Устройство для измерения времени релаксации в газообразных средах

(51)5 6 01 Й 216 ЕНИ ЛЬСТВУ МУ СВ К АВТО осферы СО АН омарев.И. Интерпретамерений временмолекулы СО, 75, т. 39, М 1, с. еделение времеельной релаксасти чувствительения. - Оптика и М 1. с. 53-55, Я ИЗМЕРЕНИЯ В ГАЗООБРАЗ- последователь(ь О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ(71) Институт оптики атмСССР(56) Гуляева Т.М., Домина Пция оптико-акустических изколебательной релаксацииОптика и спектроскопия, 19198-200,Антипов А.Б. и др. Опрни колебательно-поступатции в газах по зависимоности спектрофона от давлспектроскопия, 1980, т, 49,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛВРЕМЕНИ РЕЛАКСАЦИИНЫХ СРЕДАХ, содержащее Изобретение относится к молекулярной физике и спектроскопии и может быть использовано для определения скоростей и констант колебательно-поступательного и электронно-поступательного обмена энергией в газообразных средах.Известны оптико-акустические устройства для измерения времени колебательно- вращательной релаксации (тчт) в газообразной среде. Имеется устройство для измерения тЧт по фазовому сдвигу между световым сигналом и акустической волной в замкнутом обьеме. Устройство включает источник оптического излучения, систему регистрации импульса света, оптико-акустический приемник (ОАП), систему измерения смещения фаз сигналов источнино расположенные источник оптического излучения; оптико-акустический приемник, вакуумную систему для приготовления, регулирования и измерения давления газа, о тл и ч а ю щ е е с.я тем; что, с целью увеличения точности измерений и расширения диапазона измерений, устройство дополнительно содержит второй оптико-акустический приемник с радиусом ячейки. отличающимся от радиуса ячейки первого оптико-акустического приемника в 3 - 5 раз, и измеритель отношения сигналов двух приемников, второй оптико-акустический приемник установлен по ходу луча последовательно за первым оптико-акустическим приемником и связан с ним газопроводом, присоединенным к вакуумной системе, причем оба оптико-акустических приемника связаны с измерителем. отношения. кэ и ОАП, систему регулирования и измерения параметров исследуемой среды,Недостаток устройства - сравнительно большая инерционность ОАП, не позволяющая измерять Гчт 1 мс.Ближайшим техническим решением является устройство для измерения времени релаксации в газообразных средах, содержащее последовательно расположенные источник оптического излучения, оптико- акустический приемник, вакуумную систему для приготовления, регулирования и измерения давления газа.Недостатки устройства связаны вопервых, с использованием многоходовой вакуумной кюветы, так кэк это не позволяет измерять коэффициенты поглощения сла;5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бых линий и, тем самым, гл для слабых линий: во-вторых, с проведением измерений при разных давлениях, в результате чего точность снижается из-за изменения механических свойств мембраны оптико- акустического приемника,Цель изобретения - увеличение точности измерений и расширения диапазона измерений.Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения времени релаксации в газообразных средах, содержащее последовательно расположенные источник оптического излучения, оптико-акустический приемник, вакуумную систему для приготовления, регулирования и измерения давления газа, дополнительно содержит второй оптико-акустический приемник с радиусом ячейки, отличающимся от радиуса ячейки первого оптико-акустического приемника в 3 - 5 раз, и измеритель отношения сигнаЛов двух приемников, второй оптикоакустический приемник установлен по ходу луча последовательно за первым оптико- акустическим приемником и связан с ним газопроводом, присоединенным к вакуумной системе, причем оба оптико-акустических приемника связаны с измерителем отношения.Схема устройства представлена на чертеже, Устройство имеет источник оптического излучения 1, на его оптической оси установлены оптико-акустические приемника 2 и 3, имеющие различные радиусы ячеек. Вакуумная система 4 соединена с ячейками оптико-акустических приемников общим газопроводом так, что давление и состав газа в них одинаковы, Измеритель отношения 5 электрических сигналов присоединен к микрофонам ОАПов,После включения источника оптического излучения 1 излучение проходит последовательно через ОАПы, вызывая в их ячейках скачок давления, регистрирующийся микрофонами ОАПов, В случае полной трансформации поглощенной энергии в акустическую волну сигналы в обоих ОАПах, приведенные к единице объема ячейки, будут одинаковы, При снижении давления часть энергии эа счет диффузии возбуждения передается стенкам ячеек, ослабляя тем самым акустическую волну. Конкуренция дезактивации за счет диффузии и за счет возбуждения акустической волны различна для ячеек разного радиуса, в результате чего сигналы ОАПов, нормированные на единицу объема, становятся существенно различными. Измеритель отношения 5 сравнивает электрические выходные сигналы ОАПов и выдает их отношение, которое используется при расчете хчт по формулеР 1 Ухчт -24 00 (1 - )О 2где Р - давление, мм рт.ст.;00 - табличный коэффициент диффузии при Р = 1 мм рт.стО 1/02 - отношение электрических сигналов первого и второго ОАПов соответственно;г 1, г 2 - радиусы ячеек ОАПов.Общая вероятность релаксации 1/х (г) может быть записана в виде1 1= - + Р)Х (г) РIТ ХдифЗдесь х (г) - время релаксации излучения, зависящее от радиуса ячейки г ОАП; хдиф (г) - время дезактивации за счет диффузии. Обозначим через х(г 1), х(г 2) время релаксации излучения для ОАП с радиусами Ячеек г 1 и г 2; хдиф (г 1), хдиф (г 2) - вРемЯ дезактивации за счет диффузии для ОАП с радиусами ячеек г 1 и г 2,Максимальная точность при измерениях достигается в условияхГ 4 Т = Хдиф (г 2), ХЧТХдиф (г 1)Поскольку обычная точность оптико-акустических измерений составляет величину "10%, то 10 х/т ( хдиф (г 1), (3) что приводит к необходимости выполнения условия 10 хдиф (г 2) С хдис (г 1)(4)Поскольку хд,ф(г 1) -г 1, то удовлетворительным соотношением радиусов ячеекможно принять следующее:5 г 2Г 1Зг 2 (5)Увеличение соотношения радиусов ячеек более чем в 5 раз ведет к увеличениюакустических шумов. Уменьшение соотношения радиусов до 3 ограничивает динамический диапазон. отодвигая ту границудавлений газа, при которой сигналы ОАПов,нормированные на квадрат радиусов ячеек.будут различаться в г 1 ределах погрешностиэксперимента на величину, выходящую запределы погрешности измерения,Формула (1) выведена при условииг 2 В,где Й - радиус поперечного сечения пучкалучей от источника оптического излучения 1.При В = 1 мм, г 2 = 10 мм, г 1 = 30 ммоптико-акустические приемники вполне работоспособны и могут давать достаточныйсигнал при работе с линиями поглощенияиэл 7 учения с коэффициентами поглощения1126078 СоставительРедактор Е,Гиринская Техред М.Моргентал Корректор М.Ш и Заказ 4062 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти113035, Москва, Ж, Раушскэя наб., 4/5 при ГКНТ. СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 ными кюветами требует нереальных длинпути (10 - 100 км).Поскольку в формуле (1) используетсяотношение электрических сигналов первогои второго ОАП И 1/И 2, то влияние изменения 5упругости мембран исключается, если ониподобраны одинаковыми. Изобретение может быть использовано при измерении характеристик слабых линий поглощения для спектроскопических задач при научных исследованиях, а также в практике контроля загрязнения природной среды с помощью оптических методов.