2.5 Учет факторов при прохождении потока инфракрасного излучения сквозь оптический канал газоанализатора

     Оптический канал абсорбционного спектрометрического газоанализатора приведен на рис. 2.4

Рис.2.4 - Оптический канал абсорбционного спектрометрического газоанализатора

     В разрабатываемой математической модели учтено подавляющее большинство факторов, влияющих на прохождение инфракрасного излучения по кюветам газоанализатора.

2.5.1 Определение оптической неоднородности канала

     Оптическая неоднородность канала вызвана применением в канале материалов с различными оптическими свойствами. Оптическая неоднородность учитывается коэффициентами преломления.

     Потери излучения на границах раздела и в средах с различными коэффициентами преломления учитываются коэффициентами отражения и пропускания границами раздела, рассеяния и поглощения излучения в этих средах. В настоящей работе в качестве таких сред выступают оптические линзы, изготавливаемые из специальных материалов: специальных сортов оптического стекла, природных и синтетических кристаллов. Рассматриваемые линзы считаются тонкими (их толщина и диаметр много меньше фокусных расстояний) в связи, с чем потерями на рассеяние и поглощение можно пренебречь. По этой же причине будем считать, что потоки излучения падают на границы раздела сред по нормали к поверхности раздела, как показано на рис. 2.5.

     В диапазоне малых углов падения луча на границу раздела, коэффициент отражения практически остается постоянной величиной. Поэтому малое отклонение угла падения на границу раздела обусловленое кривизной линзы практически не влияет на коэффициент отражения. Сделанное допущение следует считать справедливым.

Рис.2.5 - Граница раздела сред с различной оптической плотностью

     Коэффициенты отражения R и пропускания T границей раздела сред устанавливаются через коэффициенты преломления этих сред. При нормальном падении луча эти зависимости принимают вид:

(2-22)

(2-23)

     Если границы раздела чередуются, например, при прохождении излучения через линзу таких границ окажется две, то в общем случае при прохождении N границ раздела коэффициент пропускания всей системы окажется равным:

(2-24)

2.5.2 Определение расхождения инфракрасного излучения при его входе в объектив фотоприемника

     Источник излучения имеет конечные размеры и поток выходящий из линзы оказывается расходящимся, поэтому при определении коэффициента ввода излучения в объектив учитывается угол расхождения луча.(см. рис. 2.6)

Рис.2.6 - Расходимость луча при конечных размерах источника излучения

     Угол расхождения луча при вводе в объектив фотоприемника равен:

(2-25)

     Эффективность ввода излучения в объектив определяется изменением радиуса луча, и определяется по формуле:

(2-26)

     Коэффициент ввода инфракрасного излучения в линзу с учетом изменения радиуса луча определяется выражением:

(2-27)

2.5.3 Методика определения эффективности ввода инфракрасного излучения в окно фотоприемника.

     Эффективность ввода излучения в окно фотоприемного устройства оценивается коэффициентом ввода:

(2-28)

     где Q(x,y) - пространственная плотность потока излучения, падающего нормально на плоскость фотоприемника;
            a₁, a₂, b₁, b₂ - координаты окна фотоприемника в системе координат X,Y (центр системы координат совпадает с точкой пересечения оси луча с плоскостью фотоприемника);
            Ф_пад - величина потока (мощности) излучения падающего луча на плоскость фотоприемника;
            Ф_окна - часть потока, падающего луча попавшего в окно фотоприемника.

     Топографический план ввода излучения в окно фотоприемника приведен на рис. 2.7.

Рис.2.7 - Топографический план ввода излучения в окно фотоприемника

     Для определения потока излучения, попавшего в окно фотоприемника, рекомендуется установить величину потока излучения в зоне фотоприемника, учтя потери потока при прохождении излучения через второй объектив (вторую линзу). Величина Ф_пад определяется при минимальном значении концентрации ингредиента т.е. когда величина потока максимальна.