close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY13807

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2010.12.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
G 01N 21/01
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩЕЙ МАССЫ
ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА В ГАЗОВОЙ СМЕСИ
(21) Номер заявки: a 20090153
(22) 2009.02.05
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт физики
имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Кабашников Виталий Павлович; Метельская Наталья Сергеевна (BY)
BY 13807 C1 2010.12.30
BY (11) 13807
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) БАЛАНДИН С. Ф. // Оптика атмосферы
и океана. - 2005. - Т. 18, № 11. - С. 9991006.
BY 6109 C1, 2004.
BY 6801 C1, 2005.
RU 1396744 C, 1995.
SU 1831675 A3, 1993.
CN 1641357 A, 2005.
(57)
Способ определения поглощающей массы газообразного вещества в газовой смеси, в
котором в заданных спектральных интервалах n раз, где (n-1) - число примесей, заведомо
содержащихся в исследуемой газовой смеси, полосы поглощения которых перекрываются
с полосой поглощения контролируемого вещества, производят балансировку в условиях
заведомого отсутствия контролируемого вещества в первом из двух измерительных каналов путем уравнивания соответствующих сигналов U1 и U2 в них, затем для каждого интервала, соответствующего i-й операции балансировки, где i = 1, 2,…n, n раз производят
операцию калибровки путем пропускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой m 0j j-го компонента исследуемой газовой смеси, где j = 1,
2…n, и первый и второй каналы, и рассчитывают коэффициенты калибровки k ij0 в соответствии с выражением k ij0 =
Uij3 − U ij4
U ij3 + Uij4
, где Uij3 и Uij4 - сигналы в первом и втором каналах
соответственно, затем n раз пропускают излучение через исследуемую газовую смесь и те
же два канала, рассчитывают коэффициенты измерения k1i в соответствии с выражением
Ui5 − U i6
, где Ui5 и Ui6 - сигналы в первом и втором каналах соответственно, и опреi
i
U5 + U6
деляют искомую поглощающую массу m1 путем решения системы уравнений
k1i =
BY 13807 C1 2010.12.30
1n
12
 1 k11
0 m1 + k 0 m 2 + ... + k 0 m n
=
k
 1
m 0n
m 02
m10


2n
22
21
k 2 = k 0 m1 + k 0 m 2 + ... + k 0 m n
1
,
m 0n
m 02
m10


...

