Газоанализаторы в геологии

Обзор основных компонент  и обобщенная структурная схема  спектрального инфракрасного газоанализатора 

В состав типового спектрального  прибора входят (рис. 2) источник излучения 1, передающая оптическая система 2, диспергирующее устройство 3 (устройство для разложения излучения в спектр), приемная оптическая система 4, приемник излучения 5 и регистрирующее устройство 6. 
 
 

Рисунок  2 – Обобщенная структурная схема спектрального  прибора 

Источник излучения  создает материальный носитель полезной информации – поток излучения. Источник излучения может конструктивно  входить в состав прибора или  быть удален от него на значительное расстояние. Он может также служить высокотемпературным  излучателем, обеспечивающим возбуждение  спектра исследуемой пробы. Для  излучения спектров поглощения источники  используются как средство образования  сплошного спектра, на фоне которого наблюдаются линии или полосы поглощения. Важная роль принадлежит  источникам света как устройствам  для калибровки и градуировки  спектральных энергетических характеристик  приборов. 

Оптическая передающая система формирует поток от источника  излучения и направляет его на диспергирующее устройство. В подавляющем  большинстве спектральных приборов используются коллиматорные системы. 

Диспергирующее устройство – это наиболее важная часть спектрального  прибора, так как именно оно осуществляет разложение излучения сложного состава  на монохроматические составляющие, т. е. образует спектр. 

Приемная оптическая система предназначена для формирования на приемнике потока, разложенного в спектр излучения. 

Приемник энергии  излучения служит для преобразования сигнала, переносимого потоком, или  в электрический сигнал, или в  изменение оптической плотности, или  в зрительные ощущения наблюдателя. 

Регистрирующее устройство служит для усиления электрических  сигналов приемника, преобразования их к наиболее удобному виду и записи спектра. 

Следует отметить, что  отдельные элементы оптической системы  в спектральных приборах некоторых  типов могут отсутствовать или  быть совмещены в одном устройстве. Кроме перечисленных узлов в  состав спектральных приборов часто  входят дополнительные элементы (модуляторы, компенсаторы, устройства программного управления режимом работы, сканирующие  механизмы и т. п.), а также приставки  для проведения специальных измерений. 

Разработка оптической схемы измерителя концентрации метана 

Проанализировав достоинства  и недостатки существующих измерителей  газовых компонент, основанных на оптико-абсорбционном  методе измерения разработаем функциональную оптическую схему измерителя концентрации метана для условий угольных шахт Донбасса, которая приведена на рисунке(рис.3) 

Рисунок 3 – Функциональная оптическая схема измерителя концентрации метана 

  Источник излучения  (ИИ) формирует с линзо (Л1) направленный  равномерный поток излучения,  который проходит открытый оптический  канал (ОК) с измеряемой концентрацией  метана (ССН4) в атмосфере угольных  шахт. На фокусирующую линзу (Л2) поступает ослабленный поток  излучения процессами поглощения  инфракрасного излучения, который  несет информацию о концентрации  метана в ОК. Линза Л2 фокусирует поток излучения в окно фото приемника (ФП), который преобразует полученный поток в электрический сигнал. Электрический сигнал от ФП, который содержит информацию о концентрации метана, поступает на измерительную систему (ИС) разрабатываемого газоанализатора. 

Выводы 

Существующие сегодня  методы и средства измерения концентрации метана не обеспечивают необходимое  быстродействие приборов измерения  концентрации метана в атмосфере  угольных шахт. Использование оптико-абсорбционного метода, а так же современных средств  оптики и микроэлектроники позволит создать быстродействующий прибор для определения концентрации метана с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками.