光干涉甲烷测定器的干涉条纹故障分析及维修

光干涉甲烷测定器的干涉条纹故障分析及维修

摘要：介绍光干涉甲烷测定器的基本原理及作用，总结光干涉甲烷测定仪干涉条纹故障的类型，分析干涉条纹故障原因，提出调整干涉条纹的方法与步骤。

关键词： 光干涉甲烷测定器 干涉条纹 现象 维修

1.原理

光干涉甲烷测定器是用光的折射率与该气体的含量相关来测量该气体浓度的。仪器的光学系统如图所示：

原理过程：光源发出的光，经聚光镜、狭缝、平面镜反射与折射形成的两束光，分别通过空气室和甲烷室，再经折射棱镜折射后，在0点及0·点附近经平面镜反射，进入反射棱镜反射给望远镜，由光程差产生干涉条纹。当甲烷室与空气室同时充入空气时，两束光所经过的光程相同，条纹不产生移动，当改变甲烷室中的气体成分、压力或温度，因折射率改变，光程也随着改变，干涉条纹便会发生移动，当两室压力与浓度相等时，条纹的移动量与甲烷浓度成正比，测定这个移动量，便可测甲烷在空气中的含量。

2.作用

光干涉式甲烷测定器属于计量器具的一种，是我国煤矿业目前使用比较广泛的携带式仪器，该仪器能为使用者提供大量信息，能检测出瓦斯的危险度，进而采取有效措施，减少和杜绝重大事故的发生，从而保证矿井与矿工的安全.

3.光干涉甲烷测定器的干涉条纹常见故障及处理方法。

3.1.条纹视场过偏小

3.1.1.现象：第二条黑条纹对零后，分划板右方即第一条黑条纹前没有两条以上的干涉条纹

3.1.2.原因：主要是光路不正确，平面镜向后的倾角度导致部分光线从折光棱镜反射回来时没有投射在平面镜上，使平面镜上的干涉区域变小。

3.1.3.处理方法：调整平面镜角度。

3.2.干涉条纹弯曲

3.2.1.现象：干涉条纹不直，出现弯曲。

3.2.2.原因：条纹弯曲有整体弯曲与部分弯曲。条纹整体弯曲就是条纹成弧

形，实践证明是由于平面镜与折光棱镜通光区表面光圈不良所造成的；部分弯曲，材料有缺陷、物镜的挡片没有装平整、灯泡质量不好等都会导致条纹局部弯曲。

3.2.3.处理方法：首先判断属于整体弯曲还是部分弯曲，查明是由什么问题导致，确定是由哪块镜片影响，而后更换镜片给予排除。

3.3.干涉条纹倾斜

3.3.1.现象：干涉条纹虽直，但整个条纹向—侧斜。

3.3.2.原因：在装配过程中最难的问题是修正条纹的倾斜。条纹的倾斜原因是：

3.3.2.1.平面镜的倾斜，平面镜在两平面不平行。

3.3.2.2.棱镜的光学元件未装好。

3.3.2.3.个别仪器目镜安装倾斜，从目镜观察到的干涉条纹便倾斜，调整目镜位置即可排除故障。

3.4.处理方法：调正条纹的倾斜角度，因棱镜的旋转，使两条光线改变水平方向的分离量，也改变了垂直方向的分离量，因而不但条纹的倾斜发生变化，条纹的宽度也改变了。

4.干涉条纹加压后反方向移动

4.1.现象：干涉条纹本身均很好，给仪器加压后，正常情况加压后条纹是向右移动，而现在问题是加压后条纹向左移动。

4.2.原因：是由平面镜座与平面镜、棱镜的镜座与大三棱镜装配不到位，他们配合的钉也未拧紧所导致.

4.3.处理方法：发现条纹反向移动时，首先检查平面镜底座是否因以上原因，如不是可更换新的。另外再检查平面镜座是否是直角，如不是也要更换新的，如此即可。

5.干涉条纹虚

5.1.干涉条纹虚，即不黑。是清渐度不好的一种

5.2.原因及处理方法：

5.2.1.影响严重的是平面镜的平行度差，调整时可以将平面镜反方向来装配进行试验。

5.2.2.灯泡表面有疵病，直接影响条纹的清晰度。

5.2.3.光路歪曲会使条纹上部或下部变虚，必须重新找正确的光路。

5.2.4.镜片表面的各种印迹，尤其是折光棱镜、平面镜、气室平行玻璃存在这种情况更会影响条纹清晰度，使条纹模糊不清。取下目镜组，接通光源，寻找镜片不清晰的部位并擦净即好。

5.2.5.因为平面镜和折光棱镜有应力存在，即便有微小应力存在也会变形，破坏成像的质量。应力的来源是折光棱镜两支柱的高度不等，平面镜平行度不够好及弹簧压板压的松紧不一致等。

6.气样室加压后，干涉条纹变虚

6.1.现象：当气样室加压后，干涉条纹显得很模糊，条纹颜色变成灰黄且暗，亮度也明显下降。

6.2.原因：气样室加压后。干涉条纹变虚的原因有以下几方面：

6.2.1.折光棱镜座平行度不好；

6.2.2.平面镜平行度与折光棱镜角度未配合完好；

6.2.3.光源灯泡表面质量不好；

6.3.处理方法：根据以上的原因可以逐项由简到繁的排出，找出具体原因后，更换零件。

7.干涉条纹粗

粗看干涉条纹很黑，但条纹不亮、不细、上下虚，这种现象主要是干涉条纹亮度不好，发暗。导致暗的因素是平面镜镀膜反射系数低，平面镜组装匹配不好，灯泡本身的亮度差等。

8.干涉条纹模糊不清，主要是仪器的光学零件附有水蒸气或灰尘等。

首先用无水乙醇擦洗光学零件。在擦洗过程中应注意，分划板不能用无水乙醇擦洗。如果光学零件擦洗后，条纹仍不清晰，可沿着光路前后移动物镜，也可调整聚光镜和灯泡位置，找出最满意的干涉条纹。因此，光干涉甲烷测定器无论在装配、维修，还是在测试过程中对温度、湿度、清洁都有一定的要求。

9. 调零手轮失灵

在装配过程中，小三棱镜为组合完好，调零手轮相接触的小三棱镜的弹簧片断裂变形，弹性减弱，弹簧连接片的螺钉未上平都会导致不能复零。使用仪器时发现条纹晃动，这主要是由于反射小三棱镜未组装好。10.示值超差

进行测试时示值超差，干涉条纹宽，仪器读数比实际浓度值大，干涉条纹窄，仪器读数比实际浓度值小。影响干涉条纹宽窄主要是仪器内部的折光棱镜和平面镜两个光学玻璃，通常调整平面镜的倾斜角度来获得所需的干涉条纹宽窄，用垫锡箔与平面镜底面修理两种方法来调整干涉条纹的宽度，所垫锡箔层数最多两层，修锉的底面应保证平整且无毛刺。

11.扩散性试验示值超差

在20±2℃时，进行扩散性试验，扩散试验是将甲烷扩散到空气室而引起干涉条纹移动，其零位变化不得超过0.1%CH4。

由上表分析出数值出现两种现象：A试验数据偏正， 试验证明主要是气室的甲烷室漏气或者是进出气嘴漏气；B试验数据偏负，主要是气室的空气或者是盘形管所导致。

这里我们主要探讨盘形管

11.1.盘形管的作用

○1调节气压平衡；○2防止井下待测气体逐渐渗入进空气室使光干涉型甲烷测定器发生零位变化，导致检测的结果错误。

11.2.如何判断盘形管是否完好的方法

将吸气球组与盘形管相连，把吸气球组压扁后放松直到气球鼓起的时间应是（6～10）s。现有两种现象：○1如果超过10s，盘形管平衡气压时间过长，主要是因为盘形管内有异物，或操作不当使盘行管起头与收尾两端被压扁； ○2如果小于6s，检查盘形管是否有沙眼或折断现象，导致漏气。

12. 气室体在仪器中起关键作用，如何使气室粘合不漏气，就必须掌握胶的配合比例，更重要的是不同地方配合的比例不同。根据长期的试验将配合比例总结如下：

A南方 松香60% 凡士林30% 石蜡10% B北方 松香45% 凡士林10% 石蜡45%

结束语

以上试验及分析，能够更好的判断故障原因，能准确、及时的处理这些故障，帮助我们对光干涉甲烷测定器的干涉条纹故障的了解，从而使我们在以后的工作

不断提高工作质量和工作效率。

参考文献：

[1]JJG-667 光干涉式甲烷测定器的检定规程

[2]MT424-1995 光干涉式甲烷测定器通用技术条件

[3]中国计量出版社 矿用安全计量技术 计量器具科技书刊 邮箱： *****************

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