Способ измерения концентрации частиц в газе и устройство для его осуществления

(19) (11) 339 СПУБЛИ 15/02 И Т ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт физики АН ЛитССР(56) Дрейден Г.В. и др, 2-частотная лазернаяинтерферометрия. - Письма в ЖТФ, 1975, т,1, с. 106,Голубев А.В.; Вокар А.К., Тищенко Э.АСубмиллиметровый кваэиоптический гомодинный интерферометр для исследованйя плазмы с низкой электроннойплотностью. - ПТЭ, 1984, М 6, с. 147.Зайдель А.НОстровская Г.В, Лазерные методы исследования плазмы. - ЛНаука, 1977, с. 59-63.Пятницкий Л.Н. Трехчастотный лазерный интерферометр. - ПТЭ; 1983, ЬВ 5, с,181,Хилд МУортон С. Микроволновая диагностика плазмы. - М.: Атомиздат, 1968, с.194-201,Изобретение относится к способам и устройствам фотоэлектрического измерения концентрации частиц по фазовому сдвигу электромагнитной волны и может быть использовано для определения в электрических разрядах, лазерных искрах и факелах, других средах концентрации частиц, имеющих резонансное поглощение, либо электронов в плазме. а также для измерения изменения показателя преломления про 4зрачных сред.Известен способ измерения концентрации атомных частиц в факеле, заключаю 1 цийся в просвечивании факела лазерным импульсом с двумя длинами волн и в измерении вызванного факелом сдвига фаз по(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ В ГАЗЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Сущность изобретения: измерение концентрации частиц в газе с использованием четырехчастотного импульсного пучка зондирующего электромагнитного излучения, продолжительность которого не превышает характерного времени изменения концентрации, 2 с.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил. средством интерференции прошедшего факел импульса с опорным. Поперечное сечение импульса излучения превышает размеры факела: получается двухмерное поле интерференции, которое разделяется по длинам волн и регистрируется светочувствительным материалом, Сдвиг фаз, вызванный факелом, отсчитывается относительно той площади поля интерференции, которая не покрывается факелом.Наиболее близким к предлагаемому яв-, ляется способ измерения изменяющихся во времени концентраций электронов, включающий разделение непрерывной электромагнитной волны. созданной радиотехническими средствами, на измери20 25 30 40 45 тельную и опорную, пропускание измерительной волны сквозь исследуемый газ, сведение и интерференцию измерительной иопорной волн, непрерывную фотоэлектрическую регистрацию изменяющегося вовремени сигнала интерференции, определение по сигналам интерференции вызванного частицами сдвига фазы и определениепо сдвигу фазы концентрации частиц.Наиболее близкой к предлагаемому потехнической сущности субмиллиметровоеСММ) квазиоптическое устройство, содержащее лампу обратной волны СММ-диапазона в качестве источника излучения сдлинами волн 0,3-0,6 мм, источник оптически связан с двумя интерферометрами: измерительным и опорным, причем визмерительном плече измерительного интерферометра установлена емкость дляплазмы, выход измерительного интерферометра оптически связан с приемником излучения, подключенным к входу системыобработки сигнала, которая электрическисвязана с компенсатором порожнего сдвигафаз, компенсатор установлен в опорномплече измерительного интерферометра, выход опорного интерферометра оптическисвязан с вторым приемником излучения,подключенным к второй системе обработкисигнала, выход которой электрически связан обратной связью с лампой обратнойволны. Приемником ССМ-излучения служиткристалл п-пЯЬ, охлажденный до температуры 4,2 К. Устройство имеет временноеразрешение 2 мкс. Измеряется конуентуация электронов в пределах 10 -10 смНедостаток известного способа обусловлен регистрацией числа колебаний сигнала интерференции, При этом возможныбольшие ошибки в определении концентрации частиц,В устройстве применяются детекторыи-пЯЬ, работающие при температуре жидкого гелия. Необходимость глубокого охлаждения, а также непригодностьустройства для измерений концентрациичастиц, имеющих резонансное поглощение,так как частота СММ-волны модулируется,являются недостатками известного устройства.Целью изобретения - повышение точности измерений за счет исключения нелинейности показателя преломления газа.Предлагаемый способ пригоден для измерения стационарных концентраций частиц, Увеличение количества частотзондирования позволяет исключить нелинейность показателей преломления и увеличить точность измерения концентрацийчастиц, Устройство имеет большую верхнюю границу набегов фазы Ф (возможны большие числа п), а вместе с тем и большую верхнюю границу измеряемых концентраций, Преимуществом устройства является его широкодиапазонность.Поставленная цель достигается тем, что согласно известному способу измерения концентрации частиц в газе, включающему формирование пучка многочастотного электромагнитного зондирующего Излучения, разделение пучка на измерительный и опорный, пропускание измерительного пучка сквозь исследуемую среду, установление начального фазового сдвига опорного пучка при отсутствии частиц в газе, сведение измерительного и опорного пучков, фотоэлектрическую регистрацию сигнала интерференции обоих пучков на частотах зондирования, определение сдвигов фаз,соответствующих частотам зондирования,определение концентрации частиц, применяют четырехчастотный импульсный пучок зондирующего излучения с продолжительностью, не превышающей характерного времени изменения концентрации, начальный фазовый сдвиг опорного пучка устанавливают равным нулю для всех частот зондирования, проводят разделение по частотам сведенных пучков, ответвляют опорный либо исходный и измерительный пучки, причем в измерительном канале ответвление производят после прохождения исследуемого газа, разделяют по частотам ответвленный пучки, затем на каждой часто 35 те регистрируют сигналы интерференции О,сигналы опорного либо исходного Оо и измерительного Ои каналов, определяют коэффициенты выравнивания сигналов Ко и Ки; рассчитывают сдвиг фаз Ф, причемфФ=( +р+2 дп,если и =0если п О где (Р = агссоэГ 2 (О - КоОо КиО(;)/1 / и - целое число, величина которого и знак величины р, определяются из соотношений: Ф/ф =Л/Л для электронов(ФЛ- - Ф - Л )/(Ф Л, - Ф Л )=(Л - ф/(4 - 4) для электронов, если изменение концентрации сопровождается изменением показателяпреломления газа;Ф/Ф = (Л -1 о )(Л - Ло)4.55 + (дм г/й-л,) (ь-. г+ (д,(/1 )фдля частиц, имеющих резонанс в спектре поглощения, где ,), К, - индексы частотных компонент; Ло - длина волны резонанса; ЛЛ - ширина резонанса,1733973 Составитель В.Швяд Техред М,Моргентал Редакто гар оррект л омбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 38 но-издатель аказ 1664 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5