close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY12455

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01N 21/31
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ
(21) Номер заявки: a 20080545
(22) 2008.09.08
(43) 2008.12.30
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет (BY)
(72) Авторы: Козлов Владимир Леонидович; Кугейко Михаил Михайлович (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный университет (BY)
BY 12455 C1 2009.10.30
BY (11) 12455
(13) C1
(19)
(56) Лазерный контроль атмосферы. Под ред.
ХИНКЛИ Э.Д. - Москва: Мир, 1979. C. 124-127, 313-316.
BY 6450 С1, 2004.
BY 4655 С1, 2002.
RU 2037808 C1, 1995.
RU 2017139 C1, 1994.
SU 1571478 А1, 1990.
SU 1822946 А1, 1993.
JP 2002005831 A, 2002.
(57)
Способ определения концентрации газов, заключающийся в том, что осуществляют
прохождение через контролируемую среду, содержащую, по меньшей мере, два газа, и
регистрацию зондирующих излучений, одно из которых с длиной волны, находящейся вне
полосы поглощения контролируемых газов, а два других с длинами волн, находящимися в
центре полос поглощения контролируемых газов, определяют концентрации контролируемых газов без учета перекрытия их полос поглощения C x1 и C x 2 из отношения интенсивностей зондирующих излучений вне полосы поглощения и в полосе поглощения,
определяют форму контуров линий поглощения контролируемых газов и определяют
концентрации контролируемых газов с учетом перекрытия их полос поглощения из выражений:
∆K 2
A 2 + C x1A1A 2 ,
C1 = C x1 − C x 2
∆K1
∆K1
A1 + C x 2 A1A 2 ,
C 2 = C x 2 − C x1
∆K 2
где C1 и C 2 - искомые концентрации первого и второго контролируемых газов соответственно;
C x1 и C x 2 - концентрации контролируемых газов, полученные без учета перекрытия
полос поглощения газов;
Фиг. 1
BY 12455 C1 2009.10.30
∆K1 , ∆K 2 - дифференциальные коэффициенты поглощения первого и второго контролируемых газов соответственно;
A1 - коэффициент, определяемый формой контура линии поглощения первого газа и
характеризующий уменьшение коэффициента поглощения первого газа на длине волны
центра полосы поглощения второго газа;
A 2 - коэффициент, определяемый формой контура линии поглощения второго газа и
характеризующий уменьшение коэффициента поглощения второго газа на длине волны
центра полосы поглощения первого газа.
Изобретение относится к области оптического спектрального приборостроения и может быть использовано для измерения концентрации различных газов в технологических
процессах, заводских помещениях, атмосфере.
Известен способ определения концентрации газов и устройство для его осуществления [1], заключающийся в том, что газ просвечивают ИК-лучами от сменных источников
излучения и по отношению амплитуд прошедших сигналов определяют концентрацию
газовых компонент. Недостатком [1] является ограниченная точность измерений, обусловленная не учетом перекрытия спектров поглощения измеряемых газов.
Наиболее близким является способ определения концентрации газа на основе дифференциального поглощения [2], сущность которого состоит в том, что через среду пропускают две или более длины волны оптического зондирующего излучения, причем одна
длина волны излучения находится вне полос поглощения контролируемых газов, а другая
(другие) - в полосе поглощения контролируемого газа (газов). При этом концентрацию поглощающих частиц газов определяют из отношения интенсивностей зарегистрированных
зондирующих сигналов. Недостатком данного способа является ограниченная точность измерений, обусловленная не учетом перекрытия спектров поглощения контролируемых газов.
Задача изобретения - повышение точности измерения концентрации газов, чьи спектры поглощения перекрываются.
Решение поставленной задачи достигается тем, что осуществляют прохождение через
контролируемую среду, содержащую, по меньшей мере, два газа, и регистрацию зондирующих излучений, одно из которых с длиной волны, находящейся вне полосы поглощения контролируемых газов, а два других с длинами волн, находящимися в центре полос
поглощения контролируемых газов, определяют концентрации контролируемых газов без
учета перекрытия их полос поглощения Сх1 и Сх2 из отношения интенсивностей зондирующих излучений вне полосы поглощения и в полосе поглощения, определяют форму
контуров линий поглощения контролируемых газов и определяют концентрации контролируемых газов с учетом перекрытия их полос поглощения из выражений:
∆K 2
∆K1
A 2 + C x1A1A 2 ,
A1 + C x 2 A1A 2 ,
C1 = C x1 − C x 2
C 2 = C x 2 − C x1
∆K1
∆K 2
где С1 и С2 - искомые концентрации первого и второго контролируемых газов соответственно; Сх1 и Сх2 - концентрации контролируемых газов, полученные без учета перекрытия
полос поглощения газов; ∆K1, ∆K2 - дифференциальные коэффициенты поглощения первого и второго контролируемых газов соответственно; А1 - коэффициент, определяемый
формой контура поглощения первого газа и характеризующий уменьшение коэффициента
поглощения первого газа на длине волны центра полосы поглощения второго газа; А2 коэффициент, определяемый формой контура поглощения второго газа и характеризующий уменьшение коэффициента поглощения второго газа на длине волны центра полосы
поглощения первого газа.
Функциональная схема системы, реализующей предложенный способ, представлена
на фиг. 1, а диаграммы, поясняющие его работу, представлены на фиг. 2. Система содержит источник когерентного излучения 1 на длинах волн λ0, λ1, λ2, приемник излучения 2 в
2
BY 12455 C1 2009.10.30
этих участках спектра и информационно-измерительный блок 3, выполненный на базе
микропроцессора.
