оптический фильтр выполнен перенастраеваевым.
На чертеже схематично показан предлагаемый оптический газоанализатор,
где: 1 - источник излучения;
2 - оптический фильтр;
3 - измерительная кювета;
4 - входное отверстие;
5 - выходное отверстие;
6 - боковое отверстие;
7 - рабочий перенастраиваемый оптический фильтр;
8 - рабочий приемник излучения;
9 - рабочее усилительно-преобразующее устройство;
10 - сравнивающее устройство;
11 - дополнительный оптический фильтр;
12 - дополнительный приемник излучения;
13 - блок базы данных вредных веществ;
14 - дополнительное усилительно-преобразующее устройство;
15 - ЭВМ с компьютером.
Оптический газоанализатор работает следующим образом.
Естественный свет от источника излучения 1 через оптический фильтр 2 попадает в кювету 3. Измеряемый газ подается в кювету 3 через входное отверстие 4, а выходит через выходное отверстие 5. В кювете 3 создаются два световых потока. Для создания дополнительного светового потока в кювете выполнено боковое отверстие 6. Основной световой поток последовательно проходит через рабочий перенастраиваемый оптический фильтр 7,
пропускающий спектральную область, соответствующую полосе поглощения измеряемого газа и фокусируется на рабочий приемник излучения 8. Далее сигнал в рабочем усилительно-преобразующем устройстве преобразуется к виду, удобному для работы сравнивающего устройства 10. Таким образом, рабочий перенастраиваемый оптический фильтр 7 и рабочий приемник излучения 8 пропускают излучение с длиной волны в области поглощения анализируемого вещества, находящегося в газе.
Другой поток излучения проходит через боковое отверстие 6 и дополнительный оптический фильтр 11, пропускающий спектральную область, соответствующую минимальному поглощению измеряемого, а также сопутствующих ему газов, и попадает на дополнительный приемник излучения 12. Данный поток представляет излучение с длиной волны в области прозрачности анализируемого вещества, находящегося в газе.
Перед работой газоанализатора проводится его настройка. С этой целью на его вход 4 подают чистый воздух. На мониторе компьютера сигнал должен отсутствовать, что свидетельствует о правильной работоспособности газоанализатора, т.к. рабочий перенастраиваемый оптический фильтр 7 и дополнительный оптический фильтр 11 одинаково пропускают световые потоки.
В процессе работы газоанализатора в кювету 3 подается измеряемый газ, который вызывает разбаланс между рабочим 8 и дополнительным 12 приемниками излучения. Этот разбаланс после сравнивающего устройства 10 и преобразования его в ЭМВ в сигнал, пропорциональный концентрации измеряемого газа, на который настроен перенастраиваемый оптический фильтр 7, регистрируется на дисплее компьютера.
Для определения нахождения в измеряемом газе другого вредного вещества необходимо перенастраиваемый оптический фильтр 7 поставить в положение соответствующее пропускающей спектральную область, соответствующую полосе поглощения измеряемого вещества, т.е. пропустить излучение с длиной волны в области поглощения другого анализируемого вещества,
находящегося в измеряемом газе. Кроме того, из блока базы данных вредных веществ 13 в дополнительный приемник излучения 12 поступают сведения о новом измеряемом вредном веществе, в том числе и о предельном значении его концентрации.
Далее процесс измерения аналогичен вышеописанному. В случае достижения или превышения предельных значений концентраций на экране монитора высвечивается световой аварийный сигнал, сопровождаемый звуковым сигналом.
В случае использования монохроматического источника света 1, необходимость в наличии оптического фильтра 2 отпадает.
Для данного оптического газоанализатора характерным является расширение диапазона определения вредных веществ, что позволит повысить количество информации о параметрах измеряемого воздуха. Он может найти применение в системах контроля взрывоопасных, вредных и отравляющих примесей, находящихся в воздухе.