Способ определения концентраций компонентов ионизированного газа в потоке

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ83992 Саве Сееетских Социалистических Ресоублии(22) Заявлено 28. с присоединением (23) Приоритет - (43) Опубликован (45) Дата опубли ки Тосударстееииый комет СССР.03.8 ания о к НИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙАННОГО ГАЗА В ПОТОКЕ ЛЕ РО 2(54) СПОСОБ ОПРЕДКОМПОНЕНТОВ ИОНИЗ Изобретение относится к области газодияамичесних иоследований н может бытьиспользовано, например, для диагностиииплазмы, движущейся за ф 1 ронгам ударнойволны .в ударной трубе,Известен способ определения концент,рации отдельных компонентов многокомпонентной газовой смеси, заключающийся воднсвременной регистрации ингерферениионных картин ори рааных длинах волн монохроматичеокого света н совместном рещении системы уравнений, связывающихвеличины изменения Оптической разностиюда для выбранных длин волн с юиценграцией компонентов газовой смеси 11. Этотспособ применяется для овределевия количественного состава смеси, образующейсяпри истечении еислорода в атмосферу воздуха, Ингерференциовные 1 полосы в исследуемом лоле не имели разрывов н плавноискривлялись при периоде из невоамущенной области атмосферного воздуха в область, возмущенную вытекающей струейкислорода,Это позволяло непрерывно измерять изменение оптической, разности хода ао сечению струи кислорода относительно невозмущенвого атмосферного воздуха,Известный способ обладает недостатком, заключающимся в том, что не позво 15 2 О 25 30 ляет исследовать газовые неоднородности, .имеющие скачии уплотнения, на которых имеет место скачкообразное изменение,разности хода, а таюже такие неоднородности, в которых огсужтвует .невозмущенная область. В этом случае не вредставляется возможным идентифвцировать интерференционные полосы в .возмущеиной и невозмущенной областях исследуемой неоднородности. Типичным вримером газовой неоднородности со окачками уплотнення является плоская ударная волна, распространяющаяся в ударной трубе.Перед фронтом ударной, волны, цредставляющим собой скачок уплотнения, находится невозмущенный е аз, за ним - нонизированный газ, темввратура тсоторого при сильных ударных волнах может достигать 10000 К и более,Наиболее близким ао техиической сущности к даиному изобретению является способ определения концентраций компонентов ионизированного газа в потоке, осуществляемый посредством создания интерференционного поля .в белом н монохроматическом свете и оаределения во смещению интерферевционных волос концентрации компонентов нонизированнопо таза 21.В известном способе наряду с регистрацией:интерфЕренционных картин в;монохроматическом свете при разных длинах волн в момент прохождения исследуемой области потока в интерференционном,поле вроизводится одновременная регистрация интерференционной карвины в белом свете,По ахроматической полосе, наблюдаемой на интерферевщионной карпине в белом свете, осуществляется идентификация полос в возмущенной и невозмущен 1 ной областях газовой неоднородности,По интерференционным каргинам,в монохромапическом свете измеряют изменекие оптической разностями хода по всему исследуемому полю и рассчитывают концентрации компонентов ионизированного газа по измеренному изменению оптической разности хода.К недостаткам известного способа относится следующее. Вопервых, ари исследовании ионизврованнаго газа (налример, га,за за фронтом сильной ударной волны) нз-за наличия значительного количества свободных электронов, обладающих большой дисперсией, происходит изменение лорядка ахроматической полосы на интерференционной картине в белом свете.Вследствие этого, при исследовании сильно иониаированноюо газа ахромапическая полоса в возмущенной области не только смещается относительно своего положения в невоэмущенной области иссле дуемого поля,но,и изменяет свой порядок. Определить, на какую величвну,изменился порядок ахроматической полосы, невозможно, так как при изменении порядка вид ахроматической полосы не изменяется. Это приводит к появлению погрвщнасти (ират,ной целому числу длин волн) определения олтической разности хода и, в копеечном счете, к погрешности, измерения концентраций компонентов (электроноватомов, ионов) потока ионизированного газа.Во.вторых, когда изменение плотностиисследуемого газа велико, ахроматическая ,интерферевцианная полоса может выйти из поля арения. Это требует компенса(щии разности хода перед экспериментомнапример, с помощью стеклянного компенсатора, При переменной ао аолю плопностн газа компенсация по всему исследуемому полю становится невозможной, что для 1 нестациона 1 риых потоков таза также снижает точность измерений, так как,в эпом случае концентрации комлонентов в различных областях исследуемого поля определяются из серни одночнпных зспериментов, параметры потокав которых могут значительно отличаться друг от друга.Целью изобретения является повышение точности измерения конценграций компонентов;ионизирова нного .потока газа,Поставленная цель доствгается тем, что в известном способе определения концентраций компонентов ионизнрованного таза дания интерферевционного поля в беломи монохроматичесиом свете и ощределенияпо смещению интерференщионных полосконцентрации компонентов ионизнрованно 5 го газа формируют из интер(ферен 1 щиовногоаоля в белом свете узкий световой пучок,ограниченный по диаметру до величины, непревышающей расстояния между,максимумами интерференщионных полос, развора 10 чивают выделенный, пучок света. в спектрво времени, ври этом развертку спекпра вовремени осуществляют непрерывно, начиная с момента воявления ионищрованногогаза в,интерфереяционном поле, а регист 5 ращию интерференцион,ного поля в монохроматичесхом свете - в,момент щрохож.дения исследуемой области потока.По ннтерферограммам, в белом светевычисляют приращения оптической разнос 20 ви хода для длин воли .монохроматических,источников света в момент времени, соответствующий,моменту их срабатывания, вточке поля, через которую праходит узкийпучок белого света.25 Точку поля, для коброй региспри 1 руется интерферен 1 щионная картииа в координатах время - длина волны света, выбирают так, чтобы в момент срабатыванияисточников монохроматического света чеЗ 0 рез эту точку уже .прошла ударная волна.На фиг. 1 показана схема, с помощьюкоброй был реализован предложенныйспособ; на фиг. 2 - схематический,внд интерференционной картины в координатах35 время - длина волны света,Схема (фиг, 1) содержит источник белого света 1, конденсатор 2, коллиматор 3;источники,монохроматического света (лазеры) 4 и 5 с неперекрывающимися длинами40 воли излучения света, полупрозрачное зеркало 6, систему расширения лазерного пучка 7 интерферометр 8 типа Маха-Цендера,состояший из двух зеркал 9, 1 О и двух светоделителей 11, 12, рабочую камеру 13, с45 исследуемым потоком ионианрованного газа, помещенную в одну из ветвей интерферометра 8, приемную часть 14,интерферометра 8 для регисграции интерференционных картин в монохроматическом свете, со 50 стоящую из оветоделителя 15, интерференционных светофильгров 16, 17, объекпива18, формирующего изобракения интврференционных картин в плоскостях 19, 20, атакже приемную часть 21 для регистращни55 интерференционных картин,в координатахвремя - длина волны света, состоящую изобъектива 22, точечной диафрагмы 23,спектрографа 24 и фоторепистратора 25.Способ осущесгвляется следующим об 60 разом,Коллимированные световые пучки от источника белого света 1 и,источн)иков монохроматического света 4, 5 наиравляют винтерферометр 8. Источники света 1, 4, 5визы 1 руют с,исследуемым процессом так, чтобы источвики монохроматичвского света 4, 5 (лазеры) орабатьгвали одновременно в момент времени прохождения в поле зрения интврферометра исследуемой области газового потока за фропгвом ударной волны (например, при исследовании цр 1 ощессов в ударной трубе); а источвнк белого света 1 срабатывал до прихода возмущения (ударыой волны) в поле зрения интврферомет,ра.,Пры этом обеспечивается величина,длительности свечения источника белого света не меньше интервала щремены между началом срабатывания источыыка света 1 и моментом вспышки лазеров 4 и 5.Интерфервнцнонные картины в моно- хроматическом свете регистрируют с аомощью приемной часпи 14. Для выделения онтерференщионыых. юартин на, каждой используемой длине волны монохромапического света используют светоделитель 15 ы сврещенные светофильтры 16, 17, Количество источников монохрома пичвского авета выбирают (равнымчислу компонентов ионизврованного,газа,Иытерференщионную ,карпину в коорди.натах время - длина волчины света,регистрвруют в приемной части 21, При этом для вырезания узкого, пучка .из лучей, образую 1 щих интерфервицыовную картину в белом свете, используют точечную диафрагму 23, для разложения этого пучка в спект 1 р - апектрограф 24,для,разворачивания спектра во времени - фоторепистратор 25. Источниии света,и фоторегистратор оинлронизируются с ароцеосом в ударной трубе с помощью датчиков давления, установленных в ударной прубе.По интерференционной картине в координатах в,ремя длина волны света (см. фиг. 2) определяют значвния оптической .разности хода .в точке поля, сопряиенной с диаф,рагмой 23.Расчет ведут для сечения интврферограммы, соопветствующвго моменту времени срабатывания монохромапвческих источников света.Времяна фиг, 2 соответствует мо,менту прохождения ударной волны мимо диафрагмы 23. Сечение 1= 1, проводится во двум точкам А и Б на,интерферограмме, которые образуются в результате срабатьпвания монохромапических источииков света с длинами волн Х 1 и Х,Пасле определенная изменения разности хода в одной точке .поля (по интерферограмме время - длина волны света) производится расчет изменения,разноспи ходапо всему птолю, но уже из иытврферог 1 раммы;в монохрома пическом свете,5 По .найденной таким образом разностихода рассчитывается конценпра 1 щия компонентов ионизированвого газа во всем,исследуемом,поле.Способ позволяет с большой точностью1 О определять ковценпрацви компонентов ыюнизироваяного газа цри наличии скачковуплотнения, .ыа которых оптическая разность хода претерпевает разрыв, Повышение точности измерения обусловлено тем,15 что, во-первых, оппадает необходимость,работы с ахроматической ннтерферационной,полосой, и, во-вторых, информация об из,менении концентрации юмпонентов извлекается из одного эксперимента.20Формула изобретенияСпособ определения ковцвнтраиий комнонентов ионизирован 1 ного газа в потоке, 25 осущеспвляемый посредством создавия интерфервнционного поля в белом ы ыонохромапичвском свете и определения по смещению интерференциоиных полос концентрации компонентов ионвзыровавного газа, о тзо личающыйся тем, что, с,целью павышения точности определения . концентращии, формируют из интерфвреиционного поля в белом свете узкий световой пучок, огграниченный по диаметру до величины, не 35 превьщгающей расстояния между максимумами интюрферекщионных полос, разворачивают выделенный пучок света в спектр во времени, пры этом развертку спектра во времеви осуществляют непрерывно, начи 4 ц ная с момента появления ионизировагГногогаза в интерфвревцнонном поле, а регистрацию,интерференщионного поля в моно- хроматическом свете - в момент прохождения исследуемой абласпи истока.45Источники,информации, вринятые вовнимание при экспвртизе 11. 01 зеп Н. ТЫгд Ьутроз 1 цгп оп СогпЬаз 6 оп Р 1 агпе апд Емр 1 ояоп РЬепогпепа, Ва 1- 11 гпоге, 1949, Р, 663 - 667.2, Долгов-Савельев Г. Г. и др. 0 при,менении,интерфврамепра Майкельсона с большими,полямы и 1 нтерферевщии в .исследованиях по физике плазмы. Диагнасти ка плазмы. Сборник статей вып. 2, М.,Атомкздат 1968, с. 3 - 13 (аротопип).8 И 992 Составитель М, ДедловскяйТехред И. Пенчко Корректор И. Осиновская Коляд дакт нд. Харьк фил. нред. Пате аказ 253/161 Изд.8ПО .Поиск Государственного комитета ССС3035, Москва, Ж, Раущ Тираж 883 Подииспоепо делам изобретений и открытийкая наб., д, 4/5