Принцип действия системы основан на измерении интенсивности излучения, прошедшего контролируемую среду, на длинах волн λ0, λ1, λ2. Выбор длин волн λ0, λ1, λ2 источника когерентного излучения 1 производился из условий поглощения контролируемыми
газами, например, λ0 соответствует длине волны, на которой контролируемые газы не поглощают, а λ1, λ2 соответствуют центрам полос поглощения первого и второго контролируемых газов соответственно.
При прохождении когерентных излучений на длинах волн λ0, λ1, λ2 через среду и при
наличии в ней контролируемых газов будет происходить поглощение излучения этими
газами на соответствующих длинах волн, при этом концентрацию поглощающих частиц
газов определяют из отношения интенсивностей зарегистрированных зондирующих сигналов по формулам [2]:
ln[E(λ 0 ) / E(λ1 )]
ln[E(λ 0 ) / E(λ 2 )]
,
,
C x1 =
Cx2 =
(1)
∆K1L
∆K 2 L
где Е(λ0) - интенсивность излучения на длине волны, на которой контролируемые газы не
поглощают; Е(λ1), Е(λ2) - интенсивности излучения на длинах волн λ1, λ2, соответствующих центрам полос поглощения первого и второго контролируемых газов соответственно
∆K1, ∆K2 - дифференциальные коэффициенты поглощения первого и второго контролируемых газов соответственно; L - длина контролируемой трассы.
Выражения (1) обеспечивают высокую точность измерений в случае, если полосы поглощения контролируемых газов не перекрываются. Если полосы поглощения контролируемых
газов перекрываются, как показано на фиг. 2, то формулы (1) могут давать значительную
погрешность измерений. В этом случае для повышения точности измерений необходимо
определить форму контура линии поглощения соответствующего газа и учесть ее вид при
расчете концентрации газа по интенсивности зондирующего излучения на соответствующей длине волны. Это осуществляется следующим образом. Вначале определяются формы контуров линий поглощения газов по известным формулам [3] в зависимости от
температуры, давления, влажности и т.п. Затем измеряются концентрации поглощающих
частиц контролируемых газов Сх1 и Сх2 на длинах волн λ1, λ2, полученные из отношения
интенсивностей зарегистрированных зондирующих сигналов без учета перекрытия полос
поглощения газов по формулам (1). Как следует из фиг. 2, первый газ будет поглощать на
длине волны центра полосы поглощения второго газа, а второй газ, соответственно, будет
поглощать на длине волны центра полосы поглощения первого газа. Следовательно, концентрации газов 1 и 2 с учетом влияния поглощения газа в центре полосы поглощения
другого газа можно определить по формулам:
∆K 2
∆K1
A 2 , (2)
A1 , (3)
C1 = C x1 − C x 2
C 2 = C x 2 − C x1
∆K1
∆K 2
где С1 и С2 - искомые концентрации первого и второго контролируемых газов соответственно; Cx1 и Сх2 - концентрации контролируемых газов, полученные без учета перекрытия
полос поглощения газов; ∆K1, ∆K2 - дифференциальные коэффициенты поглощения первого и второго контролируемых газов, соответственно; А1 - коэффициент, определяемый
нормированной формой контура поглощения первого газа и характеризующий уменьшение коэффициента поглощения первого газа на длине волны центра полосы поглощения
второго газа; А2 - коэффициент, определяемый нормированной формой контура поглощения второго газа и характеризующий уменьшение коэффициента поглощения второго газа
на длине волны центра полосы поглощения первого газа.
Подставляя из (2) в (3) значение концентрации C1 вместо Cx1 и, соответственно, из (3)
в (2) значение концентрации С2 вместо Сх2, получаем более точные выражения для концентрации газов с учетом формы контуров поглощения:
3
BY 12455 C1 2009.10.30
C1 = C x1 − C x 2
∆K 2
A 2 + C x1A1A 2 ,
∆K1
(4)
C 2 = C x 2 − C x1
∆K1
A1 + C x 2 A1A 2 .
∆K 2
(5)
Очевидно, что нормированные коэффициенты А1, А2 всегда меньше единицы и связаны с дифференциальными коэффициентами поглощения первого и второго газов следующим образом:
∆K12
∆K 21
,
,
A1 =
A2 =
(6)
∆K1
∆K 2
где ∆K1, ∆K2 - дифференциальные коэффициенты поглощения первого и второго контролируемых газов в центре их линий поглощения; ∆K12 - дифференциальный коэффициент
поглощения первого газа на длине волны центра полосы поглощения второго газа; ∆K21 дифференциальный коэффициент поглощения второго газа на длине волны центра полосы
поглощения первого газа.
Форму нормированного контура линии поглощения газов, входящих в состав атмосферы, достаточно точно можно аппроксимировать лоренцовским контуром уширения [3],
который выражается формулой:
ν 2L
Ai =
,
(7)
(ν i − ν )2 + ν 2L
где νL - полуширина лоренцовского контура уширения для данного газа; νi - частота излучения, соответствующая центру полосы поглощения данного газа; ν - частота излучения,
на которой определяется уменьшение коэффициента поглощения газа.
Таким образом, установив форму контуров линий поглощения контролируемых газов
и учитывая ее вид при определении их концентраций из отношения интенсивностей зондирующих сигналов вне полосы поглощения и в полосе поглощения, достигают повышения точности измерения малых концентраций газов, чьи спектры поглощения перекрываются.
Источники информации:
1. Патент РФ 2059225, MПK5 G 01J 3/12, 1996.
2. Лазерный контроль атмосферы / Под ред. Э.Д.Хинкли. Пер. с англ. - М.: Мир, 1979. C. 124-127, 313-316.
3. Зуев В.Е., Зуев В.В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. - СПб.:
Гидрометеоиздат, 1992. - 232 с.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
89 Кб
Теги
by12455, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа