Люминесцентный способ определения давления газа

,ЯО 136492 00 ННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО ановаГ.Н. Ля тельство 9/00, 19 анин 9 3 ОСОБ ОПРЕДЕЛЕсполь ованоспреде- лируе- измеремо тура.Цель азона акже дляа, обрати ат(54) ЛОМИНЕСЦЕНТНЫЙ СНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА(57) Изобретение м.б.для оперативного измеления давления газа нмую поверхность, а тний концентрации гаэшащего люминесценциюизобретения - расшире измерения давления. В качестве индикатора вводят иэ раствора в адсорбирующий слой многоатомные молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденного электронного состояния. Ступенчатое возбуждение индикатора воздействием антистоксовым облучением с плотностью потока 10 -10 фотонк24см с исключает возможность возникновения паразитного рассеянного света. 0 давлении газа судят по отношению интенсивностей люминесценции молекул индикатора, измеренных на оптическом переходе из высокого возбужденного состояния в основное до и после воздействия тушащего газа, Время пребывания молекул индикатора в высоком возбужденном состоянииЮ -составляет 1 О -1 О с. 1 ил.1364928 45 Изобретение относится к областиизмерения давления газа с помощьюоптических средств, в частности клюминесцецтным способам определениябыстроменяющегося давления газа, тушащего люмицесценцию индикатора, например к определению парциальногодавления кислорода в смеси газов, ипредназначено для оперативного измерения распределения давления газа наконтролируемую поверхность объекта(модели летательных аппаратов, лопатки турбин и т.п.),а также дляизмерения концентрации газа (тушите;ля люминесценции), обратимо тушащеголюминесценцию индикатора,Целью изобретения является расширение диапазона измерения.На чертеже представлена схема 20энергетических ураццений молекулы индикатора, люмицесцирующей из высокого возбужденного электронного состояния.Стрелки 1 и 2 показывают ступенчатое поглощение молекулой индикатора двух фотонов возбуждающего излучения . В результате этого молекулаиндикатора из основного состоянияБ, переходит в высокое возбужденное 30электронное состояние Б время пребывания молекулы в котором меньше,чем в возбужденном электронном состоянии Я, Оптический переход 3 молекулы из возбужденного состоянияЯ в основное состояние представляетсобой люминесцеццию, по интенсивности которой определяется давление впредложенном способе. Согласно известному способу измерение давления 40осуществляется по люминесценциивозникаощей в результате оптическогоперехода Б, - Б, 4 из возбужденногосостояния с большим временем длительности, чем в состоянии Б .Расширение верхней границы измеряемого давления газа на поверхностьс адсорбировацным индикатором достигается измерением интенсивности люминесценции при практически отсутствующем фоновом свечении, что возможно при антистоксовом возбуждениилюминесценции, так как рассеянныйсвет возбуждающего люминесценциюпотока спектрально це перекрываетсяс полосой люминесценции, по которойосуществляется измерение давлениягаза на поверхность с адсорбированным индикатором. Поскольку время жизни молекул индикатора в высокомвозбужденном состоянии на 1-2 порядка меньше времени нахождения возбужденных молекул в первом возбужденномсинглетном состоянии, по люминесценции из которого в известном способеосуществлялось измерение давления,то для тушения люминесценции в предложенном способе необходимы значительно большие давления тушителя люминесценции.Существенное отличие предложенного способа от известного эаключается в том, что в качестве индикатора иэ раствора в адсорбирующий слой вводят молекулы, люмицесцирующие из высокого возбужденного состояния.Для исключения возникающего в известном способе паразитного рассеянного света, ограничивающего верхний предел измеряемого давления, применяют ступенчатое возбуждение индикатора под воздействием антистоксового облучения. Измерение давления осуществляют по интенсивности люминесценции молекул индикатора из высокого возбужденного состояния с временем пребывания молекул индикатора в этом.юсостоянии 10 -1 О с, возникающей при оптическом переходе из этого состояния в основное.П р и м е р. В образованный на испытуемой поверхности слой адсорбента из раствора с заданной концентрацией индикатора, в качестве которого используют молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденного электронного состояния, проводят импригнирование сорбента. Возбуждение люминесценции молекул индикатора, сорбированных поверхностью, осуществляют антистоксовым облучением с плотностью потока не менее 10 фо 24 тон см с . При этом ступенчатое2поглощение молекулой индикатора двух квантов возбуждающего излучения переводит молекулу в высокое возбужденное электронное состояние. Измерение интенсивности люминесценции молекул индикатора, адсорбированных поверхностным слоем проводят на оптическом переходе иэ высокого возбужденного состояния в основное до и после воздействия тушащего люминесценцию газа, Люминесцирующий из высокого возбужденного состояния хлорофилл имеет время жизни в этом состоянии, равное 140 пс. По отноше136492нию измеренных интенсивностей люминесценции судят о давлении газа на поверхность с адсорбированным индикатором. Измеренное отношение интен5 сивностей люминесценции пропорционально величине давления газа, Поскольку время пребывания молекулы в высоком возбужденном состоянии меньше, чем в первом возбужденном электронном состоянии, то для тушения люминесценции, возникающей из высокого возбужденного состояния, необходимо высокое давление тушащего люминесценцию газа. Это позволяет 15 расширить верхнюю границу измеряемого давления газа на поверхность с адсорбированныминдикатором на 1-2 порядка относительно известного способа. 20В зависимости от энергетического положения высокого возбужденного электронного уровня молекулы индикатора, по оптическому переходу из которого осуществляется измерение ин тенсивности люминесценции в предложенном способе, выбирают источник оптического излучения, например импульсный неодимовый или рубиновый и другие лазеры, исходя иэ условия 30 ЬЧ, +ЬЧ Р оЕ, где ЬЧ, и 11 Ч 1энергии квантов возбуждающего излучения, д Е - разность энергий между основным и высоким возбужденным электронными состояниями люминесцирующей молекулы индикатора, Для применения в качестве люминесцирующего индикатора метилхлорофиллида или фталоцианина хлорида алюминия с энергетическуии уровнями 22300 и 27000 см40 соответственнои для возбуждения их в указанные состояния достаточно удвоенной энергии квантов, излучаемых рубиновым лазером. 8 4Для реализации способа в качестве люминесцирующих индикаторов можно использовать имеющие оптическиепереходы из короткоживущих высоких возбужденных состояний многоатомные молекулы, например порфирины, фталоцианины, полиметиновые красители, ароматические углевородороды, родамин 6 Ж и другие.1При этом достигаемое расширение верхней границы измеряемых давлений на 1-2 порядка превосходит верхнюю границу измеряемых давлений в известном способе, составляя несколько десятков атмосфер.формула изобретенияЛюминесцентный способ определения давления газа, включающий возбуждение оптическим облучением люминесцентного индикатора, измерение интенсивности его люминесценции до и после воздействия тушашего газа, определение отношения измеренных интенсивностей люминесценции, по которому судят о давлении газа, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в качестве индикатора используют вещество, содержащее многоатомные молекулы, люминесцирующие из высокого возбужденногоэлектронного состояния, в качестве оптического облучения используют антистоксовое облучение с плотностью24 2 Р .2 -4 потока 10 -10 фотон см с , а измерение интенсивности люминесценции проводят на оптическом переходе из высокого возбужденного электронного состояния, имеющего время жизни 10 -10 с.1364928 си-Составитель А. Соколовский Редактор В. Данко Техред М,Ходанич Корректор В, Бутяга Заказ 6587/34 Тираж 847 Подписное ВНИИПИ Гасударственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, ЖРаушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4