Оптичний газоаналізатор

1. Оптичний газоаналізатор, що складається з оптично зв'язаних джерела інфрачервоного випромінювання з спектральним діапазоном випромінювання, який включає довжину хвилі, що відповідає спектральній лінії поглинання газу, світловодів, оптичного розгалужувача, робочого і опорного каналів, в яких розміщені однакових розмірів вимірювальні кювети з вбудованими на виході приймачами інфрачервоного випромінювання, спектральна сприйнятливість яких узгоджена з спектральним діапазоном випромінювання, який має довжину хвилі власного поглинання досліджуваного газу, а також спектральних фільтрів та реєструючого приладу і блока обробки інформації, який відрізняється тим, що випромінювання джерела інфрачервоного випромінювання поширюється по світловодах оптичного розгалужувача, який з'єднаний світловодами з вимірювальними кюветами і створює потоки, які проходять через робочий і опорний канали, в яких розміщені однакових розмірів вимірювальні кювети з вбудованими на виході приймачами інфрачервоного випромінювання, спектральна сприйнятливість яких узгоджена з спектральним діапазоном випроміню U 2 (11) 1 3 дять від джерела інфрачервоного випромінювання через два робочих канали і за їхньою зміною виміряного випромінювання визначають концентрацію газу, вимірювальні кювети виготовлені з різною довжиною, розміщені в незалежних робочих каналах, причому через вимірювальні кювети прокачують газ, що аналізується. Газ прокачують через вимірювальні кювети почергово, синхронно з вимірюванням різниці поглинання інтенсивності випромінювання відповідного каналу. Вимірювання різниці поглинання інтенсивності випромінювання на виході вимірювальних кювет відбувається приймачами інфрачервоного випромінювання за рахунок їх електричної модуляції. Недоліком даного способу є почергове прокачування газу, необхідність електричної модуляції випромінювання, наявність дзеркала, великі розміри пристрою і порівняно слабкий ступінь обробки інформації, при забрудненні вікон комірок відбувається погіршення метрологічних характеристик в процесі експлуатації. В основу корисної моделі поставлено задачу створити оптичний газоаналізатор з заданою точністю і чутливістю в широкому діапазоні концентрацій газів, зменшити розміри і спростити конструкцію приладу, підвищити надійність його роботи, мінімізувати відхилення від нормованих метрологічних характеристик в процесі експлуатації, мінімізувати вплив на інформативний сигнал таких параметрів досліджуваного середовища, як температура, тиск і вологість. Поставлені завдання вирішуються тим, що оптичний газоаналізатор складається з оптично зв'язаних джерела інфрачервоного випромінювання з спектральним діапазоном випромінювання, який має довжину хвилі, що відповідає спектральній лінії поглинання газу, випромінювання якого поширюється по світловодах оптичного розгалужувача, який з'єднаний світловодами з вимірювальними кюветами, і створює потоки, що проходять через робочий і опорний канали, в яких розміщені однакових розмірів вимірювальні кювети з вбудованими на виході приймачами інфрачервоного випромінювання, спектральна сприйнятливість яких узгоджена з спектральним діапазоном випромінювання, який має довжину хвилі власного поглинання досліджуваного газу, при цьому один з приймачів містить спектральний фільтр, що виділяє спектральну смугу випромінювання, яка відповідає смузі поглинання газу, що аналізується, а інший приймач містить спектральний фільтр, який виділяє спектральну смугу випромінювання, що знаходиться поза смугою поглинання газу, що аналізується, і за отриманими значеннями вихідних сигналів на приймачах Інфрачервоного випромінювання з спектральними фільтрами, що фіксуються реєструючим приладом та надходять до блока обробки інформації, визначають концентрацію газу відповідно до закону Бугера-ЛамбертаБера, згідно з корисною моделлю вимірювання поглинання потоку випромінювання на виходах каналів відбувається приймачами інфрачервоного випромінювання з спектральними фільтрами, джерелом інфрачервоного випромінювання є напівпровідникове джерело інфрачервоного випромі 61328 4 нювання з спектральним діапазоном випромінювання, який має довжину хвилі, що відповідає спектральній лінії поглинання газу, причому газ прокачують через однакових розмірів вимірювальні кювети почергово, синхронно, а також з можливим з'єднанням даних кювет так, що газ прокачується одночасно через обидві кювети. Вимірювання концентрації газів в широкому діапазоні з заданою точністю і чутливістю у випадку збільшення неселективних втрат випромінювання, пов'язаних із забрудненням оптичних елементів з часом і спектральної чутливості приймача випромінювання у відношенні до спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури, тиску і вологості середовища, в кому знаходиться газ, досягається за рахунок використання двох спектральних фільтрів, один з яких виділяє спектральну смугу випромінювання, яка відповідає смузі поглинанні газу, що аналізується, а інший виділяє спектральну смугу випромінювання, що знаходиться поза смугою поглинання газу, що аналізується, а також за рахунок прокачування газу через вимірювальні кювети почергово, синхронно, а також з можливим з'єднанням даних кювет так, що газ прокачується одночасно через обидві кювети, в яких потоки випромінювання зазнають однакових змін, не пов'язаних з поглинанням газу, що аналізується. На кресленні наведена функціональна схема реалізації даного оптичного газоаналізатора. Запропонований оптичний газоаналізатор працює наступним чином. Джерело 1 Інфрачервоного випромінювання з спектральним діапазоном випромінювання, який має довжину хвилі, що відповідає спектральній лінії поглинання газу, створює потік випромінювання Ф0, який надходить на світловод 2, оптичний розгалужувач 3, де потік випромінювання Ф0 розділяється на рівні за значеннями потоки Ф01 та Ф02, що надходять відповідно на робочу кювету 4 та опорну кювету 5, однакових розмірів. Потоки Ф01, Ф02 інфрачервоного випромінювання, пройшовши через робочу кювету 4 і опорний канал 5 з рівними довжинами, послаблюються до величин потоків Ф1 і Ф2 відповідно, які попадають на вбудовані на виході вимірювальних кювет приймачі 6 інфрачервоного випромінювання, спектральна сприйнятливість яких узгоджена з спектральним діапазоном випромінювання, який має довжину хвилі власного поглинання досліджуваного газу. Приймачі 6 робочого та опорного каналів містять спектральні фільтри 9 та 9' відповідно. Спектральний фільтр 9 робочої кювети 4 виділяє спектральну смугу випромінювання, яка відповідає смузі поглинанні газу, що аналізується. А спектральний фільтр 9' порівнювальної кювети 5 виділяє спектральну смугу випромінювання, яка знаходиться поза смугою поглинання газу, що аналізується. Потік випромінювання Ф01, що пройшов робочу кювету 4 змінюється відповідно до закону Бугера-Ламберта-Бера, а потік Ф02, що пройшов порівнювальну кювету 5 не зазнаватиме змін, пов'язаних з концентрацією газу, що аналізується, а решта компонентів суміші будуть однаково впливати на потоки Ф01 і Ф02. Оскільки решта компонентів суміші будуть однако 5 61328 во впливати на потоки у каналах, то потік випромінювання Ф02, що пройшов порівнювальну кювету 5 та послабився до величини потоку Ф2, слугує опорним сигналом, що відповідає нульовій концентрації газу, тобто сигнал, що становить нуль шкали приладу. Сигнали з виходів приймачів 6 інфрачервоного випромінювання попадають на реєструючий пристрій 7, дані з якого надходять на блок обробки інформації 8. Величина послабленого потоку випромінювання Ф1, що пройшов через робочу кювету 4 з газом, що аналізується, створює сигнал» який пропорційний концентрації досліджуваного газу, яка визначається за законом БугераЛамберта-Бера, При цьому відбувається прокачування газу через вимірювальні кювети почергово, синхронно, а також з можливим з'єднанням даних кювет так, що газ прокачується одночасно через обидві кювети. Спрощення конструкції приладу та зменшення його розмірів відбувається за рахунок відсутності дзеркал, блока електричної модуляції, що також суттєво збільшує надійність вимірювання концентрації газу, забезпечує універсальність приладу. Збільшення точності вимірювання перетворювача у випадку збільшення неселективних втрат випромінювання, пов'язаних Із забрудненням оптичних елементів з часом, а також мінімізація відхилення нормованих метрологічних характеристик в процесі експлуатації та мінімізація впливу на інформативний сигнал таких параметрів досліджуваного середовища, як температура, тиск і вологість, досягається за рахунок використання двох плеч (робочого та опорного каналів). Комп’ютерна верстка І.Скворцова 6 Конструкція представленого оптичного газоаналізатора дозволяє значно спростити сам метод та перевірити справність самого газоаналізатора за присутності газу, на який налаштовано засіб вимірювання. Наявність світловодів підвищує безпеку використання такого газоаналізатора, оскільки випромінювач та приймачі оптичного випромінювання можуть знаходитися, наприклад, поза вибухонебезпечною зоною, а також дає можливість, як для дистанційного так і для локального вимірювання концентрації газу, підвищує точність вимірювання концентрації газу, що аналізується. У випадку використання приладів, які перетворюють Інтенсивність випромінювання в частоту електричного сигналу [Осадчук B.C. Температурні та оптичні мікроелектронні частотні перетворювачі. Монографія / B.C. Осадчук, О.В. Осадчук, В.Г. Вербицький. - Вінниця: УШВЕРСУМ-Вінниця, 2001. - 195с], потоки випромінювання Ф1 і Ф2, при попаданні інфрачервоного випромінювання на приймачі, створюють на їх виходах, пропорційно до ступеня послаблення потоків, частоти f1 і f2, де частота f1, в свою чергу, пропорційна концентрації газу, що аналізується. Використання приладів, які перетворюють інтенсивність випромінювання в частоту електричного сигналу, підвищує точність вимірювання концентрації газу, що аналізується. Використання напівпровідникового джерела інфрачервоного випромінювання в якості джерела Інфрачервоного випромінювання також підвищить надійність вимірювання концентрації газу. Підписне Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601