RU2761906C1 - Resonant differential optical-acoustic detector - Google Patents

Resonant differential optical-acoustic detector Download PDF

Info

Publication number
RU2761906C1
RU2761906C1 RU2020143429A RU2020143429A RU2761906C1 RU 2761906 C1 RU2761906 C1 RU 2761906C1 RU 2020143429 A RU2020143429 A RU 2020143429A RU 2020143429 A RU2020143429 A RU 2020143429A RU 2761906 C1 RU2761906 C1 RU 2761906C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic
buffer cavities
acoustic resonators
diameter
resonators
Prior art date
Application number
RU2020143429A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Владимирович Шерстов
Original Assignee
Игорь Владимирович Шерстов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Владимирович Шерстов filed Critical Игорь Владимирович Шерстов
Priority to RU2020143429A priority Critical patent/RU2761906C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761906C1 publication Critical patent/RU2761906C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.
SUBSTANCE: invention can be used in gas composition analysis. The essence of the invention lies in the fact that the resonant differential optical-acoustic detector includes two independent open acoustic resonators made in the form of straight tubes of circular cross-section, located parallel to each other and connected at the ends with the input and output buffer cavities, while the acoustic resonators are cylindrical in diameter D1 and length L1 and separated by a partition thickness t, microphones are mounted on the side walls in the middle of each acoustic resonator, a sound emitter is mounted in the middle of one of the acoustic resonators opposite the microphone, the input and output buffer cavities are made identical cylindrical in diameter D2 and length L2, the ends of the acoustic resonators are connected to buffer cavities, and the diameter of the buffer cavities depends in a certain way on the diameter of the acoustic resonators and the thickness of the partition separating the acoustic resonators, the length of the buffer cavities L2 is (1…1.5)×D1, the ends of the buffer cavities are closed with transparent windows, and devices for the input/output of the analyzed gas are mounted on the side walls of the buffer cavities.
EFFECT: expansion of the arsenal of technical means for the analysis of the gas composition of the air.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к анализаторам состава газов, которые могут использоваться, в том числе в составе течеискателей.The invention relates to analyzers for the composition of gases that can be used, including in the composition of leak detectors.

Детектирование утечек газообразных веществ, например, метана из различных трубопроводов и сосудов под давлением, а также измерение текущей концентрации газообразного вещества, например, метана в воздухе (например, в шахтах) является актуальной задачей. Для этой цели используются различные газоанализаторы, работающие на разных физических принципах (полупроводниковые, термокаталитические, электрохимические, фотоионизационные, оптические и др. [http://www.gazanalizator.ru]). При нормальных условиях фоновая концентрация метана в воздухе составляет около 2 ppm [В.Н. Арефьев, P.M. Акименко, Ф.В. Кашин, Л.Б. Упэнэк, "Фоновая составляющая концентрации метана в приземном воздухе (станция мониторинга Обнинск)" // Известия РАН. Физика атмосферы и океана, 2015, том 51, №6, с. 1-9]. Для большинства используемых коммерческих газоанализаторов метана такой уровень чувствительности недоступен. Известен NDIR датчик метана [http://gas-sensor.ru/ndir-gas-sensor.html], который широко применяется для измерения концентрации метана в воздухе при уровне концентрации метана от 500-1000 ppm и выше. Для измерения малых концентраций метана в воздухе на уровне фоновых значений и ниже данный датчик неприменим.Detecting leaks of gaseous substances, for example, methane from various pipelines and pressure vessels, as well as measuring the current concentration of a gaseous substance, for example, methane in the air (for example, in mines) is an urgent task. For this purpose, various gas analyzers are used that operate on different physical principles (semiconductor, thermocatalytic, electrochemical, photoionization, optical, etc. [http://www.gazanalizator.ru]). Under normal conditions, the background concentration of methane in the air is about 2 ppm [V.N. Arefiev, P.M. Akimenko, F.V. Kashin, L.B. Upenek, "Background component of methane concentration in surface air (monitoring station Obninsk)" // Izvestiya RAN. Physics of the atmosphere and ocean, 2015, volume 51, no. 6, p. 1-9]. This sensitivity level is not available for most commercial methane gas analyzers in use. Known NDIR methane sensor [http://gas-sensor.ru/ndir-gas-sensor.html], which is widely used to measure the concentration of methane in air at a methane concentration of 500-1000 ppm and above. This sensor is not applicable for measuring low concentrations of methane in air at the background level and below.

