ITPD20100203A1 - EQUIPMENT FOR MEASURING A GAS CONCENTRATION IN A CLOSED CONTAINER - Google Patents

EQUIPMENT FOR MEASURING A GAS CONCENTRATION IN A CLOSED CONTAINER Download PDF

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ITPD20100203A1
ITPD20100203A1 IT000203A ITPD20100203A ITPD20100203A1 IT PD20100203 A1 ITPD20100203 A1 IT PD20100203A1 IT 000203 A IT000203 A IT 000203A IT PD20100203 A ITPD20100203 A IT PD20100203A IT PD20100203 A1 ITPD20100203 A1 IT PD20100203A1
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IT
Italy
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Lorenzo Cocola
Massimo Fedel
Giuseppe Tondello
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L Pro S R L
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo tecnico Technical field

La presente invenzione à ̈ relativa ad una apparecchiatura per la misura della concentrazione, e preferibilmente anche della pressione, di un gas disposto all’interno di un contenitore chiuso, quale ad esempio una bottiglia, secondo le caratteristiche della rivendicazione n. 1. The present invention relates to an apparatus for measuring the concentration, and preferably also the pressure, of a gas arranged inside a closed container, such as for example a bottle, according to the characteristics of claim n. 1.

Stato dell’arte State of the art

Il problema dell'ossidazione à ̈ diffuso nella produzione di bevande, quali vini e birre, e non vi à ̈ una completa conoscenza dei fenomeni chimici a riguardo. Conoscere la concentrazione di ossigeno presente nel contenitore può essere d'aiuto agli enologi nella previsione e nello studio dell'invecchiamento del vino. The problem of oxidation is widespread in the production of beverages, such as wines and beers, and there is no complete knowledge of the chemical phenomena in this regard. Knowing the concentration of oxygen present in the container can help oenologists in predicting and studying the aging of wine.

La misura della concentrazione di gas, quale ad esempio ossigeno, all'interno di contenitori chiusi come bottiglie sul genere di quelle per bevande gassate, birra, succo e vino viene generalmente realizzata per contatto, ovvero ad esempio mediante foratura del tappo ed introduzione nella bottiglia di un dispositivo di misura quale un sensore di ossigeno. Questo tipo di misura, benché affidabile e preciso, presenta alcuni inconvenienti, difatti esso distrugge l’eventuale sigillo della bottiglia che non può essere messa in vendita ed inoltre la procedura à ̈ lenta ed invasiva. In molti campi dell'industria alimentare ed in particolare nel settore vinicolo e delle bevande à ̈ pertanto presente l’esigenza di avere a disposizione un’apparecchiatura di misura senza contatto per l'ossigeno. Difatti una misura senza contatto può essere effettuata senza alterare il contenuto della bottiglia e quindi ripetuta a piacimento sullo stesso contenitore; può essere altresì resa sufficientemente veloce da permetterne l'impiego in una linea di produzione automatica, in modo da controllare l'intera produzione. Nella domanda di brevetto internazionale WO 2008/053507 à ̈ descritto un metodo per la misura automatica di pressione e concentrazione all’interno di contenitori sigillati, il dispositivo comprendendo una sorgente laser che emette un fascio laser di una predeterminata lunghezza d’onda verso un contenitore otticamente trasparente e dei rivelatori che rilevano il fascio laser che viene attenuato dall’assorbimento del gas. I rivelatori forniscono un primo dato rappresentativo di un primo spettro di assorbimento del gas che include linee di assorbimento distorte e rumore. L’invenzione implementa un metodo di calcolo atto a ricevere ed elaborare questo primo dato. L’output dell’operazione sono parametri che rappresentano un secondo spettro di assorbimento che à ̈ libero da rumore e distorsione nelle linee di assorbimento. Da questi parametri si à ̈ in grado di ottenere la pressione e la concentrazione del gas nel contenitore. The measurement of the concentration of gas, such as oxygen, inside closed containers such as bottles like those for carbonated drinks, beer, juice and wine is generally carried out by contact, or for example by piercing the cap and introducing it into the bottle. of a measuring device such as an oxygen sensor. This type of measurement, although reliable and precise, has some drawbacks, in fact it destroys the possible seal of the bottle that cannot be put on sale and moreover the procedure is slow and invasive. In many fields of the food industry and in particular in the wine and beverage sector there is therefore the need to have a non-contact measuring equipment for oxygen. In fact, a non-contact measurement can be carried out without altering the contents of the bottle and then repeated at will on the same container; it can also be made fast enough to allow its use in an automatic production line, in order to control the entire production. In the international patent application WO 2008/053507 a method is described for the automatic measurement of pressure and concentration inside sealed containers, the device comprising a laser source that emits a laser beam of a predetermined wavelength towards an optically transparent container and detectors that detect the laser beam which is attenuated by the absorption of the gas. The detectors provide a first representative datum of a first gas absorption spectrum which includes distorted absorption lines and noise. The invention implements a calculation method suitable for receiving and processing this first datum. The output of the operation are parameters that represent a second absorption spectrum that is free from noise and distortion in the absorption lines. From these parameters it is possible to obtain the pressure and the concentration of the gas in the container.

La Richiedente ha notato che questo tipo di metodo non à ̈ utilizzabile per pressioni del gas troppo alte. The Applicant has noted that this type of method cannot be used for too high gas pressures.

In “VCSEL-based oxygen spectroscopy for structural analysis of pharmaceutical solids†scritto da T. Svensson et al. pubblicato in Appl. Phys. B 90, 345-354 (2008), à ̈ descritto uno strumento a unico fascio basato sulla spettroscopia di assorbimento a laser accordabile (TDLAS) e il suo uso in un’analisi strutturale di solidi farmaceutici che sono altamente dispersivi. Usando un laser a cavità verticale (VCSEL) per misurare l’ossigeno molecolare disperso in pastiglie, vengono misurate proprietà strutturali come la porosità. In â € œVCSEL-based oxygen spectroscopy for structural analysis of pharmaceutical solidsâ € written by T. Svensson et al. posted in Appl. Phys. B 90, 345-354 (2008), a single beam instrument based on tunable laser absorption spectroscopy (TDLAS) and its use in a structural analysis of pharmaceutical solids that are highly dispersive is described. Using a vertical cavity laser (VCSEL) to measure molecular oxygen dispersed in pellets, structural properties such as porosity are measured.

La Richiedente ha verificato che questo approccio può essere usato unicamente ad una pressione del gas sostanzialmente pari a quella atmosferica. The Applicant has verified that this approach can only be used at a gas pressure substantially equal to the atmospheric one.

L’apparecchiatura dell’invenzione à ̈ atta alla misura della pressione e della concentrazione di un gas all'interno di contenitori sigillati quali bottiglie di vino e bevande senza l’apertura del contenitore stesso. Uno scopo principale di tale apparecchiatura à ̈ la misura di concentrazioni di gas che ricadono all’interno di un intervallo fra lo 0.1% ed il 100 %, più preferibilmente fra lo 0.1% ed il 5%. Questo tipo di apparecchiatura può essere ad esempio utilizzata dagli enologi come diagnosi dei processi di imbottigliamento e tappatura e della conservazione a lungo termine del vino imbottigliato. The apparatus of the invention is suitable for measuring the pressure and concentration of a gas inside sealed containers such as wine and beverage bottles without opening the container itself. A main purpose of this equipment is the measurement of gas concentrations that fall within a range between 0.1% and 100%, more preferably between 0.1% and 5%. This type of equipment can be used, for example, by oenologists as a diagnosis of the bottling and corking processes and the long-term conservation of bottled wine.

Questi ed altri scopi vengono realizzati secondo l’invenzione con un apparecchiatura di misura le cui caratteristiche principali sono definite nelle rivendicazioni annesse. These and other objects are achieved according to the invention with a measuring apparatus whose main characteristics are defined in the attached claims.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: Further characteristics and advantages of the invention will appear from the detailed description that follows, carried out purely by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

- la Figura 1 à ̈ uno schema a blocchi relativo ad un particolare di una fase operativa dell’apparecchiatura dell’invenzione, in particolare l’elaborazione del segnale WMS; - Figure 1 is a block diagram relating to a detail of an operating phase of the apparatus of the invention, in particular the processing of the WMS signal;

- la Figura 2 à ̈ uno schema a blocchi relativo ad un ulteriore particolare di una fase operativa dell’apparecchiatura dell’invenzione, in particolare la sincronizzazione digitale della modulazione del segnale laser e la demodulazione del segnale a valle del fotorivelatore; - la Figura 3 à ̈ uno schema semplificato di un particolare dell’apparecchiatura secondo l’invenzione, in particolare di un dettaglio per minimizzare le retroriflessioni (a) o collimata (b); - Figure 2 is a block diagram relating to a further detail of an operating phase of the apparatus of the invention, in particular the digital synchronization of the laser signal modulation and the demodulation of the signal downstream of the photodetector; - Figure 3 is a simplified diagram of a detail of the apparatus according to the invention, in particular of a detail to minimize retroreflections (a) or collimated (b);

- la Figura 4 rappresenta una vista prospettica di un differente dettaglio dell’apparecchiatura realizzata in accordo con l’invenzione; - la Figura 5 rappresenta uno schema esemplificativo dell’apparecchiatura secondo l’invenzione; - Figure 4 represents a perspective view of a different detail of the apparatus made in accordance with the invention; - Figure 5 represents an exemplary diagram of the apparatus according to the invention;

- le Figure 6a e 6b sono due viste prospettiche, globale e di un dettaglio in scala ingrandita, rispettivamente, dell’apparecchiatura secondo l’invenzione; - Figures 6a and 6b are two perspective views, overall and of a detail on an enlarged scale, respectively, of the apparatus according to the invention;

- la figura 7 rappresenta una vista ingrandita di un elemento dell’apparecchiatura secondo l’invenzione; - figure 7 represents an enlarged view of an element of the apparatus according to the invention;

- la figura 8 rappresenta un diverso esempio preferito del medesimo dettaglio di figura 7; figure 8 represents a different preferred example of the same detail of figure 7;

- la figura 9 à ̈ un grafico rappresentante una curva di calibrazione utilizzata nell’apparecchiatura secondo l’invenzione; - figure 9 is a graph representing a calibration curve used in the apparatus according to the invention;

- le figure 10a e 10b rappresentano il segnale elaborato dall’apparecchiatura dell’invenzione in due diversi stati operativi. - Figures 10a and 10b represent the signal processed by the apparatus of the invention in two different operating states.

Esempi preferiti di realizzazione Preferred examples of embodiment

In figura 6 à ̈ complessivamente indicato con 100 un’apparecchiatura per la misurazione di una concentrazione di un gas all’interno di un contenitore sigillato. In figure 6 a total of 100 indicates an apparatus for measuring a concentration of a gas inside a sealed container.

Nelle figure allegate, tale contenitore à ̈ rappresentato da una bottiglia 200, tuttavia qualunque altro tipo di contenitore può essere impiegato, quali ad esempio lattine ed altro, in cui almeno una porzione del materiale realizzante l’involucro esterno del contenitore stesso sia almeno parzialmente otticamente trasparente. In the attached figures, this container is represented by a bottle 200, however any other type of container can be used, such as cans and the like, in which at least a portion of the material making up the outer casing of the container itself is at least partially optically transparent.

Nell’esempio della bottiglia, in essa à ̈ presente generalmente un liquido e tra la superficie superiore del liquido e il tappo à ̈ generalmente presente una miscela di gas. Nel caso di bottiglie di vino à ̈ desiderabile calcolare la quantità, ovvero la concentrazione, di ossigeno che si trova al di sopra del vino. In the example of the bottle, there is generally a liquid in it and between the upper surface of the liquid and the cap there is generally a mixture of gases. In the case of wine bottles it is desirable to calculate the quantity, or the concentration, of oxygen that is above the wine.

L’apparecchiatura 100 utilizza un metodo di misura basato sulla spettroscopia di assorbimento a diodo laser sintonizzabile (TDLAS). L’apparecchiatura 100 pertanto include un laser 10, preferibilmente un diodo laser sintonizzabile, che emette un fascio laser con una frequenza di emissione corrispondente alla frequenza di assorbimento di un atomo o una molecola del gas target (ovvero del gas di cui si vuole misurare la concentrazione all’interno del contenitore 200, pertanto la frequenza di emissione del fascio laser viene regolata in modo da sostanzialmente coincidere con la frequenza di assorbimento del gas di interesse), ad esempio per quanto riguarda l’ossigeno O2la frequenza di emissione à ̈ nella regione intorno ai 760 nm. Apparatus 100 uses a measurement method based on Tunable Laser Diode Absorption Spectroscopy (TDLAS). The apparatus 100 therefore includes a laser 10, preferably a tunable laser diode, which emits a laser beam with an emission frequency corresponding to the absorption frequency of an atom or a molecule of the target gas (that is, of the gas to be measured the concentration inside the container 200, therefore the emission frequency of the laser beam is adjusted so as to substantially coincide with the absorption frequency of the gas of interest), for example as regards oxygen O2 the emission frequency à ̈ in the region around 760 nm.

Nella tecnologia TDLAS, essendo il laser 10 tale per cui à ̈ possibile modificare la lunghezza d’onda del fascio che viene emesso, il fascio laser che attraversa il contenitore 200 ha una lunghezza d’onda che varia all’interno di un determinato intervallo (ad esempio nel caso dell’ossigeno tale intervallo à ̈ pari a 0.2 nm nell'intorno di 763 nm): l’assorbimento da parte del gas incluso nel contenitore à ̈ quindi misurato per ogni distinta lunghezza d’onda. In TDLAS technology, since the laser 10 is such that it is possible to modify the wavelength of the beam that is emitted, the laser beam that passes through the container 200 has a wavelength that varies within a determined interval (for example in the case of oxygen this interval is equal to 0.2 nm around 763 nm): the absorption by the gas included in the container is then measured for each distinct wavelength .

L’apparecchiatura 100 include altresì una sede 90 per l’alloggiamento del contenitore 200 in cui à ̈ contenuta la miscela di gas, tra cui il gas target, di cui viene misurato l’assorbimento. The apparatus 100 also includes a seat 90 for housing the container 200 which contains the gas mixture, including the target gas, of which the absorption is measured.

Il laser 10 pertanto secondo questo esempio preferito può essere ad esempio un laser a cavità verticale che emette da una superficie (VCSEL), oppure un laser del tipo a retroazione distribuita (DFB). Si tratta di laser con emissione a singolo modo con larghezza inferiore ad 1 GHz sintonizzabili mediante variazione della temperatura o della corrente di giunzione della temperatura o della corrente di giunzione. Therefore, the laser 10 according to this preferred example can be for example a vertical cavity laser emitting from a surface (VCSEL), or a laser of the distributed feedback type (DFB). These are single-mode emission lasers with a width of less than 1 GHz that can be tuned by varying the temperature or the junction current, the temperature or the junction current.

In aggiunta al laser 10, l’apparecchiatura 100 include un rivelatore 30, preferibilmente un fotorivelatore, che riceve il fascio laser emesso dal laser 10 dopo che esso ha attraversato il contenitore 200. Per raccogliere la maggior parte della luce in uscita dal campione à ̈ stato impiegato nell’esempio preferito rappresentato in figura 4 come rivelatore 30 un fotodiodo al silicio dotato di grande superficie sensibile, tuttavia altri rivelatori sono impiegabili come noto al tecnico del ramo. In addition to the laser 10, the apparatus 100 includes a detector 30, preferably a photodetector, which receives the laser beam emitted by the laser 10 after it has passed through the container 200. To collect most of the light exiting the sample à In the preferred example shown in Figure 4, a silicon photodiode with a large sensitive surface has been used as detector 30, however other detectors can be used as known to those skilled in the art.

Laser 10 e rivelatore 30 sono montati su un telaio 20, ad esempio supportati entrambi agli estremi opposti di una trave 55, in cui il posizionamento di laser 10 e rivelatore 30 risulta regolabile, ad esempio tramite delle manopole o altri mezzi di per sé noti, così da spostare assialmente laser/rivelatore nonché per regolare la distanza tra gli stessi, oltre ad effettuare un movimento di posizionamento verticale. A seconda del contenitore 200 difatti, il posizionamento del primo canale di misura identificato dal laser 10 e dal rivelatore 30 in modo da corrispondere alla zona in cui à ̈ presente la miscela di gas può essere differente. Laser 10 and detector 30 are mounted on a frame 20, for example both supported at opposite ends of a beam 55, in which the positioning of laser 10 and detector 30 is adjustable, for example by means of knobs or other means known per se. , so as to axially move the laser / detector as well as to adjust the distance between them, as well as perform a vertical positioning movement. In fact, depending on the container 200, the positioning of the first measurement channel identified by the laser 10 and the detector 30 so as to correspond to the area in which the gas mixture is present can be different.

E’ inoltre preferibilmente previsto un supporto 95 su cui viene posizionato il contenitore 200 in modo da regolare l’altezza dello stesso (i.e. il supporto 95 à ̈ movimentabile assialmente così da variare la posizione lungo l’asse Z del contenitore 200; si veda la figura 6). Tale supporto 95 à ̈ altresì preferibilmente ruotabile attorno al proprio asse per consentire più gradi di libertà possibili nel posizionamento del contenitore 200, ad esempio il supporto 95 comprende un mandrino. Inoltre supporto 95 e telaio 20 sono preferibilmente tra loro indipendenti, ovvero non vi à ̈ una connessione meccanica tra i due elementi, così da risultare meccanicamente disaccoppiati. A support 95 is also preferably provided on which the container 200 is positioned so as to adjust the height of the same (i.e. the support 95 can be moved axially so as to vary the position along the Z axis of the container 200 ; see figure 6). This support 95 is also preferably rotatable about its own axis to allow as many degrees of freedom as possible in positioning the container 200, for example the support 95 comprises a mandrel. Furthermore, the support 95 and frame 20 are preferably independent of each other, ie there is no mechanical connection between the two elements, so as to be mechanically decoupled.

Come visualizzato in figura 3b, l’apparecchiatura 100 include inoltre una elettronica di controllo che esegue una pluralità di funzioni per il corretto funzionamento dell’apparecchiatura 100. Tali funzioni, alcune di carattere noto nel settore tecnico di riferimento ed altre proprie dell’invenzione, saranno meglio dettagliate qui nel seguito. A titolo di esempio, dall’elettronica 40 sono effettuate la scansione, la modulazione del segnale emesso dal laser 10, il controllo di guadagno, la normalizzazione e la demodulazione del segnale ottico che giunge al rivelatore 30, tutte funzioni che sono preferibilmente totalmente controllate via software. Nell’elettronica 40 pertanto sono inclusi tutti i mezzi di calcolo per le elaborazioni sotto dettagliate. As shown in figure 3b, the apparatus 100 also includes a control electronics that performs a plurality of functions for the correct operation of the apparatus 100. These functions, some of a known nature in the technical sector of reference and others specific to the reference technical sector. ™ invention, will be better detailed below. By way of example, from the electronics 40 are carried out the scanning, the modulation of the signal emitted by the laser 10, the gain control, the normalization and the demodulation of the optical signal reaching the detector 30, all functions which are preferably totally controlled. via software. Therefore, all the means of calculation for the elaborations detailed below are included in the electronics 40.

Come noto nel settore, quando un fascio di luce monocromatica di intensità I( λ, z ) entra in un mezzo assorbente, la radiazione trasmessa attraverso uno spessore Z ha intensità pari a As known in the art, when a monochromatic light beam of intensity I (Î », z) enters an absorbing medium, the radiation transmitted through a thickness Z has an intensity equal to

I(λ,z)= I<(>λ<)>â‹…exp[−k<(>λ ,T<)>â‹…z ](1)dove<k ( λ , T )>à ̈ una costante positiva chiamata il coefficiente di assorbimento. Secondo la legge di Beer, il coefficiente di assorbimento à ̈ proporzionale alla concentrazione del materiale assorbente. In particolare: I (Î », z) = I <(> λ <)> â ‹… exp [âˆ'k <(> λ, T <)> â ‹… z] (1) where <k (λ, T)> is a positive constant called the absorption coefficient. According to Beer's law, the absorption coefficient is proportional to the concentration of the absorbent material. In particular:

k(λ,T)=Si<(>T<)>⋅φ<(>λ,T,P<)>â‹…n<(>p,T<)>(2)dove<S>i<(T )>à ̈ l’assorbimento totale per molecola per la transizione i-esima,<φ (λ ,T , P )>à ̈ la funzione della forma della linea spettrale e n (p,T ) à ̈ la densitàdelle molecole assorbenti. T e P sono rispettivamente la temperatura e la pressione, p la pressione parziale del gas di interesse. k (Î », T) = Si <(> T <)> â‹… Ï † <(> Î », T, P <)> â‹… n <(> p, T <)> (2) where <S> i <(T)> is the total absorption per molecule for the i-th transition, <Ï † (Î », T, P)> is the function of the shape of the spectral line and n (p, T) is the density of the absorbent molecules. T and P are respectively the temperature and the pressure, p the partial pressure of the gas of interest.

La densità delle molecole del gas, che à ̈ collegata alla concentrazione, à ̈ il valore che si vuole ottenere, dati per noti l’assorbimento totale per molecola (ad esempio da tabelle) ed il cammino ottico (z). The density of the gas molecules, which is related to the concentration, is the value to be obtained, given the total absorption per molecule (for example from tables) and the optical path (z).

La linea spettrale non à ̈ una linea di dimensione pari a zero, ma à ̈ una distribuzione detta “linea dello spettro†. Comunemente tale distribuzione à ̈ rappresentata come una distribuzione Lorentziana, ovvero The spectral line is not a zero-dimensional line, but is a distribution called the "spectrum line". Commonly this distribution is represented as a Lorentzian distribution, that is

<( Γ>/ 2<)><(Î “> / 2 <)>

<φ>(<λ,T,P>)<=>(3)Ï€(λ2 (Γ / 2 ) 2 )<Ï †> (<Î », T, P>) <=> (3) Ï € (λ 2 (Î “/ 2) 2)

dove Г à ̈ l’ampiezza a metà altezza del massimo, o FWHM, in Hertz. where Ð “is the amplitude at half height of the maximum, or FWHM, in Hertz.

In un regime di allargamento della riga di assorbimento principalmente dovuto ai soli urti (approssimazione valida a temperatura ambiente a pressioni superiori a 0.5 bar) la larghezza in Hertz (HWHM) si può scrivere come: In a regime of widening of the absorption line mainly due to shocks only (approximation valid at room temperature at pressures above 0.5 bar) the width in Hertz (HWHM) can be written as:

<4N>Ï <2 P>Γ =(4) RTÎ1⁄4Ï€<4N> Ï <2 P> Î “= (4) RTÎ1⁄4Ï €

con Ï <2>sezione d'urto, N numero di Avogadro, P pressione totale del gas, R costante universale dei gas, Î1⁄4 massa della particella e T temperatura. with Ï <2> cross section, N Avogadro number, P total gas pressure, R universal gas constant, Î1⁄4 mass of the particle and T temperature.

L'equazione (4) à ̈ valida nell'approssimazione di allargamento riga dovuto ai soli urti, valida nel regime operativo dell’apparecchiatura 100. L'allargamento viene qui espresso in frequenza. Equation (4) is valid in the approximation of line widening due to shocks alone, valid in the operating regime of the apparatus 100. The widening is here expressed in frequency.

L’apparecchiatura 100 inoltre opera in regime di modulazione della lunghezza d'onda (WMS) per monitorare le deboli righe di assorbimento nella regione dello spettro sopra indicata, difatti in una possibile applicazione di questa apparecchiatura il segnale di assorbimento del gas, ad esempio dell'ossigeno, à ̈ molto debole. The apparatus 100 also operates in a wavelength modulation regime (WMS) to monitor the weak absorption lines in the spectrum region indicated above, in fact in a possible application of this apparatus the gas absorption signal, for example of oxygen, it is very weak.

La WMS viene usata per venire incontro ai problemi tradizionali della spettroscopia di assorbimento, problemi che sono dovuti alla necessità di misurare una piccola variazione sovrapposta ad un segnale di elevata intensità quale il segnale proveniente dall’assorbimento del gas di interesse che à ̈ particolarmente debole se paragonato al rumore di fondo. Tale tecnica WMS può essere implementata in modo da risultare estremamente immune alle fluttuazioni di potenza ed efficienza sempre presenti nell'intervallo di sintonizzabilità fornito dai diodi laser. The WMS is used to meet the traditional problems of absorption spectroscopy, problems that are due to the need to measure a small variation superimposed on a signal of high intensity such as the signal coming from the absorption of the gas of interest which is particularly weak. compared to background noise. This WMS technique can be implemented in such a way as to be extremely immune to the power and efficiency fluctuations always present in the tunability range provided by laser diodes.

In figura 2 à ̈ esemplificato uno schema a blocchi della circuiteria 50 che consente l’implementazione della WMS, tale circuiteria 50 à ̈ parte dell’elettronica 40. La misura in modulazione di lunghezza d’onda si realizza modulando la corrente di pilotaggio del laser mediante un segnale sinusoidale di frequenza Ω (ad esempio qualche decina di kHz) tramite un buffer di modulazione 70 con ampiezza tale da provocare uno spostamento massimo nella lunghezza d'onda di emissione del laser paragonabile alla larghezza della riga di assorbimento di interesse. A questa modulazione si sovrappone un ulteriore modulazione con un’onda triangolare di ampiezza variabile e di frequenza dell’ordine delle decine di Hz in modo da ottenere più “spazzolate†della medesima regione spettrale. Figure 2 illustrates a block diagram of the circuitry 50 which allows the implementation of the WMS, this circuitry 50 is part of the electronics 40. The measurement in modulation of wavelength is carried out by modulating the current of driving the laser by means of a sinusoidal signal of frequency Î © (for example a few tens of kHz) by means of a modulation buffer 70 with an amplitude such as to cause a maximum shift in the emission wavelength of the laser comparable to the width of the absorption line of interest. A further modulation is superimposed on this modulation with a triangular wave of variable amplitude and frequency of the order of tens of Hz in order to obtain more "brushed" of the same spectral region.

A tal fine, sempre con riferimento alla figura 2: To this end, again with reference to figure 2:

- una scheda di conversione 60 operante in modalità da digitale ad analogico D/A converte il segnale di modulazione; - a conversion card 60 operating in digital to analog D / A mode converts the modulation signal;

- il segnale generato dalla scheda di conversione D/A 60 viene inviato al laser 10 per ottenere la modulazione anzidetta ad onda triangolare sovrapposta ad una sinusoide a radiofrequenza; - the signal generated by the D / A conversion board 60 is sent to the laser 10 to obtain the aforementioned triangular wave modulation superimposed on a radiofrequency sinusoid;

- il segnale ricevuto dal foto-rivelatore 20 viene digitalizzato tramite una ulteriore scheda 60’ operante in modalità da analogico a digitale A/D in modo sincrono alla precedente scheda tramite un clock 80; le schede 60 e 60’ possono coincidere; - the signal received by the photo-detector 20 is digitized by means of a further card 60â € ™ operating in analogue to digital A / D mode synchronously to the previous card by means of a clock 80; cards 60 and 60â € ™ can coincide;

- il segnale digitalizzato viene mediato, normalizzato in ampiezza e successivamente elaborato con filtri nel modo descritto nel seguito. Tuttavia la doppia modulazione del segnale inviato al laser 10 fa sì che le non linearità del canale di misura dovute all'assorbimento provochino una distorsione del segnale modulante, aumentandone il contenuto armonico. Dal lato ricevitore, il segnale del fotorivelatore 30 viene filtrato attorno ad una delle armoniche della frequenza di modulazione e quindi rivelato (figura 1). - the digitized signal is averaged, normalized in amplitude and subsequently processed with filters in the manner described below. However, the double modulation of the signal sent to the laser 10 causes the non-linearities of the measurement channel due to absorption to cause a distortion of the modulating signal, increasing its harmonic content. On the receiver side, the signal of the photodetector 30 is filtered around one of the harmonics of the modulation frequency and then detected (Figure 1).

Tuttavia, utilizzando una conversione del segnale che giunge al fotorivelatore 30 da analogico a digitale, si ottiene un vantaggio che risiede nella possibilità di ottenere filtri a pettine particolarmente stretti grazie ad un campionamento coerente nelle sezioni A/D e D/A dello strumento (figura 2). Il segnale acquisito dal fotorivelatore 30 ed inviato alla scheda di conversione A/D viene infatti sottoposto ai seguenti step, realizzati via software: However, by using a conversion of the signal that reaches the photodetector 30 from analog to digital, an advantage is obtained which lies in the possibility of obtaining particularly narrow comb filters thanks to a coherent sampling in the A / D and D / A sections of the instrument (figure 2). The signal acquired by the photodetector 30 and sent to the A / D conversion board is in fact subjected to the following steps, carried out via software:

- viene effettuata una media coerente (step A di figura 1) fra multiple scansioni (una scansione à ̈ il segnale di input in figura 1), che permette una notevole miglioramento del rapporto segnale rumore; - viene eseguito un filtraggio a banda stretta (supergaussiano) (si veda il blocco B della figura 1) attorno alla seconda armonica del segnale di modulazione, in modo da ottenere il segnale da demodulare senza introdurre distorsioni di fase e senza alterare la forma della traccia; - viene effettuata una demodulazione del segnale così ottenuto mediante traslazione in banda base (blocco C in figura 3), con applicazione di una rotazione di fase adeguata a compensare i ritardi di modulazione introdotti dall'insieme laser e driver di corrente; - a coherent average is carried out (step A in figure 1) between multiple scans (one scan is the input signal in figure 1), which allows a considerable improvement in the signal-to-noise ratio; - a narrow band (supergaussian) filtering is performed (see block B of figure 1) around the second harmonic of the modulation signal, in order to obtain the signal to be demodulated without introducing phase distortions and without altering the shape of the track ; - a demodulation of the signal thus obtained is carried out by translating it into the base band (block C in figure 3), with the application of an adequate phase rotation to compensate for the modulation delays introduced by the laser and current driver assembly;

- viene eseguito un fit del segnale così ottenuto (blocco D), ad esempio per mezzo di fit ai minimi quadrati oppure matched filter con profili di assorbimento di riferimento, a seconda del range di pressioni operative richiesto allo strumento; il fit eseguito à ̈ tipico dell’invenzione e verrà meglio descritto nel seguito; - a fit of the signal thus obtained is performed (block D), for example by means of a least squares fit or matched filter with reference absorption profiles, depending on the range of operating pressures required by the instrument; the fit performed is typical of the invention and will be better described below;

- ed à ̈ quindi effettuata la misura della concentrazione di gas analizzando il segnale ottenuto dopo gli step A-D come descritto nel seguito. - and the gas concentration is then measured by analyzing the signal obtained after steps A-D as described below.

Questo tipo di trattazione del segnale, ovvero il metodo di modulazione e demodulazione del segnale, à ̈ altresì noto da T. Svensson, M. Andersson, L. Rippe, S. Svanberg, S. Andersson-Engels, J. Johansson, S. Folestad, VCSEL-based oxygen spectroscopy for structural analysis of pharmaceutical solids, Appl. Phys. B 90, 345–354 (2008) che viene qui incorporato. In questo articolo tuttavia sono utilizzati filtri diversi rispetto a quelli della presente invenzione. This type of signal treatment, i.e. the modulation and demodulation method of the signal, is also known by T. Svensson, M. Andersson, L. Rippe, S. Svanberg, S. Andersson-Engels, J. Johansson, S Folestad, VCSEL-based oxygen spectroscopy for structural analysis of pharmaceutical solids, Appl. Phys. B 90, 345â € “354 (2008) which is incorporated herein. In this article, however, different filters are used than those of the present invention.

In aggiunta l’operazione di media sincrona tra più scansioni di cui allo step A della descrizione di cui sopra realizza un filtraggio a pettine del segnale rivelato dal rivelatore 30, attenuando ogni componente di disturbo che non risulti sincronizzata con il segnale di scansione. Il tipo di segnale ottenuto dopo ogni step di figura 1 à ̈ schematizzato nella figura 1 stessa sotto ogni blocco corrispondente. In addition, the synchronous averaging operation between several scans as described in step A of the above description carries out a comb filtering of the signal detected by the detector 30, attenuating any disturbing component which is not synchronized with the scanning signal. The type of signal obtained after each step of figure 1 is schematized in figure 1 itself under each corresponding block.

Il principale problema dei metodi TDLAS-WMS risiede nell'interpretazione dei dati acquisiti, cioà ̈ nell’interpretazione del segnale demodulato, come ad esempio del segnale demodulato nel modo appena descritto negli step A-C della figura 3, interpretazione che generalmente richiede algoritmi sofisticati per la rivelazione simultanea di pressione totale e concentrazione della specie d'interesse a partire dalla forma e dall'intensità del segnale di assorbimento. Pertanto, ottenuto lo spettro di assorbimento tramite il primo canale del gas di cui si vuole conoscere la concentrazione, à ̈ estremamente complesso ricavare da questo spettro contemporaneamente sia il valore di pressione che il valore di concentrazione. Come noto nel settore, nella WMS-TDLAS le forme d'onda demodulate sono (nell'ipotesi di profondità di modulazione piccola) un'approssimazione delle derivate n-esime del profilo di assorbimento, dove n à ̈ l'ordine dell'armonica demodulata; da misure di larghezza dei picchi presenti nelle forme d'onda demodulate à ̈ possibile, previa calibrazione, risalire alla pressione del campione in esame; la concentrazione invece viene ricavata dall'ampiezza del segnale demodulato, nota la pressione. The main problem of TDLAS-WMS methods lies in the interpretation of the acquired data, that is in the interpretation of the demodulated signal, such as for example of the demodulated signal in the way just described in steps A-C of figure 3, an interpretation that generally requires sophisticated algorithms to the simultaneous detection of total pressure and concentration of the species of interest starting from the shape and intensity of the absorption signal. Therefore, having obtained the absorption spectrum through the first channel of the gas whose concentration you want to know, it is extremely complex to obtain both the pressure value and the concentration value from this spectrum at the same time. As known in the art, in the WMS-TDLAS the demodulated waveforms are (in the hypothesis of small modulation depth) an approximation of the n-th derivatives of the absorption profile, where n is the order of the demodulated harmonic ; from measurements of the width of the peaks present in the demodulated waveforms it is possible, after calibration, to trace the pressure of the sample under examination; the concentration is instead obtained from the amplitude of the demodulated signal, known the pressure.

Mentre nella spettroscopia ad assorbimento diretto à ̈ possibile impiegare un semplice algoritmo di fit per mettere il segnale acquisito in relazione con un modello teorico delle righe di assorbimento, nel caso della WMS la situazione si complica a causa dell'interazione fra la larghezza della riga e la profondità di modulazione di lunghezza d'onda applicata al laser. While in direct absorption spectroscopy it is possible to use a simple fit algorithm to relate the acquired signal to a theoretical model of the absorption lines, in the case of WMS the situation is complicated due to the interaction between the line width and the depth of wavelength modulation applied to the laser.

Secondo l’invenzione, per risolvere il problema di cui sopra, vengono usati due canali di misura per ottenere i valori di pressione totale e di concentrazione del gas di interesse. Il primo canale à ̈ dato dal diodo 10 e rivelatore 30, ed il secondo viene descritto nel seguito. L'intensità di picco del segnale di assorbimento del gas di interesse può essere ricavata dall'analisi delle forme d'onda demodulate prima descritte ottenute nel primo canale tramite misura di picco sul segnale oppure su di una versione ottenuta per mezzo di fit o di un matched filter per aumentare la sensibilità nel caso di rapporti S/N bassi. Il valore della concentrazione sarà poi ottenuto a partire dall'intensità di picco tramite applicazione di una curva di calibrazione, fase analizzata nel seguito, conoscendo la pressione (informazione che viene ottenuta tramite un secondo canale ed un secondo spettro di assorbimento, come verrà meglio descritto nel seguito). La curva di calibrazione riporta infatti il valore di intensità di picco con cui risponde lo strumento per una concentrazione nota, al variare della pressione. Pertanto, data la pressione (calcolata nel modo descritto nel seguito), e calcolata l’intensità di picco dello spettro del gas di cui si vuole ottenere la concentrazione (tramite una misura del segnale o di una sua elaborazione come successivamente spiegato), dalla curva di calibrazione anzidetta si ottiene il valore della concentrazione desiderato. According to the invention, to solve the above problem, two measurement channels are used to obtain the total pressure and concentration values of the gas of interest. The first channel is given by the diode 10 and detector 30, and the second is described below. The peak intensity of the absorption signal of the gas of interest can be obtained from the analysis of the demodulated waveforms described above obtained in the first channel by measuring the peak on the signal or on a version obtained by means of a fit or a matched filter to increase sensitivity in the case of low S / N ratios. The concentration value will then be obtained starting from the peak intensity by applying a calibration curve, phase analyzed below, knowing the pressure (information that is obtained through a second channel and a second absorption spectrum, as will be better described in the sequel). In fact, the calibration curve shows the peak intensity value with which the instrument responds for a known concentration, as the pressure varies. Therefore, given the pressure (calculated as described below), and calculated the peak intensity of the spectrum of the gas whose concentration is to be obtained (through a measurement of the signal or its processing as explained below), from aforementioned calibration curve, the desired concentration value is obtained.

Ad esempio in figura 9 à ̈ riportata una curva di calibrazione per una pluralità di pressioni e di ampiezze picco picco del segnale, per una concentrazione di ossigeno del 20%. Tale curva appartiene ad una famiglia di curve ottenute per diverse concentrazioni del gas di interesse di cui si vuole conoscere il valore di concentrazione (una curva = una specifica concentrazione di gas), curve che vengono salvate in una memoria dell’apparecchiatura. Pertanto ottenuto il valore di picco del segnale dato dal primo canale ed il valore della pressione totale della miscela di gas, dai due punti viene individuata una (unica) curva appartenente alla famiglia di curve di calibrazione anzidette e da questa individuazione viene ottenuto il valore di concentrazione del gas di interesse (poiché una curva corrisponde ad una specifica concentrazione di gas). For example, figure 9 shows a calibration curve for a plurality of pressures and peak-to-peak amplitudes of the signal, for an oxygen concentration of 20%. This curve belongs to a family of curves obtained for different concentrations of the gas of interest whose concentration value is to be known (a curve = a specific gas concentration), curves that are saved in a memory of the equipment. Therefore, having obtained the peak value of the signal given by the first channel and the value of the total pressure of the gas mixture, from the two points a (single) curve belonging to the family of aforementioned calibration curves is identified and from this identification the value of concentration of the gas of interest (since a curve corresponds to a specific gas concentration).

Secondo una caratteristica preferita dell’invenzione, sul segnale che giunge al fotorivelatore 30 viene utilizzato un matched filter (si veda ancora il blocco D della figura 3), che à ̈ un filtro lineare tempo invariante con la caratteristica di massimizzare il rapporto segnale/rumore in uscita nel caso di un ingresso costituito da un impulso di forma nota. La risposta impulsiva che verifica questa condizione à ̈ data dal complesso coniugato invertito nel tempo dell'impulso modello; nel nostro caso il modello à ̈ rappresentato dalla derivata seconda della funzione Lorentziana dalla dall’equazione (3), essendo tale funzione la forma della linea dello spettro (ed à ̈ noto come tale derivata seconda sia una buona approssimazione del segnale come rivelato e filtrato dall’apparecchiatura 100). Semplificando l’equazione (3): According to a preferred feature of the invention, a matched filter is used on the signal arriving at the photodetector 30 (see again block D of Figure 3), which is a linear time invariant filter with the characteristic of maximizing the signal / signal ratio. output noise in the case of an input consisting of a pulse of a known shape. The impulse response that verifies this condition is given by the conjugate complex inverted in the time of the model impulse; in our case the model is represented by the second derivative of the Lorentzian function from the equation (3), this function being the shape of the spectrum line (and it is known that this second derivative is a good approximation of the signal as revealed and filtered by equipment 100). Simplifying equation (3):

φ (λ,T, P ) 1 Ï † (Î », T, P) 1

∠to

λ<2>+ 1 Î »<2> + 1

5 5

per cui la derivata seconda à ̈ data da whereby the second derivative is given by

( λ4 (Î »4

P ) 3<+>2λ 2<−>1 P) 3 <+> 2Î »2 <−> 1

φ λ,T,''∠2â‹… . (5) Ï † Î », T, '' ∠2â‹…. (5)

(λ2+ 1 )4(Î »2+ 1) 4

Questa curva à ̈ anche chiamata “seconda armonica†. This curve is also called the â € œsecond harmonicâ €.

E' possibile anche implementare un modello più accurato che tenga conto della non idealità dovuta alla profondità di modulazione finita. Tale modello non consisterà nella derivata n-esima analitica della funzione lorenziana, ma sarà ottenuto attraverso un filtraggio del profilo di assorbimento con una risposta impulsiva adatta a modellare l'effetto dell'interazione fra la sorgente modulata e la riga di assorbimento. It is also possible to implement a more accurate model that takes into account the non-ideality due to the finite depth of modulation. This model will not consist of the nth analytical derivative of the Lorenzian function, but will be obtained by filtering the absorption profile with an impulse response suitable for modeling the effect of the interaction between the modulated source and the absorption line.

Questo ultimo tipo di matched filter à ̈ descritto in dettaglio in This last type of matched filter is described in detail in

R. Arndt, Analytical lineshapes for lorentzian signals broadened by modulation, J. Appl. Phys., 36, 2522-2524 (1965) R. Arndt, Analytical lineshapes for lorentzian signals broadened by modulation, J. Appl. Phys., 36, 2522-2524 (1965)

e And

J. Reid, D. Labrie, Second harmonic detection with tunable diode lasers – comparison of experiments and theory, Appl. Phys. B, 26, 203-210 (1981), che risultano qui incorporati. J. Reid, D. Labrie, Second harmonic detection with tunable diode lasers - comparison of experiments and theory, Appl. Phys. B, 26, 203-210 (1981), which are incorporated herein.

In fig. 10a à ̈ riportata la sovrapposizione dei segnali ricevuti dal rilevatore 30 del primo canale e demodulati come descritto di trentotto diverse misure (in ascissa sono indicate unità arbitrarie proporzionali alla lunghezza d'onda, in ordinata unità arbitrarie proporzionali all'intensità del segnale di seconda armonica, normalizzata rispetto all'ampiezza RMS del segnale in ingresso): in fig. 10b sono riportati i segnali delle stesse misure processati con il matched filter in cui si nota una considerevole riduzione del rumore. In fig. 10a shows the superposition of the signals received by the detector 30 of the first channel and demodulated as described by thirty-eight different measures (in the abscissa are indicated arbitrary units proportional to the wavelength, in ordinate arbitrary units proportional to the intensity of the second harmonic signal , normalized with respect to the RMS amplitude of the input signal): in fig. 10b shows the signals of the same measurements processed with the matched filter in which there is a considerable reduction in noise.

Grazie alle tecniche digitali di modulazione-demodulazione per migliorare il rapporto segnale rumore sopra descritte à ̈ consentita la misura anche in presenza di assorbanze inferiori a 3 x10<-6>. Thanks to the digital modulation-demodulation techniques to improve the signal-to-noise ratio described above, the measurement is also possible in the presence of absorbances lower than 3 x10 <-6>.

Tramite le caratteristiche preferite dell’invenzione, ovvero una gestione digitale del segnale ottenuto dal rivelatore 30, nonché la presenza del matched filter, vengono minimizzati le componenti “di rumore†nel segnale rilevato. Tuttavia come anzidetto nelle misure tramite TDLAS la misura di pressione totale e concentrazione a partire dalla forma “simil-derivata†del profilo di assorbimento (si veda l’equazione (4)) di un gas (in questo caso del gas di cui si vuole conoscere la concentrazione) può essere molto difficile nel caso di piccole concentrazioni (es. sotto il 5%, tipico della concentrazione di ossigeno nelle bottiglie di vino), a causa della brevità del cammino ottico. Per migliorare il funzionamento a questi regimi, nell’apparecchiatura dell’invenzione 100 à ̈ stato aggiunto un secondo canale di misura (si veda la figura 6 e la figura 5) basato su TDLAS ad assorbimento diretto con una seconda sorgente laser 110, ad esempio un laser VCSEL, ed un secondo rivelatore 130, anch’esso preferibilmente un fotodiodo. By means of the preferred characteristics of the invention, ie a digital management of the signal obtained from the detector 30, as well as the presence of the matched filter, the â € œnoiseâ € components in the detected signal are minimized. However, as aforesaid in the measurements using TDLAS, the measurement of total pressure and concentration starting from the `` similar-derivative '' form of the absorption profile (see equation (4)) of a gas (in this case the gas of which you want to know the concentration) can be very difficult in the case of small concentrations (eg below 5%, typical of the oxygen concentration in wine bottles), due to the shortness of the optical path. To improve the operation at these regimes, in the apparatus of the invention 100 a second measurement channel has been added (see figure 6 and figure 5) based on direct absorption TDLAS with a second laser source 110, for example a VCSEL laser, and a second detector 130, also preferably a photodiode.

Il secondo canale ad esempio può essere costituito da un VCSEL operante intorno ai 2 Î1⁄4m per la rilevazione di anidride carbonica con un fotodiodo InGaAs extended. The second channel, for example, can consist of a VCSEL operating around 2 Î1⁄4m for the detection of carbon dioxide with an InGaAs extended photodiode.

Questo secondo canale di misura può essere configurato in direzione ortogonale rispetto al primo, ovvero laser 110 e fotodiodo 130 sono disposti sostanzialmente a 90° rispetto alla direzione definita dal primo laser 10 e fotodiodo 30. Tuttavia qualunque altra configurazione à ̈ ricompresa nella presente invenzione. Ovviamente laser 110 e fotodiodo 130 sono disposti in corrispondenza del telaio 20 e del contenitore in modo tale da far si che il fascio laser emesso dal laser 110 attraversi la miscela di gas nel contenitore 200 contenente il gas di cui si vuole conoscere la concentrazione. This second measurement channel can be configured in an orthogonal direction with respect to the first, ie laser 110 and photodiode 130 are arranged substantially at 90 ° with respect to the direction defined by the first laser 10 and photodiode 30. However, any other configuration is included in the present invention. Obviously, the laser 110 and the photodiode 130 are arranged in correspondence with the frame 20 and the container in such a way as to cause the laser beam emitted by the laser 110 to cross the gas mixture in the container 200 containing the gas whose concentration is to be known.

Un canale cosi definito viene impiegato per la misura della pressione totale della miscela gassosa presente nel contenitore 200 che deve essere usata per il calcolo della concentrazione del gas di interesse. A channel thus defined is used for measuring the total pressure of the gaseous mixture present in the container 200 which must be used for calculating the concentration of the gas of interest.

Questa misura della pressione totale, da usare poi assieme alla curva di calibrazione e all’intensità del picco del primo spettro, la si ricava a partire dal profilo di assorbimento di un altro gas (es.CO2o H2O) contenuto nella miscela di gas presente nel contenitore 200. Ad esempio, un metodo di misura per calcolare la pressione a partire dal profilo di assorbimento di un secondo gas à ̈ descritto nella domanda di brevetto internazionale WO 2008/053507 (ovvero il metodo di misura per ottenere il valore della pressione totale del gas à ̈ quello descritto in questa domanda di brevetto). Tale metodo può essere ad esempio impiegato nella presente invenzione, tuttavia qualunque altro metodo di spettroscopia TDLAS può essere impiegato. This measurement of the total pressure, to be used together with the calibration curve and the intensity of the peak of the first spectrum, is obtained starting from the absorption profile of another gas (e.g. CO2 or H2O) contained in the gas mixture present. in container 200. For example, a measurement method for calculating the pressure starting from the absorption profile of a second gas is described in the international patent application WO 2008/053507 (i.e. the measurement method for obtaining the value of the total pressure of the gas is that described in this patent application). This method can be used for example in the present invention, however any other TDLAS spectroscopy method can be used.

In figura 5 i due canali sono schematizzati, il primo canale emettendo un fascio laser F ed il secondo canale emettendo il secondo fascio laser F’ con i rivelatori 30,130 per l’acquisizione dei due spettri di assorbimento. In figure 5 the two channels are schematized, the first channel emitting a laser beam F and the second channel emitting the second laser beam Fâ € ™ with detectors 30,130 for the acquisition of the two absorption spectra.

La pressione totale viene quindi rilevata dall'analisi dello spettro di assorbimento CO2gassosa presente nella miscela, o altro gas come detto (un altro gas di interesdse può essere ad esempio vapor acqueo), misura ottenuta tramite il secondo canale (la misura dello spettro di assorbimento del secondo gas à ̈ preferibilmente effettuata come descritto nella domanda di brevetto WO 2008/053507). The total pressure is then detected by the analysis of the CO2 gaseous absorption spectrum present in the mixture, or other gas as mentioned (another gas of interest can be for example water vapor), measurement obtained through the second channel (the measurement of the absorption spectrum of the second gas is preferably carried out as described in patent application WO 2008/053507).

Questa seconda parte dello strumento, può costituire un dispositivo a sé stante e non connesso con il primo, tuttavia l’incorporazione nello stesso telaio 20 à ̈ la disposizione preferita. In questa modalità di funzionamento, la pressione totale à ̈ ottenuta mediante misura della larghezza di alcune righe di assorbimento del secondo gas contenuto nella miscela (e.g. CO2) ed il valore viene impiegato per la misura di concentrazione del gas di interesse (e.g. O2) mediante l'applicazione della curva di calibrazione al valore di intensità della caratteristica di assorbimento del gas di interesse. This second part of the instrument may constitute a separate device and not connected with the first, however the incorporation in the same frame 20 is the preferred arrangement. In this operating mode, the total pressure is obtained by measuring the width of some absorption lines of the second gas contained in the mixture (e.g. CO2) and the value is used to measure the concentration of the gas of interest (e.g. O2) by means of the application of the calibration curve to the intensity value of the absorption characteristic of the gas of interest.

La curva di calibrazione (esempio in fig. 7), ottenuta a partire da una serie di misure effettuate in presenza di concentrazioni fisse e pressioni note, à ̈ utile per compensare il variare della risposta dello strumento in funzione della pressione. Tale curva à ̈ ottenuta in fase di calibrazione, con diverse misure effettuate al variare della pressione iniettando il gas di interesse (ad esempio ossigeno) a concentrazione costante in un contenitore di test dotato di un tradizionale manometro. Una curva per ogni concentrazione à ̈ successivamente registrata in modo permanente nell’apparecchiatura 100, così da ottenere una famiglia di curve registrate. The calibration curve (example in fig. 7), obtained starting from a series of measurements carried out in the presence of fixed concentrations and known pressures, is useful to compensate for the variation in the response of the instrument as a function of pressure. This curve is obtained during the calibration phase, with various measurements carried out as the pressure varies by injecting the gas of interest (for example oxygen) at a constant concentration into a test container equipped with a traditional pressure gauge. A curve for each concentration is subsequently recorded permanently in apparatus 100, so as to obtain a family of recorded curves.

E' importante osservare che l'assorbanza di picco delle righe più intense nella banda dei 763 nm per lo 0.2% di O2contenuto in un tipico collo di bottiglia (tipico contenitore usato nella presente invenzione) à ̈ di circa 1.7x10<-6>, limite di rivelabilità dell’apparecchiatura. It is important to note that the peak absorbance of the most intense lines in the 763 nm band for 0.2% of O2 contained in a typical bottle neck (typical container used in the present invention) is about 1.7x10 <-6>, limit of detection of the equipment.

Secondo una particolare caratteristica preferita dell’invenzione, per ulteriormente abbassare il rumore del segnale ottenuto tramite il primo canale, l’apparecchiatura 100 comprende almeno una guarnizione 80 da posizionare come meglio descritto nel seguito in modo da essere attraversata dal fascio laser che viene emesso e si propaga tra il laser 10 e il contenitore 200. Preferibilmente, à ̈ prevista una ulteriore guarnizione 80a (o alternativamente à ̈ presente solo questa seconda guarnizione) posizionata in modo tale da intercettare il fascio laser dopo che esso ha attraversato il contenitore 200 fino al suo arrivo al rivelatore 30. Questa configurazione, ovvero l’introduzione dell’almeno una guarnizione 80/80a, à ̈ realizzata per evitare l'introduzione di aria proveniente dall'esterno del contenitore e per ridurre le riflessioni parassite ed i fenomeni di cavità risonante (effetto etalon) che causano rumore nel segnale che giunge al fotorivelatore 30. In particolare, secondo una configurazione preferita, sono realizzati dei contatti ottici a prova d'aria fra l’apparecchiatura 100 e il contenitore 200 grazie a due guarnizioni deformabili 80,80a in gomma siliconica trasparente (Figura 4). According to a particular preferred feature of the invention, in order to further lower the noise of the signal obtained through the first channel, the apparatus 100 comprises at least one gasket 80 to be positioned as better described below so as to be crossed by the laser beam which is emitted and propagates between the laser 10 and the container 200. Preferably, a further gasket 80a is provided (or alternatively only this second gasket is present) positioned in such a way as to intercept the laser beam after it has passed through the container 200 until it reaches the detector 30. This configuration, that is the introduction of at least one gasket 80 / 80a, is made to avoid the introduction of air coming from the outside of the container and to reduce parasitic reflections and phenomena of resonant cavity (etalon effect) which cause noise in the signal reaching the photodetector 30. In particular, according to a preferred configuration, airtight optical contacts are made between the apparatus 100 and the container 200 thanks to two deformable gaskets 80,80a in transparent silicone rubber (Figure 4).

In figura 4 sono evidenziate in scala ingrandita le guarnizioni 80,80a in elastomero. In particolare, in figura 7 sono rappresentate le guarnizioni per laser 10 e fotodiodo 30 adatte ad una geometria ottica di espansione libera a contatto con bottiglie di tipo bordolese (esse sono le stesse guarnizioni utilizzate nella figura 4 assemblate nell’apparecchiatura 100). I quadrati visibili sullo sfondo hanno un lato pari a 5 mm. Figure 4 shows the elastomer seals 80,80a on an enlarged scale. In particular, figure 7 shows the gaskets for laser 10 and photodiode 30 suitable for an optical geometry of free expansion in contact with Bordeaux-type bottles (they are the same gaskets used in figure 4 assembled in the apparatus 100). The squares visible in the background have a side equal to 5 mm.

Difatti la geometria di ogni guarnizione 80 à ̈ modificata in modo tale da consentire un completo accoppiamento di forma tra la superficie esterna del laser 10 e la superficie esterna del contenitore 200 a cui viene appoggiata. Lo scopo della guarnizione à ̈ appunto minimizzare il disturbo ottico causato da gas esterni alla miscela di gas presente all’interno del contenitore 200 lungo il cammino ottico del fascio laser. Pertanto vi deve essere il miglior contatto possibile, e quindi anche una complementarietà tra la superficie del laser/contenitore ed la corrispondente superficie della guarnizione. In fact, the geometry of each gasket 80 is modified in such a way as to allow a complete coupling of shape between the external surface of the laser 10 and the external surface of the container 200 on which it is placed. The purpose of the gasket is precisely to minimize the optical disturbance caused by gases external to the gas mixture present inside the container 200 along the optical path of the laser beam. Therefore there must be the best possible contact, and therefore also a complementarity between the surface of the laser / container and the corresponding surface of the gasket.

Analogamente tale corrispondenza à ̈ presente nella guarnizione 80a interposta tra il fotodiodo 30 e il contenitore 200, guarnizione atta ad intercettare il fascio laser uscente dal contenitore per tutto il suo cammino ottico. Similarly, this correspondence is present in the gasket 80a interposed between the photodiode 30 and the container 200, a gasket suitable for intercepting the laser beam exiting the container along its entire optical path.

I materiali impiegati per la realizzazione delle guarnizioni 80, 80a sono preferibilmente gomme otticamente trasparenti, ad esempio: The materials used for making the gaskets 80, 80a are preferably optically transparent rubbers, for example:

Prochima, Cristal Rubber (gomma siliconica trasparente bicomponente a poliaddizione, vulcanizzazione a temperatura ambiente, indice di rifrazione circa 1.4); Prochima, Cristal Rubber (two-component transparent silicone rubber with polyaddition, vulcanization at room temperature, refractive index about 1.4);

Dow Corning, JCR6122 (gomma siliconica trasparente bicomponente, alta trasparenza, indice di rifrazione 1.4, vulcanizzazione a 150°C). Dow Corning, JCR6122 (two-component clear silicone rubber, high transparency, refractive index 1.4, vulcanization at 150 ° C).

Secondo un ulteriore esempio preferito di figura 8, la guarnizione 80 comprende una lente sferica di collimazione (non visibile), per collimare il fascio laser uscente dal laser 10, ad esempio una lente in vetro zaffiro da 8 mm di diametro sospesa nell'elastomero. I quadrati visibili sullo sfondo hanno un lato pari a 5 mm. According to a further preferred example of Figure 8, the gasket 80 comprises a spherical collimation lens (not visible), for collimating the laser beam coming out of the laser 10, for example an 8 mm diameter sapphire glass lens suspended in the elastomer. The squares visible in the background have a side equal to 5 mm.

Alternativamente, una lente di collimazione à ̈ inclusa all’interno del packaging del laser 10 stesso, così da emettere un fascio laser collimato. L'uso di questi materiali abbinato ad ottiche in vetro ad alto indice di rifrazione (es. zaffiro) permette di ottenere fasci di misura collimati ed accoppiamenti strumento-campione elastici ed a bassa retro-riflessione. Difatti, tramite le guarnizioni 80,80a vengono ridotte le retro-riflessioni introdotte dal contenitore in quanto viene realizzato un adattamento dell'indice di rifrazione alle interfacce apparecchiatura-contenitore, ovvero evitando forti salti d’indice. Ad esempio, nel caso in cui la bottiglia sia di vetro, si seleziona un indice di rifrazione circa pari ad 1.4 vicino quindi sia a quello del vetro della bottiglia, della finestra di uscita del laser e della ricopertura protettiva del sensore. Preferibilmente, dato l’indice di rifrazione del contenitore 200 al cui interno à ̈ presente il gas da esaminare, l’indice di rifrazione della guarnizione à ̈ pari a quella del contenitore ± 0.1. Evitare le retro riflessioni implica ridurre l’effetto etalon che limita fortemente la sensibilità dell’apparecchiatura. E’ noto difatti che in un fascio laser collimato le riflessioni e lo scattering siano presenti nel dispositivo sostanzialmente ad ogni interfaccia. I vari raggi appartenenti allo stesso fascio di partenza ma che sono stati riflessi differentemente hanno fase differente l’uno dall’altro a causa del loro diverso cammino ottico e comportano quindi fenomeni di interferenza provocando perciò una variazione di intensità del segnale rivelato dal fotodiodo. Alternatively, a collimation lens is included inside the packaging of the laser 10 itself, so as to emit a collimated laser beam. The use of these materials combined with glass optics with a high refractive index (eg sapphire) allows to obtain collimated measurement beams and elastic and low retro-reflection instrument-sample couplings. In fact, through the gaskets 80,80a the retro-reflections introduced by the container are reduced as an adaptation of the refractive index to the equipment-container interfaces is achieved, ie avoiding strong index jumps. For example, if the bottle is made of glass, a refractive index approximately equal to 1.4 is selected, therefore close to that of the glass of the bottle, the laser exit window and the protective cover of the sensor. Preferably, given the refractive index of the container 200 inside which the gas to be examined is present, the refractive index of the gasket is equal to that of the container ± 0.1. Avoiding retro reflections implies reducing the etalon effect which strongly limits the sensitivity of the equipment. In fact, it is known that in a collimated laser beam the reflections and scattering are present in the device substantially at each interface. The various rays belonging to the same starting beam but which have been reflected differently have different phases from each other due to their different optical path and therefore involve interference phenomena causing therefore a variation in intensity of the signal detected by the photodiode .

Alternativamente, sempre per minimizzare le retro-riflessioni, si può evitare di collimare il raggio laser: la differenza tra i raggi del fascio in una apparecchiatura 100 in cui il fascio laser F non à ̈ collimato ed una in cui il fascio F à ̈ collimato à ̈ rappresentata nelle figure 3a e 3b rispettivamente. Nel primo caso 3a viene illustrata l’emissione ottica del laser e le retro riflessioni della prima superficie del contenitore e di quelle del foto-rivelatore. Nel secondo caso (b) viene illustrata la configurazione collimata che, se applicata senza gli accorgimenti sopra descritti, darebbe luogo a cavità risonanti esterne e quindi disturbi di tipo etalon. Alternatively, again to minimize the retro-reflections, it is possible to avoid collimating the laser beam: the difference between the beams of the beam in a device 100 in which the laser beam F is not collimated and one in which the beam F is collimated It is represented in figures 3a and 3b respectively. In the first case 3a the optical emission of the laser and the retro reflections of the first surface of the container and of those of the photo-detector are illustrated. In the second case (b) the collimated configuration is illustrated which, if applied without the precautions described above, would give rise to external resonant cavities and therefore disturbances of the etalon type.

Ulteriormente, sempre tramite le guarnizioni 80,80a, viene realizzata una sostanziale esclusione dell'aria esterna dal cammino ottico di misura, che risulta molto utile nel caso di applicazione quando siano presenti bassissime concentrazioni di gas di cui si vuole effettuare la misura all’interno del contenitore 200. Ad esempio, le concentrazioni di ossigeno comunemente presenti all'interno delle bottiglie sono generalmente comprese nell’intervallo da l’1% (o inferiori) fino al 20%, presentano valori di assorbanza comparabili con l'incertezza introdotta dalle irregolarità di forma della superficie esterna del contenitore in esame. Va inoltre ricordato che in caso di basse concentrazioni ed elevate pressioni interne al contenitore 200, la separazione dei due contributi del gas interno-esterno risulterebbe particolarmente difficile a causa della sovrapposizione di due profili di assorbimento caratterizzati da una diversa larghezza di riga. Furthermore, again by means of the gaskets 80,80a, a substantial exclusion of the external air from the optical path of measurement is achieved, which is very useful in the case of application when there are very low concentrations of gas to be measured at the inside the container 200. For example, the oxygen concentrations commonly present inside the bottles are generally included in the range from 1% (or lower) up to 20%, have absorbance values comparable with the uncertainty introduced by the irregularities of shape of the external surface of the container under examination. It should also be remembered that in the case of low concentrations and high pressures inside the container 200, the separation of the two contributions of the internal-external gas would be particularly difficult due to the superimposition of two absorption profiles characterized by a different line width.

Un alternativa possibile per eliminare il contributo dovuto al gas, come ad esempio l’ossigeno, esterno al contenitore à ̈ quella di inserire contenitore e optoelettronica in una camera stagna riempita con azoto, invece che usare le guarnizioni 80/80a. A possible alternative to eliminate the contribution due to gas, such as oxygen, outside the container is to insert the container and optoelectronics in a sealed chamber filled with nitrogen, instead of using the 80 / 80a gaskets.

Con lo scopo di ulteriormente ridurre gli effetti interferenziali residui presenti nel cammino ottico (che sono in genere di intensità pur sempre maggiore del debole segnale utile di assorbimento) à ̈ stato fissato al telaio di montaggio laser-rivelatore del primo canale un piccolo motore vibrante (non mostrato) ad esempio un motore dotato di volano eccentrico che si à ̈ dimostrato utile per la distruzione della coerenza geometrica su medie successive dei cammini ottici dovuti a riflessioni parassite. Il motore à ̈ fissato ad esempio alla trave superiore 55 che sostiene laser 10 e rivelatore 30, trave che quindi à ̈ soggetta alla vibrazione e che induce una vibrazione nel primo canale, mentre il contenitore 200 à ̈ fermo nel supporto 95 ed à ̈ a contatto con Il telaio 20 esclusivamente attraverso le guarnizioni 80,80a. In questo modo difatti la differenza di cammino ottico à ̈ meccanicamente modulata e quando lo spettro viene mediato, l’effetto-etalon viene ridotto quasi a zero. With the aim of further reducing the residual interferential effects present in the optical path (which are generally of an intensity even greater than the weak useful absorption signal) a small vibrating motor has been fixed to the laser-detector mounting frame of the first channel ( not shown) for example an engine equipped with an eccentric flywheel which has proved useful for the destruction of the geometric coherence on successive averages of the optical paths due to parasitic reflections. The motor is fixed, for example, to the upper beam 55 which supports the laser 10 and the detector 30, the beam which is therefore subject to vibration and which induces a vibration in the first channel, while the container 200 is stationary in the support 95 and is contact with the frame 20 exclusively through the seals 80,80a. In this way, in fact, the difference in optical path is mechanically modulated and when the spectrum is mediated, the etalon effect is reduced to almost zero.

In questo esempio preferito in cui tale motore che imprime una vibrazione à ̈ presente nell’apparecchiatura 200, le guarnizioni 80,80a hanno in aggiunta la funzione di efficiente accoppiamento della vibrazione del motore vibrante al primo canale, ovvero del motore allo schema ottico alle cavità formate dalle diverse superfici ottiche. Le guarnizioni sono in aggiunta facilmente sostituibili in caso di necessità. In this preferred example in which such a motor which gives a vibration is present in the apparatus 200, the gaskets 80,80a additionally have the function of efficiently coupling the vibration of the vibrating motor to the first channel, or of the motor to the optical scheme at the cavities formed by the different optical surfaces. The gaskets are also easily replaceable in case of need.

L'attenuazione variabile del segnale ottico introdotta dal contenitore 200 non influenza la misura TDLAS nel primo canale poiché l'intensità della modulazione di ampiezza imposta al segnale ottico viene usata come riferimento di normalizzazione. L’apparecchiatura 100 esegue infatti una normalizzazione della misura utilizzando il valore quadratico medio dell’ampiezza (RMS) del segnale acquisito dalla sezione A/D (segnale del rivelatore 30 trasformato in digitale, come antecedentemente menzionato, si veda la figura 2). E' presente inoltre un controllo di guadagno programmabile via software per sfruttare l'intera dinamica del convertitore A/D (fig. 2) indipendentemente dal tipo di contenitore 200 da misurare. Si tratta di un controllo automatico di guadagno realizzato da un commutatore digitale (non visualizzato) che varia la transimpedenza dello stadio amplificatore del fotodiodo 30 in modo da mantenere l'ampiezza del segnale acquisito entro limiti prestabiliti per evitare saturazione (nel caso di guadagno eccessivo) o basso rapporto segnale rumore (nel caso di guadagno insufficiente). L'accoppiamento del segnale ricevuto dal fotodiodo 30 ai successivi stadi di amplificazione ed acquisizione à ̈ realizzato in AC poiché la forte componente in banda base del segnale non à ̈ d'interesse per la misura (che si avvale delle sole componenti prima e seconda armonica 1f e 2f) ed andrebbe a limitare la risoluzione nella digitalizzazione. Il segnale ottico a livello del fotodiodo 30 à ̈ costituito infatti da una forte componente DC dovuta alla potenza emessa dal laser 10 e da una fluttuazione triangolare alla frequenza di scansione dovuta alla forma d'onda che esegue la scansione in lunghezza d'onda tramite modulazione della corrente del laser. Tali due componenti, di forte intensità rispetto alla modulazione sinusoidale, non sono d'interesse per la misura WMS. The variable attenuation of the optical signal introduced by the container 200 does not affect the TDLAS measurement in the first channel since the intensity of the amplitude modulation imposed on the optical signal is used as a normalization reference. The apparatus 100 in fact performs a normalization of the measurement using the root mean square value of the amplitude (RMS) of the signal acquired by the A / D section (signal of the detector 30 transformed into digital, as previously mentioned, see figure 2) . There is also a software programmable gain control to exploit the entire dynamics of the A / D converter (fig. 2) regardless of the type of container 200 to be measured. This is an automatic gain control carried out by a digital switch (not displayed) which varies the transimpedance of the amplifier stage of the photodiode 30 in order to keep the amplitude of the acquired signal within predetermined limits to avoid saturation (in the case of excessive gain) o low signal to noise ratio (in case of insufficient gain). The coupling of the signal received by the photodiode 30 to the subsequent amplification and acquisition stages is carried out in AC since the strong base band component of the signal is not of interest for the measurement (which uses only the first and second components harmonic 1f and 2f) and would limit the resolution in digitization. The optical signal at the level of the photodiode 30 is in fact constituted by a strong DC component due to the power emitted by the laser 10 and by a triangular fluctuation at the scanning frequency due to the waveform that scans in wavelength by modulation of the laser current. These two components, of high intensity with respect to the sinusoidal modulation, are not of interest for the WMS measurement.

L’apparecchiatura messa a punto si à ̈ dimostrata capace di funzionare anche in situazioni caratterizzate da un rapporto segnale rumore estremamente basso, tipiche delle bottiglie di vetro scuro; à ̈ stato altresì ottenuto un elevato livello di immunità rispetto ai disturbi introdotti dall'illuminazione ambiente. The developed equipment proved to be capable of operating even in situations characterized by an extremely low signal-to-noise ratio, typical of dark glass bottles; A high level of immunity was also obtained with respect to the disturbances introduced by ambient lighting.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI 1. Una apparecchiatura (100) per la misura della concentrazione di un gas all’interno di un contenitore sigillato (200) otticamente trasparente per almeno una sua porzione, detto contenitore (200) contenente una miscela di gas includente detto gas da misurare, detta apparecchiatura comprendendo: - una sorgente laser regolabile (10) atta ad emettere un fascio laser (F) ad una determinata lunghezza d’onda, detta sorgente essendo posizionata in modo tale che detto fascio laser attraversi la porzione otticamente trasparente del contenitore (200) che contiene la miscela includente il gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione; - un rivelatore (30) atto a rilevare il fascio laser (F) che à ̈ attenuato dall’assorbimento del gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione; detto rivelatore (30) emettendo come output un dato rappresentante uno spettro di assorbimento del gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione; detta sorgente laser (10) e detto rivelatore (30) formando un primo canale di misura; caratterizzata dal fatto di comprendere ulteriormente - una seconda sorgente laser (110) atta ad emettere un secondo fascio laser (F’) ad una determinata lunghezza d’onda, detta seconda sorgente essendo posizionata in modo tale che detto secondo fascio laser attraversi la porzione otticamente trasparente del contenitore (200) che contiene detta miscela di gas; - un secondo rivelatore (130) atto a rilevare il secondo fascio laser (F’) che à ̈ attenuato dall’assorbimento di un secondo gas in detta miscela; detto secondo rivelatore (130) emettendo come output un dato rappresentante un secondo spettro di assorbimento di detto secondo gas; detta seconda sorgente laser (110) e detto secondo rivelatore (130) formando un secondo canale di misura; - un dispositivo di calcolo (40) atto a utilizzare parametri di detto primo e detto secondo spettro di assorbimento per il calcolo della concentrazione di detto gas da misurare. CLAIMS 1. An apparatus (100) for measuring the concentration of a gas inside an optically transparent sealed container (200) for at least a portion thereof, said container (200) containing a gas mixture including said gas to be measured, said apparatus comprising: - an adjustable laser source (10) capable of emitting a laser beam (F) at a given wavelength, said source being positioned in such a way that said laser beam passes through the optically transparent portion of the container (200) which contains the mixture including the gas whose concentration is to be measured; - a detector (30) suitable for detecting the laser beam (F) which is attenuated by the absorption of the gas whose concentration is to be measured; said detector (30) emitting as output a datum representing an absorption spectrum of the gas whose concentration is to be measured; said laser source (10) and said detector (30) forming a first measurement channel; characterized by understanding further - a second laser source (110) able to emit a second laser beam (Fâ € ™) at a given wavelength, said second source being positioned in such a way that said second laser beam crosses the optically transparent portion of the container ( 200) which contains said gas mixture; - a second detector (130) adapted to detect the second laser beam (Fâ € ™) which is attenuated by the absorption of a second gas in said mixture; said second detector (130) emitting as an output a datum representing a second absorption spectrum of said second gas; said second laser source (110) and said second detector (130) forming a second measuring channel; - a calculation device (40) adapted to use parameters of said first and said second absorption spectrum for calculating the concentration of said gas to be measured. 2. L’apparecchiatura (100) secondo la rivendicazione 1, in cui detta sorgente laser (10) à ̈ una sorgente laser regolabile per l’implementazione di una misura di spettroscopia di assorbimento a diodo laser sintonizzabile TDLAS e un segnale di modulazione della lunghezza d’onda WMS à ̈ inviato a detta sorgente laser (10) così da ottenere un fascio laser modulato. The apparatus (100) according to claim 1, wherein said laser source (10) is an adjustable laser source for the implementation of a TDLAS tunable laser diode absorption spectroscopy measurement and a modulation signal of the WMS wavelength is sent to said laser source (10) so as to obtain a modulated laser beam. 3. L’apparecchiatura (100) secondo la rivendicazione 2, in cui detto segnale di modulazione a detta sorgente laser (10) à ̈ analogico e il corrispondente segnale proveniente da detto rivelatore (30) à ̈ trasformato in un segnale digitale. The apparatus (100) according to claim 2, wherein said modulation signal to said laser source (10) is analog and the corresponding signal coming from said detector (30) is transformed into a digital signal. 4. L’apparecchiatura (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, includente una guarnizione (80;80a) disposta tra detta sorgente laser (10) e detto contenitore (200) e/o tra detto contenitore (200) e detto rivelatore (30) così da intercettare detto fascio laser (F) in tutto il suo cammino ottico tra detta sorgente laser (10) e detto contenitore (200) e/o tra detto contenitore (200) e detto rivelatore (30). 4. The apparatus (100) according to one or more of the preceding claims, including a gasket (80; 80a) arranged between said laser source (10) and said container (200) and / or between said container (200) and said detector (30) so as to intercept said laser beam (F) in its entire optical path between said laser source (10) and said container (200) and / or between said container (200) and said detector (30). 5. L’apparecchiatura (100) secondo la rivendicazione 4, in cui detta guarnizione (80) include una lente convergente per convergere il fascio laser (F) prima dell’ingresso in detto contenitore (200). The apparatus (100) according to claim 4, wherein said gasket (80) includes a converging lens for converging the laser beam (F) before entering said container (200). 6. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui l’indice di rifrazione della guarnizione (80,80a) à ̈ pari all’indice di rifrazione del materiale in cui à ̈ realizzato detto contenitore (200) ± 0.1. 6. The apparatus according to claim 4 or 5, in which the refractive index of the gasket (80.80a) is equal to the refractive index of the material in which said container (200) is made ± 0.1. 7. L’apparecchiatura (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto dispositivo di calcolo (40) à ̈ atto a calcolare dai parametri del secondo spettro acquisito da detto secondo canale di misura la pressione di detta miscela di gas presente in detto contenitore (200), e, usando detto valore della pressione, ottenere detta concentrazione del gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione, dai parametri dello spettro di detto gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione. 7. The apparatus (100) according to one or more of the preceding claims, in which said calculation device (40) is able to calculate the pressure of said gas mixture from the parameters of the second spectrum acquired by said second measurement channel present in said container (200), and, using said pressure value, obtain said concentration of the gas whose concentration is to be measured, from the parameters of the spectrum of said gas whose concentration is to be measured. 8. L’apparecchiatura (100) secondo la rivendicazione 7, in cui detto dispositivo di calcolo (409 ricava il valore di detta concentrazione ricavando detta pressione totale della miscela dai parametri del secondo spettro di assorbimento e calcolando l’intensità del picco della riga di assorbimento dello spettro di detto gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione effettuata da detto primo canale. 8. The apparatus (100) according to claim 7, wherein said calculation device (409 obtains the value of said concentration by obtaining said total pressure of the mixture from the parameters of the second absorption spectrum and calculating the intensity of the peak of the absorption line of the spectrum of said gas of which the concentration carried out by said first channel is to be measured. 9. L’apparecchiatura secondo la rivendicazione 7 od 8, in cui detto dispositivo di calcolo (40) include una memoria in cui à ̈ memorizzata una pluralità di curve di calibrazione, ciascuna curva mette in corrispondenza per uno specifico valore di concentrazione del gas di cui à ̈ da misurare la concentrazione i valori del picco della riga di assorbimento di detto primo spettro di assorbimento con i valori della pressione totale di detta miscela di gas contenuta in detto contenitore (200). 9. The apparatus according to claim 7 or 8, wherein said calculation device (40) includes a memory in which a plurality of calibration curves are stored, each curve matches for a specific gas concentration value the concentration of which is to be measured the values of the peak of the absorption line of said first absorption spectrum with the values of the total pressure of said gas mixture contained in said container (200). 10.L’apparecchiatura (100) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, includente un motore per mettere in vibrazione detta apparecchiatura (100).10. Apparatus (100) according to one or more of the preceding claims, including a motor for vibrating said apparatus (100).
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