论文部分内容阅读
[摘 要]光干涉甲烷测定器日常的维修中，对于干涉条纹会遇到一些较难解决的问题。通过了解分析测定器的光干涉原理，能更好的解决故障，顺利开展工作。
[关键词]光干涉甲烷测定器；干涉条纹；常见问题
中图分类号：TH744.45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0338-01
光干涉甲烷测定器是气体成分定量分析的携带式仪器，也是一种光学仪器，每天都在煤矿井下使用，井下条件十分恶劣，因其使用频繁，仪器很容易被振动和碰撞，保养不善，易出故障。结合近几年的工作经验浅谈一下光干涉甲烷測定器的干涉条纹常见故障及维修。为便于对该仪器在使用中存在问题的分析与处理，必须了解仪器的光学系统，它的光学系统如图1：
由光源1发出的光线经聚光镜2和狭缝3到达平面镜4，再经平面镜的反射与折射通过空气室5和甲烷室6产生干涉条纹，最后经由折射棱镜7与反射棱镜8通过物镜9，最后进入望远镜系统10，在分划板上产生清晰明亮的干涉条纹。
在实际维修和使用中，理解测定器光干涉的原理、传播的线路，对于日常工作的开展，能起到积极有效的作用。
一、光干涉条纹间距变化的产生
在测定器的内部靠近光源的位置，有一块光学元件平面镜，这块平面镜我们通常称为平行玻璃，平面镜与其配套的底座固定在仪器本体上，光线通过聚光镜后以45°的交角射向平面镜，同时使镜身向后倾斜约55′利用光的反射和折射原理产生两条平行光束，达到光干涉的条件。
干涉条纹间距的宽度与平行光束的间距d、屏与狭缝的距离L有关，距离L默认为不变化；间距d会根据倾斜角55′的改变而变化，为使条纹间距宽度达到要求，平面镜不得移动，一旦移动将使交角45°和倾斜角55′改变，光线反射后不能进入气室或造成干涉条纹消失或干涉条纹宽窄发生变化。当平面镜体和底座与仪器本体的倾角远小于55′时，这时对甲烷气室加压，条纹间距变宽，无法读数。如果倾角远大于55′时，则条纹间距变窄，加压则与前面相反，合理地减小或增大底座与本体的倾角，可调整条纹间距的宽度。
二、干涉条纹间距大小的确定
取量程为（0～10%）且气室长度=120mm的甲烷测定器为例，在20℃、101325Pa时，可见光平均波长为0.00058mm，甲烷气体折射率为1.000412，空气折射率为1.000274，带入公式（1）和（2）中，可知当k分别取……时，如将第一条干涉条纹（第一条亮纹）对准光干涉甲烷测定器分划板中的零刻度线，则第二条干涉条纹对应甲烷含量为1.75%的刻度线，第三条干涉条纹对应甲烷含量为3.50%的刻度线，第四条干涉条纹对应甲烷含量为5.25%的刻度线，第五条干涉条纹对应甲烷含量为7.00%的刻度线。
在调校量程为（0～10%）测定器的基本误差时，可参照上述原理，将第一条干涉条纹调至与分划板零位刻度线重合，如第五条干涉条纹与7.00%的甲烷含量刻度线重合，则确定其示值误差合格。
三、干涉条纹常见问题处理
通过对测定器光干涉原理分析理解，在调校光路过程中，干涉条纹在加压后出现条纹向相反方向移动，则可判定平面镜倾斜角向前，调整平面镜倾斜角即可解决。改正条纹的倾斜可将折光棱镜绕大面的法线旋转，因棱镜的旋转，使两条出射光线不但改变水平方向的分离量，同时亦改变了垂直方向的分离量，因而不但条纹的倾斜发生变化，亦改变了条纹的宽度。在修理条纹倾斜的仪器时，实际可以修磨折光棱镜座的底面左、右方向磨），这样可使棱镜绕大面法线旋转。然后再修磨平面镜底座调正条纹宽度即可。
分划板上成像不清晰或干涉条纹间的宽窄不符合要求，调节物镜的前后位置改变成像距离L可在小范围内调节光干涉条纹之间的宽窄，向光来的方向移动可以使条纹间距变宽，反之移动条纹间距变窄，同时成像清晰度改变。
当氣样室加压后，干涉条纹显得很不清晰，条纹颜色变成灰黄，亮度也明显下降。出现这种情况有以下原因：（1）折光棱镜座平行度不好；（2）平面镜平行度不好，折光棱镜90°不好；（3）光源灯泡表面不好；（4）气室底垫高度不合适。根据上述原因可以逐项排除并由简到繁的进行，找出具体原因后，可更换零件。气室底垫高度不合适，如果底垫高，可在平台上用水磨砂纸将它磨到合适为止或更换新气室，如底垫低更换气室即可。
通过对光干涉甲烷测定器原理的分析，能帮助我们解决有时难以处理但实际较常出现的问题，这些问题的处理，确保了测定器调校工作的顺利完成。
四、结语
综上所述，以上关于光干涉式甲烷测定器干涉条纹的基本概念，以及方法，是根据实践经验得出，并且操作简便、快速，是处理干涉条纹出现各种问题的有效解决方法。保证光干涉式甲烷测定器的数据准确，才能确保煤矿及时采取合适的方案应对瓦斯，保证矿井安全生产。
参考文献
[1] 闫海燕.光干涉式甲烷测定器的原理及换算方法[J].计量与测试技术，2009，（10）：35-37.
[2] 张洪玉.光干涉甲烷测定器的干涉条纹故障及维修[J].黑龙江科技信息，2008，（23）：34.
[关键词]光干涉甲烷测定器；干涉条纹；常见问题
中图分类号：TH744.45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）17-0338-01
光干涉甲烷测定器是气体成分定量分析的携带式仪器，也是一种光学仪器，每天都在煤矿井下使用，井下条件十分恶劣，因其使用频繁，仪器很容易被振动和碰撞，保养不善，易出故障。结合近几年的工作经验浅谈一下光干涉甲烷測定器的干涉条纹常见故障及维修。为便于对该仪器在使用中存在问题的分析与处理，必须了解仪器的光学系统，它的光学系统如图1：
由光源1发出的光线经聚光镜2和狭缝3到达平面镜4，再经平面镜的反射与折射通过空气室5和甲烷室6产生干涉条纹，最后经由折射棱镜7与反射棱镜8通过物镜9，最后进入望远镜系统10，在分划板上产生清晰明亮的干涉条纹。
在实际维修和使用中，理解测定器光干涉的原理、传播的线路，对于日常工作的开展，能起到积极有效的作用。
一、光干涉条纹间距变化的产生
在测定器的内部靠近光源的位置，有一块光学元件平面镜，这块平面镜我们通常称为平行玻璃，平面镜与其配套的底座固定在仪器本体上，光线通过聚光镜后以45°的交角射向平面镜，同时使镜身向后倾斜约55′利用光的反射和折射原理产生两条平行光束，达到光干涉的条件。
干涉条纹间距的宽度与平行光束的间距d、屏与狭缝的距离L有关，距离L默认为不变化；间距d会根据倾斜角55′的改变而变化，为使条纹间距宽度达到要求，平面镜不得移动，一旦移动将使交角45°和倾斜角55′改变，光线反射后不能进入气室或造成干涉条纹消失或干涉条纹宽窄发生变化。当平面镜体和底座与仪器本体的倾角远小于55′时，这时对甲烷气室加压，条纹间距变宽，无法读数。如果倾角远大于55′时，则条纹间距变窄，加压则与前面相反，合理地减小或增大底座与本体的倾角，可调整条纹间距的宽度。
二、干涉条纹间距大小的确定
取量程为（0～10%）且气室长度=120mm的甲烷测定器为例，在20℃、101325Pa时，可见光平均波长为0.00058mm，甲烷气体折射率为1.000412，空气折射率为1.000274，带入公式（1）和（2）中，可知当k分别取……时，如将第一条干涉条纹（第一条亮纹）对准光干涉甲烷测定器分划板中的零刻度线，则第二条干涉条纹对应甲烷含量为1.75%的刻度线，第三条干涉条纹对应甲烷含量为3.50%的刻度线，第四条干涉条纹对应甲烷含量为5.25%的刻度线，第五条干涉条纹对应甲烷含量为7.00%的刻度线。
在调校量程为（0～10%）测定器的基本误差时，可参照上述原理，将第一条干涉条纹调至与分划板零位刻度线重合，如第五条干涉条纹与7.00%的甲烷含量刻度线重合，则确定其示值误差合格。
三、干涉条纹常见问题处理
通过对测定器光干涉原理分析理解，在调校光路过程中，干涉条纹在加压后出现条纹向相反方向移动，则可判定平面镜倾斜角向前，调整平面镜倾斜角即可解决。改正条纹的倾斜可将折光棱镜绕大面的法线旋转，因棱镜的旋转，使两条出射光线不但改变水平方向的分离量，同时亦改变了垂直方向的分离量，因而不但条纹的倾斜发生变化，亦改变了条纹的宽度。在修理条纹倾斜的仪器时，实际可以修磨折光棱镜座的底面左、右方向磨），这样可使棱镜绕大面法线旋转。然后再修磨平面镜底座调正条纹宽度即可。
分划板上成像不清晰或干涉条纹间的宽窄不符合要求，调节物镜的前后位置改变成像距离L可在小范围内调节光干涉条纹之间的宽窄，向光来的方向移动可以使条纹间距变宽，反之移动条纹间距变窄，同时成像清晰度改变。
当氣样室加压后，干涉条纹显得很不清晰，条纹颜色变成灰黄，亮度也明显下降。出现这种情况有以下原因：（1）折光棱镜座平行度不好；（2）平面镜平行度不好，折光棱镜90°不好；（3）光源灯泡表面不好；（4）气室底垫高度不合适。根据上述原因可以逐项排除并由简到繁的进行，找出具体原因后，可更换零件。气室底垫高度不合适，如果底垫高，可在平台上用水磨砂纸将它磨到合适为止或更换新气室，如底垫低更换气室即可。
通过对光干涉甲烷测定器原理的分析，能帮助我们解决有时难以处理但实际较常出现的问题，这些问题的处理，确保了测定器调校工作的顺利完成。
四、结语
综上所述，以上关于光干涉式甲烷测定器干涉条纹的基本概念，以及方法，是根据实践经验得出，并且操作简便、快速，是处理干涉条纹出现各种问题的有效解决方法。保证光干涉式甲烷测定器的数据准确，才能确保煤矿及时采取合适的方案应对瓦斯，保证矿井安全生产。
参考文献
[1] 闫海燕.光干涉式甲烷测定器的原理及换算方法[J].计量与测试技术，2009，（10）：35-37.
[2] 张洪玉.光干涉甲烷测定器的干涉条纹故障及维修[J].黑龙江科技信息，2008，（23）：34.