СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Вследствие простоты ОА метода лазерный оптико-акустический газоанализатор прост в обслуживании, обладает высокой надежностью,
малыми массогабаритными параметрами, низкой стоимостью. Благодаря простой схеме возможны оперативные измерения в реальном масштабе времени, например, при помощи такой системы, установленной на летательном аппарате или на автомобиле.
По сравнению с известными газоанализаторами у ОА газоанализатора выше (в 2-10 раз) чувствительность определения концентрации большинства газовых компонент, точность измерения и селективность.
Оптико-акустический эффект используется при измерении времен жизни возбуждения молекул,в ряде работ по определению влажности и потоков излучения. Отметим, что оптико-акустический эффект возможен так же в жидкостях и твердых телах.
Реализации эффекта
Прибор предназначен для проведения оперативного газоанализа атмосферного воздуха методом оптико-акустической лазерной спектроскопии. Принцип действия газоанализатора основан на генерации акустических волн в воздухе при взаимодействии модулированного лазерного луча с молекулами газовой примеси, поглощающей лазерное излучение на заданной длине волны. Акустические волны преобразуются микрофоном в электрические сигналы, пропорциональные концентрации поглощающего газа. Перестраивая длину волны лазера и используя известные спектральные данные о коэффициентах поглощения различных газов, можно определить состав детектируемой газовой примеси.
Отличительной особенностью данного газоанализатора является совмещение в единой конструкции перестраиваемого волноводного СО2-лазера и прокачного оптико-акустического детектора дифференциального типа.
Детектор располагается внутри лазерного резонатора и образует единую
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
конструкцию с лазером. Благодаря этому уменьшаются потери на оптических элементах, повышается мощность внутри рабочего канала детектора и жесткость всей конструкции. В газоанализаторе используется автоматически перестраиваемый по линиям волноводный СО2-лазер с высокочастотным
(ВЧ) возбуждением, в котором импульсно-периодический режим генерации задается модуляцией мощности ВЧ-генератора, что дает возможность оптимизировать энергопотребление путем регулировки скважности импульсов возбуждения. В конструкции используемого детектора дифференциального типа имеется два резонансных акустических канала, в
которых формируются противофазные акустические волны, что позволяет при введении соответствующей обработки свести к минимуму шумы при протекании воздуха через каналы. Данные особенности прибора являются уникальными и в совокупности обеспечивают предельно высокую для оптико-акустических устройств чувствительность детектирования, низкий уровень аппаратурных шумов и относительно малое общее энергопотребление. Газоанализатор способен регистрировать минимальные коэффициенты поглощения газовых примесей в атмосфере в потоке газа на уровне ~ 5 × 10-10 см-1 с высоким быстродействием, присущим оптическим методам газоанализа. Благодаря этим качествам, а также возможности перестройки длины волны лазерного излучения в области 9,3÷10,9 мкм газоанализатор позволяет проводить в реальном времени измерения малых концентраций атмосферных и антропогенных газов (на уровне 1 ppb и
менее), таких как С2Н4, NH3, O3, C6H6, SO2, SF6, N2O, CH3F, CH3Cl и т.д.,
включая пары ряда взрывчатых и отравляющих веществ (всего около 100
веществ). Указанные свойства позволяют применять прибор для контроля концентраций химических молекулярных соединений в атмосферном воздухе и технологических процессах, проводить анализ выдыхаемого воздуха с целью выявления различных заболеваний и т.д.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
5. Оптические абсорбционные в инфракрасной области спектра
(оптико-акустические) газоанализаторы на СО, СO2, СH4, С2H2
Действие оптико-акустических газоанализаторов основано на способности определяемого газа поглощать инфракрасные лучи. Этой способностью обладают все газы, за исключением одноатомных, а также водорода, кислорода, азота и хлора.
Каждый газ поглощает инфракрасное излучение только в своих,
свойственных ему участках спектра. Измерение содержания газа производят на основании оптико-акустического эффекта, который заключается в том, что газ, способный поглощать инфракрасные лучи, при прерывистом облучении в замкнутом объеме (лучеприемнике) периодически нагревается и охлаждается, в результате чего происходят колебания давления газовой смеси. Колебания давления воспринимаются чувствительным элементом-
мембраной, которая является одной из обкладок конденсаторного микрофона.
В качестве источника инфракрасного излучения используется хромоникелевая проволока, нагретая до 700…800 °С. Инфракрасное излучение в анализируемую смесь пропускают через окна, изготовленные из синтетического корунда или других материалов, пропускающих это излучение. Прерывание потока излучения производится с частотой 5…6 Гц.
Изменение емкости конденсатора при действии на лучеприемник полного потока инфракрасного излучения в среднем составляет 0,3 пФ при смещении мембраны на 1 мкм. В конструкциях газоанализаторов применены две разновидности схем измерения (рис. 7.4). В одноканальной схеме (рис. 7.4, а) поток от нихромового излучателя, нагретого электрическим током,
отражается от параболического зеркала; прямой и отраженный потоки прерываются обтюратором, который вращается синхронным двигателем,
проходят через светопровод, рабочую кювету и попадают в приемные
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
камеры оптико-акустического лучеприемника, расположенные в оптической последовательности.
Приемные камеры заполнены определяемым газом в смеси с азотом или аргоном. В первой камере (по ходу потока) происходит поглощение инфракрасного излучения, соответствующего преимущественно центральной полосе спектра, во второй - началу и концу полосы. Повышение давления дают лишь наиболее сильные линии поглощения центральной полосы спектра, вследствие чего создается перепад давлений в камерах,
воздействующий на мембрану.
На выходе микрофона появляется электрический сигнал переменного тока с частотой 12,5 Гц, амплитуда которого пропорциональна содержанию определяемого компонента анализируемой смеси. Сигнал усиливается,
выпрямляется усилителем и подается на вторичный прибор. При отсутствии анализируемого газа в рабочей кювете пульсации давлений в камерах лучеприемника выравниваются нулевой заслонкой.
В двухканальной дифференциальной схеме (рис. 7.4, б) потоки излучения поступают в два оптических канала - в рабочую кювету с анализируемой газовой смесью и сравнительную камеру, заполненную газовой смесью постоянного состава. Фильтровые камеры заполняются неизмеряемыми газами, которые поглощают излучение спектра частот мешающих газов; полоса частот определяемых газов проходит свободно.
Прерывистые потоки излучения, сдвинутые по фазе на половину периода оборота обтюратора, суммируются и создают в пространстве над мембраной колебания давления. При равенстве потоков колебания давления не происходит.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
6. Область применения систем газосигнализаторов САКЗ оптический акустический газоанализатор
Обеспечение безопасной эксплуатации газовых котлов,
газонагревательных приборов и другой газовой аппаратуры в котельных,
газоперекачивающих станциях, производственных и бытовых помещениях.
Применение сигнализаторов газа заметно повышает безопасность эксплуатации газового оборудования и является обязательным в соответствии с предписывающими документами Ростехнадзора.