Корреляционный спектрометр

НИ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СС ОПИСАНК ПАТЕНТУ Р)ИЗО(71) Главная геофизическая обсерватория(57) Корреляционный спектрометр, включающийоптически сопряженные зеркало, обтюратор,.снабженный мотором и первым датчиком фазц кюветцзаполненные исследуемым газом, диафрагму калибровочные кюветц приемник излучения, соеди-ненный через усилитель с блоком автоматическойрегулировки усиления и фазовой дивриминатор,соединенный с выходным каскадом, отличающийсятем; что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит диск по крайней мере с тремя инфракрасными фильтрами;снабженный вторым датчиком фазы, редуктор, блок ключей, блок синхронизации, запоминающие устройства, вычитающие упройства, ключ, блок расчета причем второй датчик фазы соединен с первым входомблока синхронизации, выходы которогосоединены с входами блока автоматической регулировки усиления; фазового дискриминатора, ключа блока ключей и блока расчета, первый выход блока, автоматической регулировки усиления. соединен с входом блока расчета, а второй - с блоком ключей, первый выход котао соединен с фазовым дискриминатором, аостальные выходы - с входами запоминающих устройств, выходы каждой пары запо, минающих устройств соединены с входами соответствующих вычвтающих устройств, выходы которых соединены с входами блока расчета, причем мотор одновременно связан с диском с ИК-фильтрами и с обтюратором через редуктор, первый датчик фазы соединен с вторым входом блока синхронизации, а выход выходного каскэда соединен с входом блока расчетаУтрайство Относится к области контроля загрязнения атмосферы, в частности, к приборам для измерения общего содержания газов и может быть использовано для дистанционного измерения Общего содержания газов в атмосфере, преимущественно в Факелах промышленных предприятий,Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей спектр ометра.На чертеже изображена функциональная схема устройства,Устройство включает зеркало 1, которое отражает излучение в направлении приемника излучения 2, обтюратор 3, приводимый во вращение мотором 4 через редуктор 5 и пропускающий отраженное зеркалом излучение попеременно через кюветы 6, 8 и 7, 9, заполняемые исследуемым тазом, за которыми находится диск 10 с ИК-фильтрами, приводимый во вращение мотором 4 так, что излучение, проходящее попеременно через каждый из его фильтров и ограниченное диафрагмой 11, попадает иа приемник излучеиия" 2, калибровочные кюветы 12, и электронные блоки, вквочающие усилитель 13, Фазовый дискриминатор 14, блОк синхронизации 15, блок автоматической регулировки усиления 16, выходной каскад 17, первый датчик фазы 18, второй датчик фазы 19, блок кл;очей 20 ключ 21, запоминающие устройства 22-27, ьычитающие 1 стройства 28-30, блок Расчеа 31 и Фльтры 32 - 34.Устройство работает следуощлм ОбразомИК-излучение, отклоняемое зеркалом 1 или без него), через обтюратор 3 поступает на систему из четырех кювет 6-9,В Одной паре юовет, например 8 и 6, кювет.: заполнены одинаковым количествам газа, а другой паре одна кювета, напрймер 7, пустая, а вторая 9) заполнена и рлблизительио дьойным количеством газа, Заполнение может быть и другим.Далее через один из Фильтров диска с фильтрами и диафрагму 11 излучение попадает на приемник излучения 2. Диск 10 с фильтрами имеет три Фильтра, вставленные по окружности диска. Один из фильтров. например 32, имеет полосу пропускания, совпадающую с полосой измеряемого газа.Второй и ретий 33, 34) фильтры подобраны таким образом, чтобы совместно с фильтром 32 образовать набор для измерения энергий излучения е 1. е 2 и сз с последующим вычислением температуры Факела в блоке расчета 31,Скорость вращения обтюратора 3 должна быть такой, чтобы в течение прохождения одного из фильтров диска с фильтрами за кюветами 6-9 обтюратор 3 успевал сделатьколичество оборотов достаточное для работы запоминающих устройств 22, 24, 26, Дляэтого он приводится во вращение мотором5 4 через редуктор 5Электрический сигнал с выхода приемника излучения 2 усиливается в усилителе13; Блок 16 поддерживает сигнал на выходеусилителя 13 постоянным во время прохож 10 дения фильтра 32 за кюветами 6-9, когдаобтюратор 3 открывает только одну парукювет, например 6, 8, Все остальное времяблок 16 поддерживает коэффициент усиления усилителя 13 неизменным, Сигнал с вы 15 хода блока 16 характеризует величинуинтенсивности 1 Я и поэтому поступает в-. блок расчета 31, на вход регулирования усиления усилителя 13. Далее сигнал с выходаблока ключей 20 распределяется следующим образом. С выхода блока ключей 20 нафазовый дискриминатор 14 и ключ 21 сигналпоступает во время прохождения фильтра32 перед кюветами 6-9 как от кювет 7, 9, таки от кювет 6, 8,25 На выходе Фазового дискриминатораобразуется сигнал. пропорциональный разности сигналов от кювет 7, 9 и 6, 8, т.е.пропорциональный количеству газа в факеле, С выхода выходного каскада 17 снимает 30 ся . сигнал, равный постояннойсоставляющей сигнала на выходе блока 14.