k 0nn n
k 0n1 1 k 0n 2 2
n
k1 = 1 m + 2 m + ... + n m

m0
m0
m0
где mj - поглощающая масса j-го компонента газовой смеси, причем спектральные интервалы для каждой i-й операции балансировки, калибровки и измерения выбирают одними и
теми же и отличающимися друг от друга по частоте на величину, достаточную для того,
чтобы каждый из них включал полосу поглощения контролируемого вещества, а интегральные коэффициенты поглощения для них были различными.
Изобретение относится к области недисперсионной корреляционной спектроскопии и
может быть использовано для определения поглощающей массы газообразных веществ в
контроле промышленных выбросов и состояния атмосферного воздуха.
Известны способы определения поглощающей массы газообразных веществ, основанные на измерении разницы в интегральном поглощении в полосе определяемого газообразного вещества при различном его содержании между источником и приемником
излучения [1-4]. Существенным недостатком этих способов является большая погрешность определения поглощающей массы газообразных веществ с неразрешенной или слабо разрешенной тонкой структурой в случае, когда определяемое газообразное вещество
находится в смеси газов, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного вещества, и содержание которых в газовой смеси может
изменяться.
Ближайшим техническим решением к заявляемому (прототип) является способ определения поглощающей массы газообразных веществ [5], включающий балансировку в
условиях заведомого отсутствия исследуемого газа путем пропускания излучения через
оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу
поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, в одном из
которых излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром, содержащим известное количество того же газообразного вещества, что
подлежит определению, и уравнивания сигналов U1 и U2, регистрируемых соответственно
в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением, калибровку путем пропускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой (концентрацией) m0 того же газообразного вещества, что подлежит определению,
через оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без поглощения, а во втором
частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке, и
U − U4
,
нахождения коэффициента калибровки по формуле k 0 = 3
U3 + U 4
где U3 и U4 - сигналы, регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения
и в канале с частичным поглощением, и определение поглощающей массы (трассовой
концентрации) газообразного вещества путем пропускания излучения через исследуемую
2
BY 13807 C1 2010.12.30
газовую смесь, оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без поглощения, а
во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке и калибровке, и вычисления поглощающей массы газообразного вещества по форU − U6
k
муле m = 1 m 0 , где k1 = 5
коэффициент измерения, U5 и U6 - сигналы,
U5 + U 6
k0
регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением.
Основным недостатком указанного способа является большая погрешность измерений
(может превышать 100 %) при определении поглощающей массы газообразных веществ с
неразрешенной или слабо разрешенной тонкой структурой, обусловленная поглощением
содержащимися в исследуемой газовой смеси мешающими примесями, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного вещества.
Задачей настоящего изобретения является уменьшение погрешности определения поглощающей массы газообразного вещества с неразрешенной или слабо разрешенной тонкой структурой при наличии в исследуемой газовой смеси мешающих примесей, полосы
поглощения которых перекрываются с полосой поглощения определяемого газообразного
вещества.
Поставленная задача решается таким образом, что в способе определения поглощающей массы газообразного вещества в газовой среде, в котором в заданных спектральных
интервалах n раз, где (n-1) - число примесей, заведомо содержащихся в исследуемой газовой смеси, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения контролируемого вещества, производят балансировку в условиях заведомого отсутствия
контролируемого вещества в первом из двух измерительных каналов путем уравнения соответствующих сигналов U1 и U2 в них, затем для каждого интервала, соответствующего i-й
операции балансировки, где i = 1,2…n, n раз проводят операцию калибровки путем пропускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой m 0j j-го
компонента исследуемой газовой смеси, где j = 1,2…n, и первый и второй каналы, и расUij3 − U ij4
ij
ij
считывают коэффициенты калибровки k 0 в соответствии с выражением k 0 = ij
,
U 3 + Uij4
где U ij3 и Uij4 - сигналы в первом и втором каналах соответственно, затем n раз пропускают излучение через исследуемую газовую смесь и те же два канала, рассчитывают коэфUi − U i6
, где U i5 и U i6 - сигналы
фициенты измерения в соответствии с выражением k1i = 5i
i
U5 + U6
в первом и втором каналах соответственно, и определяют искомую поглощающую массу
газообразного вещества m1 путем решения системы уравнений
12
 1 k11
k10n n
2
1 k0
0
k1 = 1 m + 2 m + ... + n m
m0
m0
m0


2n
22
21
k 2 = k 0 m1 + k 0 m 2 + ... + k 0 m n
1
,
m 0n
m 02
m10


...

k nn
kn2
k n1
k1n = 01 m1 + 02 m 2 + ... + 0n m n

m0
m0
m0
3
BY 13807 C1 2010.12.30
m1 - поглощающая масса j-го компонента газовой смеси,
причем спектральные интервалы для каждой i-й операции балансировки, калибровки и
измерения выбирают одними и теми же и отличающимися друг от друга по частоте на величину, достаточную для того, чтобы каждый их них включал полосу поглощения контролируемого вещества, а интегральные коэффициенты поглощения для них были
различны.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Первой операцией способа является балансировка (установка нуля) в условиях заведомого отсутствия определяемого газа. Зондирующее излучение пропускают через оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу
поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающимся тем, что в одном канале излучение не поглощается, а во втором частично поглощается газовым фильтром (корреляционной кюветой), содержащим известное количество
того же газа, что подлежит определению в исследуемой газовой смеси. Потоки излучения
U1 и U2, регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с
частичным поглощением, уравниваются с помощью электронной системы обработки. Балансировку проводят n раз, где (j=1) - число мешающих примесей, содержащихся в исследуемой газовой смеси, полосы поглощения которых перекрываются с полосой
поглощения определяемого газообразного вещества, причем рабочие спектральные интервалы для каждой i-й (i = 1,2…n) операции балансировки выбирают отличающимися друг
от друга по частоте на величину, достаточную, чтобы каждый рабочий спектральный интервал включал полосу поглощения определяемого газообразного вещества и интегральные коэффициенты поглощения были различными для различных рабочих спектральных
интервалов.
Второй операцией способа является калибровка. Зондирующее излучение пропускают
через калибровочную кювету, оптический фильтр, выделяющий рабочий спектральный
интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном канале излучение пропускается без
поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и
при балансировке. Калибровку проводят n2 раз, причем n рабочих спектральных интервалов выбирают такими же, что и при проведении балансировки, и для каждого i-го (i = 1,
2… n) рабочего спектрального интервала операцию калибровки проводят n раз путем пропускания излучения через калибровочную кювету с известной поглощающей массой m 0j j-го
компонента газовой смеси (где j = 1 относится к определяемому газообразному веществу,
j = 2…n относится к мешающим примесям) и находят коэффициенты калибровки по форUij − U ij4
муле k ij0 = ij3
, где U ij3 и Uij4 - сигналы, регистрируемые соответственно в канале с
ij
U3 + U 4
отсутствием поглощения и в канале с частичным поглощением.
Третьей операцией способа является определение коэффициентов измерения. Зондирующее излучение пропускают через исследуемую газовую смесь, оптический фильтр,
выделяющий рабочий спектральный интервал, содержащий полосу поглощения определяемого газообразного вещества, и затем по двум каналам, различающихся тем, что в одном
канале излучение пропускается без поглощения, а во втором частично поглощается газовым фильтром в той же степени, что и при балансировке и калибровке. Операция повторяется n раз, причем рабочие спектральные интервалы для каждой i-й (i = 1, 2… n)
операции выбираются такими же, как и при проведении операций балансировки и калибUi5 − U i6
i
, где Ui5 и Ui6 ровки. Коэффициент измерения вычисляется по формуле k1 = i
i
U5 + U6
4
BY 13807 C1 2010.12.30
сигналы, регистрируемые соответственно в канале с отсутствием поглощения и в канале с
частичным поглощением.
Четвертой операцией способа является определение поглощающей массы газообразного вещества m1 путем решения системы уравнений
1n
12
 1 k11
0 m1 + k 0 m 2 + ... + k 0 m n
=
k
 1
m 0n
m 02
m10


2n
22
21
k 2 = k 0 m1 + k 0 m 2 + ... + k 0 m n
1
,
m 0n
m 02
m10


...

k nn
kn2
k n1
k1n = 01 m1 + 02 m 2 + ... + 0n m n

m0
m0
m0
В прототипе использование одного рабочего спектрального интервала позволяло записать только одно уравнение, что не давало возможности однозначно соотнести значение
коэффициента измерения с поглощающей массой определяемого газообразного вещества
при наличии в исследуемой смеси мешающих примесей. Использование n рабочих спектральных интервалов позволяет составить n независимых уравнений для n неизвестных
поглощающих масс компонентов исследуемой газовой смеси. Указанная в предлагаемом
способе последовательность выполнения операций позволяет учесть влияние мешающих
примесей и таким образом обеспечить значительное уменьшение погрешности по сравнению с прототипом без уменьшения чувствительности.
Источники информации:
1. Remote measurement of carbon monoxide by a gas filter correlation instrument / L.L. Acton [et al] // AIAA J. - 1973. - Vol. 11, № 7. - P. 899-900.
2. Ward, T.V. Gas cell correlation spectrometer: GASPEC / T.V. Ward, H.H. Zwick // Appl.
Opt. - 1975. - Vol. 14, № 12. - P. 2896-2904.
3. Davies, J.H. Gaseous correlation spectrometric measurements / J.H. Davies, A.R. Barringer // Optical and Laser Remote Sensing / Ed. by D.K. Killinger and A. Mooradian. Berlin:
Springer-Verlag, 1983. - P. 90-96.
4. Drummond, J.R. Novel Correlation Radiometer: The length-modulator radiometer / J.R.
Drummond // Appl. Opt. - 1989. - Vol. 28, № 13. - P. 2451-2452.
5. Баландин С.Ф. Исследование распределения относительной погонной концентрации
NO2 вблизи крупного промышленного центра / Баландин С.Ф. // Оптика атмосферы и океана. - 2005. - Т. 18, № 11. - С. 999-1006.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
93 Кб
Теги
by13807, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа