Гц, а фоновий сигнал, обумовлений поглинанням випромінювання вікнами р.о.а.я., максимальний при частоті 3.0 кГц. Добротність в обох випадках становить gt; 20. Така конструкція р.о.а.я. забезпечує високу чутливість газоаналізатора і дозволяє придушити внесок фонового сигналу за допомогою частотно- і фазово-селективного підсилювача. У той же час р.о.а. я. нечутлива до зовнішніх акустичних шумів. Амплітуда електричного сигналу при вимірюванні концентрації визначається формулою
де K - постійна осередки, - потужність випромінювання лазера,?- Коефіцієнт поглинання випромінювання газом, С - концентрація газу.
Перед вимірами проводиться калібрування газоаналізатора з використанням піврічного газу (СО2) c відомою концентрацією.
Вимірювання амплітуди здійснюється за допомогою плати а.ц.п., що входить до складу комп'ютера фірми Advantech. Цей же комп'ютер використовується для керування вузлом перебудови довжини хвилі і розрахунку концентрацій вимірюваних газів.
Розроблена програма обробки інформації призначена для якісного та кількісного аналізу суміші газів по спектру поглинання лазерного випромінювання СО 2 лазера. Вихідною інформацією для програми є виміряний спектр поглинання аналізованої газової суміші. Приклад спектра поглинання азоту, побудований в одиницях оптичної товщини, наведеною ріс3,3а, а на ріс.3,3б представлений приклад спектра поглинання з малою добавкою аміаку.
Малюнок 3,3 Спектри поглинання: а - азоту при нормальному атмосферному тиску, б - суміші азот-аміак.
Оптична товщина, де
, см - 1 атм - 1 - коефіцієнт поглинання j-го газу на i-ой лазерній лінії, С i, атм - концентрація j-го газу, i lt; N-число використовуваних у вимірах лазерних ліній.
Бібліотека можливих компонент містить значення коефіцієнтів поглинання і являє собою матрицю розмірністю {N xm}. Число представлених в бібліотеці газів т=37, максимальне число аналізованих лазерних ліній N - 84 (по 21 лінії в кожній гілці СO 2 -лазера).
У процесі аналізу спектру газової суміші, утвореного перекриваються лініями поглинання входять до складу суміші газів, програма відбирає з бібліотеки ті компоненти, які дозволяють щонайкраще описати спектр суміші. Одним з основних критеріїв пошуку найкращого набору компонент служить величина середньоквадратичного відхилення між експериментальним і знайденим в результаті ітерацій спектром поглинання:
2
Алгоритм розв'язання оберненої задачі - пошуку концентрацій по відомому спектру поглинання - побудований за допомогою методу виключення Гауса і методу регуляризації по Тихонову, і основні труднощі його реалізації пов'язані з оцінкою стійкості рішення (елементи матриці коефіцієнтів поглинання, так само як і вільні члени, відомі тільки наближено), вибором параметра регуляризації та перебуванням критеріїв припинення ітераційного процесу.
У таблиці представлені розрахункові відомості про межах виявлення деяких газів описуваних газоаналізатором:
ГазПредел виявлення, ppbГазПредел виявлення, ppbАкролеін0.3Монометіл гидразин0.2Аммиак0.015Озон0.1Бензол0.4Перхлорэтилен0.02t-бутанол0.2Пропанол0.4Винил хлорід0.1Стірол0.4Гексафторід сери0.001Тріхлоретілен0.1Гексахлорбутадіен0.1Фреон - 110.2Гідразін0.1Фреон - 1130.07Діметілгідразін0.2Фреон - 1140.071.1 -діфторетілен0.06Фреон - 120.07Изопропан0.3Фуран0.2Ксилол1Этанол0,2Метилхлороформ0.1Этилацетат0.07Метил етил кетон0.6Етілен0.02Метанол0.06
Основні робочі характеристики газоаналізатора: кількість одночасно вимірюваних газів - до 6; час вимірювань 2 хв; межа виявлення по вуглекислому газу 0,3 ррт: межа виявлення по аміаку 0.015 ppb: діапазон вимірювань з вуглекислого газу 1 ррт - 10%; діапазон вимірювань по аміаку 0.05 ppb - 5 ррт; похибка вимірювань 15%; напруга живлення 220В ± 10%. [1]
4. Лазерний оптико-акустичний газоаналізатор
У результаті індустріальної діяльності людини в даний час все актуальнішою стає проблема охорони навколишнього середовища і особливо атмосфери. Для вирішення цієї проблеми необхідно проводити оперативний моніторинг стану атмосфери, з метою контролю в ній рівня забруднюючих речовин. Лазерний оптико-акустичний газоаналізатор дозволяє з високою точністю у великому динамічному діапазоні визначати кількісний склад багатокомпонентних газових сумішей Основною особливістю розробленого вимірювального комплексу є сполучення ЛОАГ з персональним комп'ютером зі спеціальним програмним забезпеченням. Використання ПК і окремого мікропроцесорного блоку управління забезпечує можливість проведення газоанализа багатокомпонентних сумішей, оперативність і ви...
