Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Козлов В.Л. -> "Оптоэлектронные датчики " -> 31

Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.

Козлов В.Л. Оптоэлектронные датчики — Радиофизика , 2005. — 116 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronniedatchiki2005.pdf
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 47 >> Следующая

ориентирования людей с ограниченным зрением
Технические характеристики ИК-датчика для слепых следующие: дальность действия - до 4 м; средняя мощность зондирующего излучения -300 мкВт; длительность зондирующего импульса - 0,5 мс; частота повторения - 30 Гц; ток потребления - 2,5 мА; напряжение питания - аккумулятор 3,6 В; масса - не более 100 - 120 г.; время непрерывной работы - не менее 100 часов; вид индикации - звуковая;
ИК-датчик может найти применение также в автомобильной локации, для задней парковки автомобилей и т. д.
11.2. Пирометрический датчик концентрации газов в продуктах сгорания
Большинство методов газового анализа являются активными, так как для их реализации необходим источник зондирующего излучения и в качестве источника излучения часто используются один или несколько лазеров. В пирометрическом датчике продуктов сгорания в качестве источ-
86
ника зондирующего сигнала используется излучение самой печи, являющейся мощным широкополосным источником изучения.
Функциональная схема датчика [14] представлена на рис. 48. Принцип действия основан на измерении интенсивности в разных участках спектра излучения, исходящего от печи. Выбор участков спектра производился из условий поглощения газами. ,1, ,5 - соответствуют динам волн, на которых анализируемые газы не поглощают, слабо, а V2, ,3, ,4 -соответствуют линиям поглощения, например, ,2 - CO, ,3 -CO2 ,4 -NO.
Рис.48. Функциональная датчика газового анализа
Измеряя величины интенсивностей в линиях поглощения контролируемых газов, определяется их концентрация в продуктах сгорания из
С In [Ее (Хк)/ E(Xt)] (11П)
выражения Cx = — -----^L------- > (И0)
где Ео(Хк) - интенсивность излучения в отсутствие газов (определяется по величине температуры печи Т), E(,k) - интенсивность, измеренная прибором в области поглощения газа, АК - дифференциальный коэффициент поглощения, L - длина контролируемой трассы.
Система также определяет температуру печи методом спектрального отношения из измеренных интенсивностей излучения Ец и Ех5 в двух участках спектра излучения Х1 и Х5, в которых газы не поглощают:
С2 (1/V -1/,5)
T =---------—-----1-------------. (111)
5 ln (V,5)-ln (Ехъ/Е,1) V '
Если в качестве одной из спектральных полос в соотношении (111)
взять полосу поглощения контролируемого газа, то при наличии контролируемого газа получим значение температуры печи T , которое будет отличаться от температуры Т, измеренной в участках спектра, в которых
87
контролируемые газы не поглощают. Температуры Т и Ti будут различаться в зависимости от концентрации контролируемого газа. По измеренным температурам T и Ti можно вычислить концентрацию контролируемого газа по формуле
С2
Cv
Г1 1 ] г 1 1 ^
V T T) Vx х)
AK L
(112)
Использование излучения печи в качестве источника зондирующего сигнала значительно упрощает структуру измерителя, не требует использования дорогостоящих лазеров и систем стабилизации их параметров.
Однако, на погрешность измерения данного датчика будет оказывать влияние собственное излучение газа, который при высоких температурах может спонтанно испускать энергию. Для молекул газа существуют ве-
-ппогл тлизл
роятности поглощения P и спонтанного излучения P , для которых из соотношений для коэффициентов Эйнштейна существует связь
P1
1
1
Exp
hv
kT
-1 Exp
hc
kTX
(113)
-1
где Т - температура газа.
Истинная концентрация контролируемого газа C'x, вычисленная с
учетом собственного излучения, будет отличаться от концентрации Сх, вычисленной по формуле (112), в соответствии с выражением
А / , \ \
Exp (-Cx AkL)
Exp(-C'X ML) = •
Exp
hc
kTX
-1
k
- 1
Exp
hc
V kTXk )
(114)
Очевидно, что при низких температурах (Т<500 С), когда exp(hc/kTXk)>>1, Cx~Cx., относительная погрешность измерений, обусловленная собственным излучением газа, не превышает 1%. Для более высоких температур необходимо учитывать собственное излучение газов, так как при Т>1500оС, обусловленная этим погрешность, может возрасти до 15-20%.
11.3. Рециркуляционный датчик концентрации газа на двухволновом лазере
На рис.49 представлена функциональная схема рециркуляционного датчика концентрации газа на двухволновом лазере [15]. Для повышения
88
точности трассовых измерении концентрации газов в качестве источника излучения используется полупроводниковый лазерный диод с асимметричной квантоворазмерноИ гетероструктурой, обеспечивающий одновременную генерацию на двух различных оптических длинах волн.
Рис.49. Функцио-
нальная схема рециркуляционного датчика концентрации газа: Л-лазер, БП-блок питания лазера, ПИ-приемник излучения, У-усилитель, ВБ-вы-числительный блок, К-компаратор, &-
элемент “И”, ЛЗ линия задержки.
В системе реализуется режим оптико-электронной рециркуляции одновременно на двух оптических длинах волн, причем одна длина волны излучения расположена в центре полосы поглощения контролируемого газа, другая Х\ - вне полосы поглощения. Концентрацию поглощающих частиц газа определяют из отношения интенсивностей зарегистрированных зондирующих импульсов. Порог регистрации дистанционных импульсов устанавливается на участке максимальной крутизны фронта импульса. В результате поглощения газом зондирующего изучения, изменится амплитуда дистанционного импульса, следовательно, появится задержка срабатывания компаратора Ат, что приводит к изменению периода (частоты) рециркуляции на данной длине волны. Таким образом, по разности периодов рециркуляции Ат на двух длинах волн можно определить отношение амплитуд дистанционных импульсов на этих длинах волн, а, следовательно, рассчитать концентрацию контролируемого газа. В начальный момент запуска системы импульсы на длинах волн Х\ и Х2 разнесены во времени на интервал T. В режиме рециркуляции происходит накопление разности временных задержек Ат. За число периодов рециркуляции N разность задержек станет равной T=NAt. После того, как число периодов рециркуляции станет равным N = T/Ат, система заканчивает измерения концентрации газа. Расчетная формула концентрации газа будет иметь вид
Предыдущая << 1 .. 25 26 27 28 29 30 < 31 > 32 33 34 35 36 37 .. 47 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed