203153. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés gázok összetételének mérésére, fotoakusztikus módon
1 HU 203 153 B 2 akusztikus 2 szűrőn a környezeti zajból kiszűri a magas frekvenciájú, az 1 kamra mint rezonátor rezonanciafrekvenciája környezetébe eső komponenseket. Az infavörös 4 fényforrás - amely előnyösen hangolható CO2 tehát széndioxid vagy CO lézer - hullámhosszát az első, felhasználni kívánt színképvonalra hangoljuk, és a monokromatikus fénynyalábot az 5 fényszaggató segítségével az 1 kamra kiválasztott rezonancia frekvenciájával megegyező frekvencián megszaggatjuk. A rezonátor 1 kamrát előnyösen az első azimutális rezgésmód után használjuk. Egy előnyös kividéi alak esetén a rezonanciafrekvencia 2 kHz volt, amely egyben meghatározza az 1 kamra sugarát is. Az 1 kamra belső magasságát szintén célszerűen negyed hullámhosszra választottuk. A berendezés lényege, hogy a szaggatott fénynyalábot úgy vezetjük keresztül az 1 kamrán és az akusztikus 2 szűrőkön, hogy az nem ütközik a berendezés falába. Az 1 kamrában lévő gáz a fény egy részét elnyeli, ezért az elnyelés helyén a gáz periódikusan felmelegszik és lehűl. A hőmérséklet ingadozásának hatására a gáz nyomása is ingadozik, vagyis az 1 kamrában hang keletkezik. Minthogy a szaggatás frekvenciája megegyezik az 1 kamra egyik saját frekvenciájával, a keletkezett hangüregben felerősödik az adott módus jósági tényezőjének megfelelően. A hangot olyan helyen célszerű gerjeszteni, illetve mérni, ahol az adott abszorpcióra a lehető legnagyobb hangnyomás biztosítható. Például az első azimutális módus esetén az optimális gerjesztési és mérési pont hengerszimmetrikus 1 kamra esetén a rezonátor kamra tengelyétől fél sugámyira húzott kör egymással szemközti - egymástól 180'-ra lévő - két pontja. A nagy jósági tényező érdekében az 1 kamra, mint akusztikus üreg- rezonátor veszteségeit alacsony szinten kell tartani, ezt egyrészről az 1 kamra előnyös kialakításával és a megfelelő rezgés módus kiválasztásával biztosítjuk, másrészt az 1 kamra 7,7’ nyílásaihoz csatlakozó akusztikai 2 szűrők célszerű kiképzésével - előnyösen negyedhullámú csőszakaszok - érjük el, hogy a 2 szűrők visszaverik az 1 kamrából kilépni próbáló hangenergiát. A 2 szűrők ismertetett kiképzése ugyanis a külső tér akusztikai impedanciáját igen nagy értékre transzformálják az 1 kamra 7,7’ nyílásainál, így a hang azokon nem tud áthaladni, visszaverődik. Az 1 kamrába helyezett 3 mikrofon folyamatosan méri a hangnyomás és célszerű módon egyidejűleg kiszűri a mért jelből a mélyhangú komponenseket, vagyis a 3 mikrofon ismert módon úgy van kiképezve, hogy az alacsony ferekvenciájú hangot ne érzékelje. A 3 mikrofon elektromos jelét az ismert 6 jelfeldolgozó egységbe vezetjük, ahol például fázisérzékeny erősítő segítségével meghatározzuk az adott infravörös hullámhosszon a vizsgált gázban elnyelt energiához tartozó hangnyomást. A mérés eredményét célszerűen digitális formában tároljuk. Ezt követően az infravörös 4 fényforrást egy másik színképvonalra hangoljuk és a mérést megismételjük. Célszerű módon legalább annyi mérést végzünk, ahány szennyezőt feltételezünk a gázkeverékben. Ezt követően a komponensek abszorpciós hatáskeresztmetszetének ismeretében a megfelelő gázkoncentrációkat ismert módon kiszámítjuk. Berendezésünk a gyakorlat próbáját is kiállta, csillapítása 2 kHz környékén megközelítően 60 dB, a rezonancia jósági tényezője pedig az ismertetett kiviteli alaknál 300. Természetes a berendezés 2 szűrőinek levágási meredeksége és zárócsillapítása jelentősen növelhető abban az esetben, ha bonyolultabb, magasabb fokszámú 2 szűrőket alkalmazunk. Megoldásunk előnye az akusztikai 2 szűrő lezárásként történő használata. Ezáltal biztosítjuk ugyanis, hogy ugyanaz a részegység végzi a zajszűrést, mint amelyiken a fénynyaláb be- és kivezetése történik. A találmány szerinti berendezés ezáltal optikailag nyitott, de akusztikailag zárt rendszer. Megoldásunk révén nincs szükség a fotoakusztikus 1 kamrában ablakokra és ezáltal nem keletkezik koherens háttérzaj. A találmány szerinti berendezés 1 kamrája a célszerűen lézerként kiképzett infravörös 4 fényforrás rezonátor üregébe is elhelyezhető. Ebben az esetben az 1 kamrába jutó lézerteljesítmény jelentős mértékben megnövelhető. SZABADLMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás gázok összetételének mérésére fotoakusztikus módon, amelynek során a vizsgálandó gázkeveréket tisztítjuk, akusztikailag zárt fotoakusztikus kamrába vezetjük, infravörös fényforrás hullámhosszát a felhasználni kívánt színképvonalra hangoljuk, monokromatikus fénynyalábot pedig a kamra rezonanciafrekvenciájával megegyező frekvencián megszaggatjuk és a kamrába vezetjük, ahol folyamatosan méljük a hangnyomást, azzal jellemezve, hogy az akusztikailag zárt fotoakusztikus kamrát optikailag kinyitjuk és az ily módon nyitott fotoakusztikus kamra akusztikai zártságát zaj szűrésével biztosítjuk, szükség esetén az infravörös fényforrás hullámhosszát további színképvonal(ak)ra hangoljuk és ismételt mérést végzünk. 2. Berendezés gázok összetételének mérésére fotoakusztikus módon, amelynek fotoakusztikus kamrája mikrofont tartalmaz, melyhez jelfeldolgozó egység van kötve, a fotoakusztikus kamra gázbevezető nyílással rendelkezik, továbbá fényszaggatóval ellátott infravörös fényforrása van, azzal jellemezve, hogy a fotoakusztikus kamra (1) rezonátorként van kiképezve, a kamra (1) egymással szemközti falain (9,9’) nyílások (7,7’) vannak elrendezve, melyek tengelye egy egyenesbe (8) esik, az infravörös fényforrás (4) pedig az egyenes (8) mentén van elhelyezve, és a nyílásokhoz (7,7’) akusztikai alulátersztő szűrők (2) csatlakoznak. 3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az akusztikai aluláteresztő szűrő (2) negyedhullámú csőszakaszokként vannak kiképezve. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
