Способ измерения показателя поглощения текучих сред

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК М 21/5 ГОСУДАРСТВЕН ПО МЕЛАМ ИЗ ОМИТЕТ СССР НИЙ И ОТНРЫТ ЗОБРЕТЕНИЯ ПИС 8 ИДЕТЕЛЬСТ(56) 1Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М., Гос.изд-во физ.мат,литературы, 1963.2. Авторское свидетельство СССР В 272654, кл. й, 01 Б 21/59, 1970 (прототип).(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД, включающий пропускание электромагнитной волны через слой исследуемой текучей среды, модуляцию этой электромагнитной волны по амплитуде путем периодического изменения толщины слоя исследуемой среды и определение показателя поглощения текучей среды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расщирения возможных областей применения и повышения чувствительности измерений, электромагнитную волну дополнительно пропускают через слой эталонной среды, а модуляцию осущеСтвляют одновременным изменением толщин слоев исследуемой и эталонной сред таким образом, что суммарнаятолщина указанных сред постоянна, по глубине амплитудной модуляции электромагнитной волны определяют разность показателей поглощения исследуемой и эталонной сред, по которой с учетом известного, показателя .Я поглощения эталонной среды определяют показатель поглощения исследуемой среды.Изобретение относится к измерению оптических характеристик и может быть использовано для точного определения малых разностей показателя поглощения двух жидких сред в реальном масштабе времени. 5Последнее позволяет использовать методы спектроскопии для определения состава жидких сред, в том числе когда растворитель обладает интенсивным поглощением в исследуемой части 10 спектра, а также осуществлять непрерывный контроль загрязнения жидкой среды, контроль концентрации бинарных и квазибинарных систем, непрерывный контроль состава и свойств сырья и продукта на различных автоматических и полуавтоматических линиях, и другие задачи.Известен диФФеренциальный способ определения разности показателей поглощения двух сред согласно которому электромагнитное излучение источника делят на два луча. В один луч помещают исследуемую среду, а в другой эталонную. Разность показателей поглощения определяют по разности интенсивности лучей, прошедших через исследуемую и эталонную среду 1 .Этот способ позволяет определитьотносительную разность коэФФициентов поглощения до нескольких процентов. Чувствительность способа ограничена необходимостью точнОго деления излучения на два луча, очень точного соблюдения размеров исследуемого и эталонного образцов, соблюдением идентичности каналиэирующих устройств, через которые проходят оба луча, идентичностью характеристик приемных устройств, и недостаточна для решения таких научно-технических 40 задач, как спектроскопия органических веществ, растворенных в воде в инфракрасном и СВЧ диапазонах, контроль загрязнения воды органическими веществами и др. 45Наиболее близким к предложенному по технической сущности является спо. соб измерения показателя поглощения текучих сред, включающий пропускание электромагнитной волны через слой исследуемой текучей среды, модуляцию этой электромагнитной волны по амплитуде путем периодического изменения толщины исследуемого слоя среды и определение показателя поглощениятекучей среды 2 .55Способ позволяет определять концентрацию примесей в жидкости, паре, газе с достаточной точностью и стабильностью измерений, в том числе, когда растворитель (пар, газ) про зрачен для излучения исследуемого диапазона, а примесь поглощает это излучение.Однако известный способ не пригоден для определения спектра поглощения органического вещества,растворенного в воде, в инфракрасном и субмиллиметровом диапазоне,когда растворитель сам обладаеточень большим поглощением.Целью изобретения являетсярасширение возможных областей применения и повышение чувствительности измерений показателя поглощениятекучих сред, вызванных либо введением каких-либо добавок, либо внешним воздействием.Указанная цель достигается тем,что в известном способе измеренияпоказателя поглощения текучих сред,включающем пропускание электромагнитной волны через слой исследуемойсреды, модуляции этой электромагнитной волны по амплитуде путем периодического изменения толщины слоя исследуемой среды и определение показателя поглощения текучей среды,электромагнитную волну дополнительнопропускают через слой эталоннойсреды, а модуляцию осуществляютодновременным изменением толщин слоев исследуемой и эталонной сред,таким образом, что суммарная толщина укаэанных сред постоянна поглубине. амплитудной модуляцйи электромагнитной волны определяют разность показателей поглощения исследуемой и эталонной сред, по которой с учетом известного показателя поглощения эталонной средыопределяют показатель поглощения ис;следуемой среди.При этом суммарную толщину исследуемой и эталонной сред целесообразно выбирать равной обратной величинепоказателя поглощения эталоннойсреды, т.к. именно при этой толщинечуьствительность оказывается наибольшей.Предложенный способ позволяет осуществить спектроскопические исследования водных растворов малой концент.рации с СВЧ и инФракрасных диапазонах длин волн, проводить непрерывныйконтроль загрязнения воды органическими веществами, осуществлять контроль эа различными Физико-химическими и биологическими процессами вреальном масштабе времени, а такжерешать и друГие народнохозяйственныеи научные задачи,На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляреализации предложенного способа.Устройство содержит источник 1электромагнитных волн, систему 2 линз,кювету 3, оптикоакустический приемник 4. Полость кюветы 3 разделенатонкой прозрачной для электромаг -нитных волн мембраной 5 на две полости 6 и 7. Кроме того, в составустройства входят гидравлическийпривод 8, связанный с полостью бЗаказ 4365/37 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 генератор 9 низкой частоты, синхронный детектор 10, регистрирующее устройство 11.Предлагаеьий способ осуществляется следующим образом.Электромагнитная волна от источ ника 1 проходит через систему линз 2, кювету 3 и попадает в приемник 4. Зазор, между окнами кюветы равен обратной величине затухания воды в рабочем диапазоне длин волн, т.е. л 0,1-0,15 мм. Рабочий диаметр окна 4 мм, рабочая часть кюветы помещена в фокус сходящегося пучка. Б полость 7.кюветы заливается исследуемая жидкость, а в полость 6 вэта лонная(чистая вода). Гидропривод,8 создает переменное гндростатическое давление с амплитудой0,05 атм.Частота колебаний равна 12,5 Гц и задается генератором 9. Мембрана 7 колеблется от одной стенки кюветы до другой с частотой генератора 9. Электромагнитная волна, прошедшая через кювету 3, оказывается промодулированной по амплитуде, причем амплитуда модуляции пропорциональна разности показателей поглощения жидкостей, находящихся в полостях 6 и 7 кюветы 3, а частота модуляции равна 12,5 Гц. Выходной сигнал с приемника 4, также пропорциональный этой 30 разности, подается на синхронный детектор 10, опорное напряжение для которого поступает с генератора 9, и далее на регистрирующий прибор 11В качестве источника электромагнит ных волн используется линия обратной волны, а в .качестве приемника 4-оптико-акустический приемник типа ОАПМ, имеющий предельную чувствительность 4 16 фВт/Гц.При работе с приемником ОАПМ и источником излучения - лампой обратной волны субмиллиметуового диапазона, имеющей Ро10 Вт, чувстви- тельность определения изменения показателя поглощения среды составляет 10-7.Такая высокая чувствительность позволяет решить принципиальноновую научно-техническую задачу определить спектры поглощения веществ, растворенных в воде, в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах длин волн. Использование предлагаемого способа позволяет решить и другие задачи, например, непрерывный контроль загрязнения воды органическими веществами. Поскольку поглощение воды в субмиллиметровом (или инфракрасном) диапазонах по крайнеймере на порядок выше поглощения органических веществ в этом же диапазоне, то относительная разность показателей поглощения чистой воды и водного раствора какого"либо органического вещества примерно пропорциональна концентрации этого вещества Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить контроль чистоты воды при концентрации загрязнений 10 . Контроль является непрерывным и может быть легко автоматизирован.