Газоаналізатор

Газоаналізатор, що містить послідовно встановлені на одній оптичній осі джерело світлового випромінювання, конденсор, кювету для газової суміші, модулятор, на якому розташовані два світлофільтри, один світлофільтр для пропускання опорної довжини хвилі, а інший світлофільтр для пропускання робочої довжини хвилі, фокусуючу лінзу й приймач випромінювання з попереднім підсилювачем, а також перший і другий блоки вибірки-зберігання, формувач імпульсів синхронізації, блок обробки інформації й індикатор концентрації аналізованого газового компонента, причому вихід приймача випромінювання підключений до U 2 (19) 1 3 39622 підвищення надійності (відсутність механіки), простота конструкції за рахунок заміни модулятора рідкокристалічною матрицею. Поставлена задача вирішується тим, що в газоаналізатор, що містить послідовно встановлені на одній оптичній осі джерело світлового випромінювання, конденсор, кювету для газової суміші, два світлофільтри; один світлофільтр, що пропускає робочу довжину хвилі, на якій здійснюється максимальне поглинання світлового випромінювання аналізованим компонентом газової суміші, а інший світлофільтр, що пропускає опорну довжину хвилі, на якій світлове випромінювання проходить без поглинання газовою сумішшю, послідовно встановлені на тій же оптичній осі, фокусуюча лінза й приймач випромінювання з попереднім підсиленням, до виходу якого підключені інформаційні входи підсилювачів опорного й робочого каналів, управляючі входи яких підключені до виходу блоку керування матрицею, вхід якого з'єднаний з датчиком положення світлофільтрів щодо оптичної осі, вихід підсилювача опорного каналу з'єднаний з опорним входом блоку обробки інформації, вихід якого з'єднаний з індикатором концентрації аналізованого компонента газової суміші, джерело зразкової напруги, формувач сигналу й суматор, причому ви хід джерела зразкової напруги з'єднаний з опорним входом формувача сигналу, інформаційний вхід якого з'єднаний з виходом підсилювача опорного каналу, а ви хід - з одним із входів суматора, другий вхід якого з'єднаний з виходом підсилювача робочого каналу, ви хід суматора з'єднаний з інформаційним входом блоку обробки інформації, новим є те, що модулятор виконай у вигляді рідкокристалічної матриці, причому в газоаналізатор введен блок керування матрицею, вихід якого підключенo до рідкокристалічної матриці, а інший вихід блока керування матрицею підключений до формувача імпульсів синхронізації. На фігурі зображений газоаналізатор, що заявляється. Газоаналізатор містить послідовно встановлені на одній оптичній осі джерело 1 світлового випромінювання, конденсор 2, у направленні проходження випромінювання кювету 3 з багатокомпонентною газовою сумішшю, що складається, наприклад, з вуглеводнів, окису й двоокису вуглецю й інших газів. Як джерело світлового випромінювання може бути використана лампа накалювання, газорозрядна лампа, світлодіод або інше джерело, далі по ходу випромінювання встановлена рідкокристалічна матриця 4, з світлофільтрами 5 і 6. Світлофільтр 6 пропускає опорну довжину хвилі, на якій світлове випромінювання проходить без поглинання аналізованою газовою сумішшю, а світлофільтр 5 - робочу довжину хвилі, на якій здійснюється максимальне поглинання аналізованим компонентом газової суміші. В описаному варіанті виконання газоаналізатора світлофільтри 5 і 6 являють собою багатошарові інтерференційні структури, виготовлені методом термічного випару у вакуумі. Світлофільтр пропускає довжину хвилі 3,9мкм, а світлофільтр довжину хвилі 4,6мкм, що збігається зі смугою поглинання молекул окису вуглецю. 4 Рідкокристалічна матриця 4 має прямокутну або круглу форму. Газова суміш подається в кювету 3 від джерела (на кресленні не показане), наприклад, за рахунок природної дифузії або примусової циркуляції. Далі по ходу світлового випромінювання на оптичній осі 1 установлена лінза 7, фокусуючи світлове випромінювання на приймальній площадці приймача 8 випромінювання з попереднім посиленням. Як приймач випромінювання може бути використаний фоторезистор, фотодіод, болометр, піроелектричний або інший приймач випромінювання з вбудованим або конструктивно винесеним попереднім посиленням, з виходу якого знімаються електричні сигнали, з параметрами, що дозволяють здійснювати їхню подальшу обробку. Вихід приймача випромінювання 8 підключений до інформаційних входів першого 9 і другого 10 пристроїв вибірки - зберігання опорного й робочого каналів, керуючі входи яких підключені до виходу формувача 11 імпульсів синхронізації, вхід якого з'єднаний із блоком керування матрицею 12. Вихід першого пристрою 9 вибірки - зберігання опорного каналу підключений до інформаційного виходу формувача 14 сигналу, опорний вхід якого підключений до виходу джерела 13 опорної напруги, а вихід формувача 14 до першого входу суматора 15, до другого входу якого підключений вихід другого пристрою 10 вибірки - зберігання робочого каналу. Вихід суматора 15 підключений до інформаційного входу 16 блоку обробки інформації, опорний вхід якого підключений до виходу першого пристрою вибірки - зберігання підсилювача 9 опорного каналу, а до ви ходу блоку 16 підключений індикатор 17 концентрації аналізованого компонента, проградуйований в одиницях концептрації. Формувач 11 імпульсів синхронізації побудований на основі логічних елементів і лічильника імпульсів і здійснює синхронізацію роботи всіх вузлів схеми обробки інформації в приладі. Блок керування матрицею 12 зібраний на основі елементів цифрової техніки й містить генератор сигналів керування. Суматор 15 зібраний за традиційною схемою суматора на основі операційного підсилювача. Блок 16 обробки інформації зібраний на основі елементів цифрової техніки й містить 12 - розрядний аналого-цифровий перетворювач (АЦП), функціональний лінеарізатор на базі постійного пристрою, що запам'ятовує (ПЗУ), пристрою виводу інформації на цифрові індикатори й аналогові самописні прилади. Індикатор концентрації аналізованого компонента газової суміші являє собою цифровий дисплей, зібраний на основі світлодіодних, рідкокристалічних або інших семисегментних або матричних індикаторів. Пропонований газоаналізатор працює в такий спосіб. Потік світлового випромінювання від джерела 1 формується в паралельний пучок за допомогою конденсора 2 і направляється по оптичній осі в кювету 3, через яку прокачується газова суміш і частково поглинається аналізованим компонентом 5 39622 на відповідній робочій довжині хвилі. Блок керування матрицею 12 формує періодичний сигнал, котрий затемнює ділянки рідкокристалічної матриці напроти світлофільтра 5 і відкриває ділянки матриці напроти світлофільтра 6. В результаті інфрачервоне випромінювання від джерела 1 після проходження через конденсатор 2 та кювету 3 проходить тільки через світлофільтр 6 і не пропускає через світлофільтр 5. При цьому на виході приймача випромінювання 8 виникає сигнал, пропорційний рівню випромінювання джерелом 1, тобто котрий не поглинається газом, котрий аналізується, тобто опорній сигнал. В наступний момент часу блок керування матрицею 12 формує сигнал, котрий затемнює ділянки рідкокристалічної матриці напроти світлофільтра 6 і відкриває ділянки напроти світлофільтра 5. При цьому інфрачервоне випромінювання від джерела 1 після проходження через конденсор 2 та кювету 3 проходить тільки через світлофільтр 5 і не пропускається через світлофільтр 6. Тоді на виході приймача випромінювання 8 виникає сигнал зменшений на величину поглинання аналізуємим газом, тобто вимірювальний сигнал. Блок керування матрицею періодично формує описані сигнали, в результаті чого інфрачервоне випромінювання джерела 1 по черзі проходить через світлофільтри 5 та 6. На виході приймача випромінювання виникне періодичний сигнал (меандр), висота якого пропорційна концентрації газу, що аналізується. В системі може бути використано не два, а три і більше світлофільтрів. Електричні імпульсні сигнали, що відповідають світловим потокам на опорній і робочій довжинах хвиль, із приймача випромінювання надходять на входи першого й другого пристроїв вибірки - зберігання 9 і 10 опорного й робочого каналів. На рідкокристалічну матрицю 4 від блоку керування матрицею 12 подаються сигнали, що відкривають для проходження оптичних променів ділянки, розташовані перед відповідним світлофільтром, і закриваючі ділянки перед іншим світлофільтром. Ці ділянки періодично міняються. 6 По цих сигналах у моменти часу, що відповідають плоскій ділянці вершини імпульсних сигналів, що знімаються з виходу приймача випромінювання, відбувається запис інформації про амплітуду опорного й робочого сигналів в УВХ відповідного каналу. На виходах пристроїв вибірки - зберігання встановлюються постійні напруги, рівні яких пропорційні величинам світлових потоків на довжинах хвиль опорного й робочого каналів. З ви ходу пристрою вибірки - зберігання 9 постійна напруга, рівень якої, пропорційна величині амплітуди сигналу в опорному каналі, надходить на інформаційний вхід формувача 14 сигналу, на опорний вхід якого надходить опорна напруга з виходу джерела 13 опорної напруги. Рівень напруги на вхід формувача 14 зміниться і на його виході з'явиться деякий різницевий сигнал, величина якого визначається величиною зміни напруги на вході й величиною коефіцієнта підсилення диференціального підсилювача, на основі якого побудований формувач 14. Величина коефіцієнта підсилення диференціального підсилювача визначається по розробці газоаналізатора шляхом дослідження температурної залежності фоточутли вості приймача випромінювання на довжинах хвиль опорного й робочого каналів. Сигнал з виходу формувача 14 надходить на вхід суматора 15, на вхід якого надходить сигнал робочого каналу, який необхідно скорегувати. З виходу суматора 15 відкоригований робочий сигнал надходить на вимірювальний вхід блоку 16 обробки інформації, на опорному вході якого є присутнім постійна напруга, пропорційна амплітуді сигналу на виході приймача випромінювання на опорній довжині хвилі. У блоці здійснюється обробка вимірювальної інформації, наприклад, за законом Ламберта - Бугера, функціональне перетворення з метою здійснення лінеаризації вихідного сигналу. З ви ходу блоку 16 інформації про зміст у газовій суміші аналізованого компонента подається індикатор 17, що відображає результати вимірювань в одиницях концентрації. 7 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 39622 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601