Ключ 21 пропускает сигнал только от кювет6, 8. С выходов 3, 5 блока ключей 20 снимается сигнал при прохождении за измери 35 тельными кюветами фильтров 33 и 34соответственно, когда обтюратор 3 открывает кюветы 6 и 8. ТО есть на входы запоминиощих устройств 22, 24, 26 поступаютпачки импульсов при прохождении излуче 40 ния через фильтры 32, ЗЗ, 34, через кюветы6 и 8.Благодаря действию блока 16 на входеФазового дискриминатора появляется нормированный сигнал, пропорциональный ко 45 личеству измеряемого газа в факеле, Навходах запоминающих устройств 22, 24, 26появляются сигналы, используемые для вычисления температуры факела, Оии такженормированы, но все же для вычисления50 температуры факела используется три, а иедва спектральных интервала. Это связано стем, что в отличие от металлургии температура факела может быть сравнимой с температурой внутри корпуса спектрометра и55 изменения температуры внутри корпусаприбора вносят значительньй вклад в сигнал,На входы запоминающих ус 1 ройств 23,25. 27 поступают сигналы, прои 1 рциональные излучению самого ли ь. ) -ильтрл1235321 51015 20 25 30 35 40 45 50 55 ми, когда приемник излучения направлен на районы диска 10, находящиеся между фильтрами 32, 33, 34. Таким образом, на выходах вычитающих устройств 28-30 образуется сигнал, пропорциональный энергиям излучения, проходящим через Фильтры 32, 33, 34 от факела и не зависящий от температуры внутри корпуса и рибора.Перед проведением измерений в поле зрения приемника излучения попеременно вводятся калибровочные кюветы 12 для получения калибровочной линии, Обычно применяются две кюветы.Блок 16, блок ключей 20, ключ 21, Фазовый дискриминатор 14 и блок расчета 31 управляются блоком синхронизации 15, который, в свою Очередь, управляется сигналами с первого 18 и второго 19 датчиков фазы. Блок синхронизации 15 представляет собой устройство, выполненное на логических микросхемах. Первый датчик фазы 18 представляет собой одну пару фотодиодсветодиод, а второй датчик фазы 19 - две пары фотодиод-свегодиод.Блок расчета 31 выполняется на базе" микроЭВМ, обладающей достаточным быстродействием или на базе быстродействующего микропроцессорного комплекта. Использование такого блока расчета позволяет внести в него данные о влажности воздуха, расстоянии между факелом и прибором и таким образом учесть влияние поглощения сигнала атмосферой.Кроме того, использование блока расчета позволяет рассчитывать выброс измеряемого газа, параметры диффузии и т.д. Формула изобретения КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ СПЕКТРОМЕТР, включающий оптически сопряженные зеркало, обтюратор, снабженный мотором и первым датчиком фазы, кюветы, заполненные исследуемым газом, диафрагму, калибровочные кюветы, приемник излучения, соединенный через усилитель с блоком автоматической регулировки усиления, и фазовый дискриминатор, соединенный с выходным каскадом, Отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он дополнительно содержит диск по крайней мере с тремя инфракрасными фильтрами, снабженный вторым датчиком фазы, редуктор, блок ключей, блок синхронизации, запоминающие устройства. вычитакищие устройства, ключ, блок расчета. прич.м впрОи датчик фазы СОЕДИНР.Н Г ПфП;1 Р ОДОМ )ЛОКЗ СИНХРО Работа корреляционного сггектрометра не зависит от высоты Солнца и может проводиться круглосуточно, Это следует из того факта, что работа спектрометра проводится в инфракрасной области излучения, а в этой области все тела излучают определенное количество энергии и в том числе атмосфера и факел.Наличие сплошной, даже низкой облачности не является препятствием для проведения измерений, Это положение подтверждается тем же фактом. работы спектрометра в инфракрасной области, так как облака тоже излучают энергию и энергии рассеянной солнечной радиации в отличие от прототипа не требуется Корреляционный спектрометр учитывает собственное излучение Факела, что существенно повышает точность измерения, При достаточно высокой температуре факела посрацнению с фоном измерения проводятсясогласно эмиссионнол 1 у методу.(56) НеасовЬ 6.5. апГ а 11, Т 11 еогу, арр 1 СаОПЗ, апГ БЕЗО 1 З О ЙЕ 1 ОПд- ОЕ Согге ат 1 оп Яресь оветег - 1 Е Е Е Тгапзас 11 опз Оп деозс 1 епсе еестгопсз, 1970, ЧО 1,де, 1 ч. 3, р.149-157,Николаев А.1-1 Пегоев А.НФетисова Е.И., Фридман Ш,Д. Дистанционные иэлерения содержания сернистого газа в выбросах труб тепловых электростанций с помощью радиометра корреляционного типа, Вопросы контроля загрязнения природной среды, ЛГидрометеоиздат, 1981, с, 67,низации, выходы которого соединены. с входами блока автоматической регулировки усиления, фазового дискриминатора, ключа блока ключей и блока расчета, первый выход блока автоматической регулировки усиления соединен с входом блока расчета, а второй - с блоком ключей, первый выход которого соединен с фазовым дискриминатором, а остальные выходы - с входами запоминающих устройств, выходы каждой пэры запоминающих устройств соединены с входами соответствующих ы 1 цитающих устройств,выходы которых соединены с входами блока расчета, причем мотор одновременно связан с диском с ИК-фильтрами ис обтюратором чере., оедуктор, первый датчик фазы соединен вторым входом блока синхронизации, а выход выходного каскада соединен с входом блока расчета.