Важным условием построения высокочувствительного лазерного газоанализатора является выбор оптической схемы газоанализатора, а также рабочей длины волны излучения лазера, совпадающей с одной из полос поглощения анализируемого газа.An important condition for constructing a highly sensitive laser gas analyzer is the choice of the optical scheme of the gas analyzer, as well as the operating wavelength of the laser radiation, which coincides with one of the absorption bands of the analyzed gas.

В лазерных газоанализаторах используются как нерезонансные, так и резонансные оптико-акустические детекторы (ОАД) различных типов.In laser gas analyzers, both non-resonant and resonant optical-acoustic detectors (OAD) of various types are used.

Резонансные ОАД имеют свои преимущества и недостатки. Одним из недостатков резонансных ОАД (особенно объемных ОАД с высокой добротностью резонансов) является зависимость их резонансной частоты от температуры окружающей среды и состава анализируемой газовой смеси, что часто приводит к нарушению калибровки оптико-акустического отклика таких детекторов. Для обеспечения высокой точности и воспроизводимости результатов измерения концентрации анализируемого газа необходимо оперативно определять текущую резонансную частоту ОАД (f1), модулировать мощность зондирующего излучения лазера на этой частоте и проводить измерения также на этой частоте.Resonant OADs have their own advantages and disadvantages. One of the disadvantages of resonant OAM (especially bulk OAM with a high Q-factor of resonances) is the dependence of their resonant frequency on the ambient temperature and the composition of the analyzed gas mixture, which often leads to a violation of the calibration of the optical-acoustic response of such detectors. To ensure high accuracy and reproducibility of the results of measuring the concentration of the analyzed gas, it is necessary to quickly determine the current resonant frequency of the OAM (f 1 ), modulate the power of the probe laser radiation at this frequency, and carry out measurements also at this frequency.

Наиболее близким к предлагаемому является резонансный дифференциальный оптико-акустический детектор [A. Miklos, P. Hess, Z. Bozoki, "Application of acoustic resonators in photoacoustic trace gas analysis and metrology" // Review Scientific Instruments, 2001, Vol. 72, №4, p. 1937-1955], включающий два независимых открытых акустических резонатора, выполненных в форме прямых трубок круглого сечения, расположенных параллельно друг другу и соединенных по торцам двумя буферными полостями, объем которых значительно превосходит объем трубок. При такой конструкции во время прохождения через один из акустических резонаторов детектора лазерного луча, модулированного обтюратором с частотой f1 равной низшей резонансной акустической частоте детектора, при наличии поглощения лазерного излучения в газе в этом резонаторе возникают акустические колебания, обусловленные оптико-акустическим эффектом. По торцам акустического резонатора устанавливаются узлы звуковой волны, а в центре - пучность. Резонансная частота детектора равна f1=v/2L, где v - скорость звука, L - длина акустических резонаторов. Акустические колебания регистрируются микрофоном, расположенным в центральной части этого резонатора в месте пучности волны. Второй микрофон расположен в центральной части другого акустического резонатора, в котором за счет наличия буферных соединительных полостей большого объема акустическая волна на частоте f1 вызванная поглощением лазерного излучения в первом резонаторе, не возникает. Сигналы, поступающие с обоих микрофонов, усиливаются дифференциальным усилителем. Детектор допускает работу в потоке газа-носителя, позволяет получать информацию в реальном времени, достигать низкого уровня акустического и электрического шумов и высокой чувствительности. Ввод и вывод газового потока в области узлов акустических волн приводит к снижению уровня шума от потока газа. Для того, чтобы шум потока оставался на достаточно низком уровне, поток должен быть ламинарным. Газовый поток проходит через оба акустических резонатора, производя примерно одинаковый шум потока в обоих резонаторах. Симметричность детектора дает возможность уменьшить шум от потока газа и влияние внешних возмущений. Все шумовые компоненты, которые синфазны в двух резонаторах, эффективно подавляются дифференциальным усилителем, что позволяет повысить соотношение сигнал/шум. Фотоакустическая чувствительность такого резонансного дифференциального детектора составляет около 1,0×10-9 Вт⋅см-1.Closest to the proposed is a resonant differential optical-acoustic detector [A. Miklos, P. Hess, Z. Bozoki, "Application of acoustic resonators in photoacoustic trace gas analysis and metrology" // Review Scientific Instruments, 2001, Vol. 72, no. 4, p. 1937-1955], including two independent open acoustic resonators, made in the form of straight tubes of circular cross-section, located parallel to each other and connected at the ends by two buffer cavities, the volume of which significantly exceeds the volume of the tubes. With this design, during the passage of a laser beam through one of the acoustic resonators of the detector, modulated by an obturator with a frequency f 1 equal to the lowest resonant acoustic frequency of the detector, in the presence of absorption of laser radiation in the gas, acoustic oscillations occur in this resonator due to the optical-acoustic effect. At the ends of the acoustic resonator, nodes of the sound wave are installed, and in the center - an antinode. The resonant frequency of the detector is f 1 = v / 2L, where v is the speed of sound, L is the length of the acoustic resonators. Acoustic vibrations are recorded by a microphone located in the central part of this resonator at the antinode of the wave. The second microphone is located in the central part of another acoustic resonator, in which, due to the presence of buffer connecting cavities of a large volume, an acoustic wave at a frequency f 1 caused by the absorption of laser radiation in the first resonator does not arise. Signals from both microphones are amplified by a differential amplifier. The detector allows operation in a carrier gas flow, allows obtaining information in real time, achieving low levels of acoustic and electrical noise and high sensitivity. The input and output of the gas flow in the area of the nodes of acoustic waves leads to a decrease in the noise level from the gas flow. In order for the flow noise to remain at a sufficiently low level, the flow must be laminar. The gas flow passes through both acoustic resonators, producing approximately the same flow noise in both resonators. The symmetry of the detector makes it possible to reduce the noise from the gas flow and the influence of external disturbances. All noise components that are in phase in the two cavities are effectively canceled out by the differential amplifier, which improves the signal-to-noise ratio. The photoacoustic sensitivity of such a resonant differential detector is about 1.0 × 10 -9 W cm -1 .

Однако авторы работы [A. Miklos, P. Hess, Z. Bozoki, "Application of acoustic resonators in photoacoustic trace gas analysis and metrology" // Review Scientific Instruments, 2001, Vol. 72, №4, p. 1937-1955.] ошиблись в описании акустических волн, которые возникают в данном детекторе. При облучении одного из акустических резонаторов данного дифференциального детектора модулированным по мощности излучением лазера и наличии поглощения импульсов излучения газом на низшей резонансной частоте ОАД (f1) в обоих акустических резонаторах формируются колебания давления (оптико-акустический сигнал), которые находятся в противофазе (получено экспериментально). При этом внутри детектора формируется акустическая мода кольцевой конфигурации, у которой в резонансе на длине акустических резонаторов укладывается половина акустической длины волны. Траектория распространения колебаний давления кольцевой акустической моды на низшей резонансной частоте f1 дифференциального ОАД выступает из акустических резонаторов детектора в буферные полости с обеих сторон на расстояние 1…2 мм, огибая перегородку, разделяющую акустические резонаторы. При этом в середине обоих акустических резонаторов расположены пучности колебаний давления стоячей акустической волны, а на переходах из одного акустического резонатора в другой вблизи краев перегородки расположены узлы колебаний давления. Таким образом, траектория распространения кольцевой акустической моды на низшей резонансной частоте f1 дифференциального ОАД не достигает окон детектора, которые закрывают открытые торцы буферных полостей ОАД, что приводит к снижению чувствительности дифференциального ОАД к влиянию паразитного поглощения излучения лазера в окнах детектора.However, the authors of [A. Miklos, P. Hess, Z. Bozoki, "Application of acoustic resonators in photoacoustic trace gas analysis and metrology" // Review Scientific Instruments, 2001, Vol. 72, no. 4, p. 1937-1955.] Made a mistake in describing the acoustic waves that occur in this detector. When one of the acoustic resonators of this differential detector is irradiated with power-modulated laser radiation and the presence of absorption of radiation pulses by a gas at the lowest resonant frequency of the OAD (f 1 ), pressure oscillations (optical-acoustic signal) are formed in both acoustic resonators, which are in antiphase (obtained experimentally ). In this case, an acoustic mode of an annular configuration is formed inside the detector, in which half of the acoustic wavelength fits into resonance along the length of the acoustic resonators. The propagation trajectory of pressure oscillations of the annular acoustic mode at the lowest resonant frequency f 1 of the differential OAD protrudes from the acoustic resonators of the detector into the buffer cavities on both sides at a distance of 1 ... 2 mm, bending around the partition separating the acoustic resonators. In this case, antinodes of pressure oscillations of a standing acoustic wave are located in the middle of both acoustic resonators, and pressure oscillation nodes are located at the transitions from one acoustic resonator to another near the edges of the partition. Thus, the propagation trajectory of the annular acoustic mode at the lowest resonant frequency f 1 of the differential OAM does not reach the detector windows, which cover the open ends of the OAD buffer cavities, which leads to a decrease in the sensitivity of the differential OAM to the effect of parasitic absorption of laser radiation in the detector windows.

Задача (технический результат) предлагаемого изобретения заключается в расширении арсенала технических средств для анализа газового состава воздуха.The task (technical result) of the proposed invention is to expand the arsenal of technical means for analyzing the gas composition of the air.

Поставленная задача решается тем, что резонансный дифференциальный оптико-акустический детектор включает два независимых открытых акустических резонатора, выполненных в форме прямых трубок круглого сечения, расположенных параллельно друг другу и соединенных по торцам входной и выходной буферными полостями. Согласно предлагаемому изобретению акустические резонаторы выполнены цилиндрической формы диаметром D1 и длиной L1 и разделены перегородкой толщиной t, на боковых стенках в середине каждого акустического резонатора смонтированы микрофоны, в середине одного из акустических резонаторов напротив микрофона смонтирован звуковой излучатель, входная и выходная буферные полости выполнены идентичными цилиндрической формы диаметром D2 и длиной L2, концы акустических резонаторов сообщены с буферными полостями, причем диаметр буферных полостей составляет D2≥(2D1+t),The problem is solved by the fact that the resonant differential optical-acoustic detector includes two independent open acoustic resonators made in the form of straight tubes of circular cross-section, located parallel to each other and connected at the ends of the input and output buffer cavities. According to the invention, the acoustic resonators are cylindrical with a diameter of D 1 and a length of L 1 and are separated by a partition with a thickness of t, microphones are mounted on the side walls in the middle of each acoustic resonator, a sound emitter is mounted in the middle of one of the acoustic resonators opposite the microphone, the input and output buffer cavities are made identical cylindrical in diameter D 2 and length L 2 , the ends of the acoustic resonators are in communication with the buffer cavities, and the diameter of the buffer cavities is D 2 ≥ (2D 1 + t),

гдеwhere

D2 - диаметр буферных полостей;D 2 - the diameter of the buffer cavities;

D1 - диаметр акустических резонаторов;D 1 - the diameter of the acoustic resonators;

t - толщина перегородки, разделяющей акустические резонаторы;t is the thickness of the partition separating the acoustic resonators;

длина буферных полостей L2 составляет (1…1,5)×D1, торцы буферных полостей закрыты прозрачными окнами, а на боковых стенках буферных полостей смонтированы устройства для ввода/вывода анализируемого газа.the length of the buffer cavities L 2 is (1 ... 1.5) × D 1 , the ends of the buffer cavities are closed with transparent windows, and devices for input / output of the analyzed gas are mounted on the side walls of the buffer cavities.

Экспериментально установлено, что предлагаемое соотношение диаметра и длины буферных полостей и акустических резонаторов дифференциального ОАД обеспечивает высокую чувствительность и меньший внутренний объем детектора (по сравнению с работой [A. Miklos, P. Hess, Z. Bozoki, "Application of acoustic resonators in photoacoustic trace gas analysis and metrology" // Review Scientific Instruments, 2001, Vol. 72, №4, p. 1937-1955]), что приводит к уменьшению времени задержки сигнала ОАД при прокачке через него анализируемой пробы воздуха.It has been experimentally established that the proposed ratio of the diameter and length of the buffer cavities and acoustic resonators of the differential OAM provides high sensitivity and a smaller internal volume of the detector (in comparison with the work [A. Miklos, P. Hess, Z. Bozoki, "Application of acoustic resonators in photoacoustic trace gas analysis and metrology "// Review Scientific Instruments, 2001, Vol. 72, No. 4, p. 1937-1955]), which leads to a decrease in the delay time of the OAP signal when the analyzed air sample is pumped through it.

Предлагаемое изобретение поясняется фигурой, на которой схематически представлен заявляемый резонансный дифференциальный оптико-акустический детектор (экспериментальный образец).The invention is illustrated by the figure, which schematically shows the inventive resonant differential optical-acoustic detector (experimental sample).

Резонансный дифференциальный оптико-акустический детектор включает два независимых открытых акустических резонатора 1 и 2, выполненных в форме прямых трубок круглого сечения, расположенных параллельно друг другу и соединенных по торцам входной 3 и выходной 4 буферными полостями. Акустические резонаторы 1 и 2 выполнены цилиндрической формы диаметром D1 и длиной L1 и разделены перегородкой 5 толщиной t. На боковых стенках в середине каждого акустического резонатора 1 и 2 смонтированы микрофоны 6. В середине одного из акустических резонаторов 1 или 2 напротив микрофона смонтирован звуковой излучатель 7. Входная 3 и выходная 4 буферные полости выполнены идентичными цилиндрической формы диаметром D2 и длиной L2. Концы акустических резонаторов 1 и 2 сообщены с буферными полостями 3 и 4, причем диаметр буферных полостей 3 и 4 составляет D2≥(2D1+t),The resonant differential optical-acoustic detector includes two independent open acoustic resonators 1 and 2, made in the form of straight tubes of circular cross-section, located parallel to each other and connected at the ends of the input 3 and output 4 buffer cavities. Acoustic resonators 1 and 2 are cylindrical with a diameter D 1 and a length L 1 and are separated by a partition 5 with a thickness t. Microphones 6 are mounted on the side walls in the middle of each acoustic resonator 1 and 2. In the middle of one of the acoustic resonators 1 or 2, a sound emitter 7 is mounted opposite the microphone. Input 3 and output 4 buffer cavities are made identical to a cylindrical shape with a diameter of D 2 and a length of L 2 . The ends of the acoustic resonators 1 and 2 are in communication with the buffer cavities 3 and 4, and the diameter of the buffer cavities 3 and 4 is D 2 ≥ (2D 1 + t),

гдеwhere

D2 - диаметр буферных полостей;D 2 - the diameter of the buffer cavities;

D1 - диаметр акустических резонаторов;D 1 - the diameter of the acoustic resonators;

t - толщина перегородки, разделяющей акустические резонаторы;t is the thickness of the partition separating the acoustic resonators;

длина буферных полостей 3 и 4 L2 составляет (1…1,5)×D1, на боковых стенках буферных полостей 3 и 4 смонтированы устройства 8 и 9 соответственно для ввода и вывода анализируемого газа, а торцы буферных полостей 3 и 4 закрыты прозрачными окнами 10.the length of the buffer cavities 3 and 4 L 2 is (1 ... 1.5) × D 1 , devices 8 and 9 are mounted on the side walls of the buffer cavities 3 and 4, respectively, for the input and output of the analyzed gas, and the ends of the buffer cavities 3 and 4 are covered with transparent windows 10.

Резонансный дифференциальный ОАД работает следующим образом.Resonant differential OAD works as follows.

При облучении одного из акустических резонаторов 1 или 2 дифференциального ОАД модулированным по мощности излучением лазера и наличии поглощения импульсов излучения газом-маркером на низшей резонансной частоте f1 ОАД в обоих акустических резонаторах 1 и 2 детектора формируются колебания давления (оптико-акустический сигнал), которые находятся в противофазе (получено экспериментально [I. Sherstov, L. Chetvergova, "Experimental researches of acoustical modes of various types of resonant photo-acoustic detectors" // Optics Communications, 2020, Vol. 462, 125184; https://doi.Org/10.1016/j.optcom.2019.125184]). При этом внутри дифференциального ОАД формируется акустическая мода кольцевой конфигурации, у которой в резонансе на низшей резонансной частоте f1 на длине акустических резонаторов 1, 2 укладывается половина акустической длины волны. Траектория распространения колебаний давления кольцевой акустической моды на низшей резонансной частоте f1 дифференциального ОАД выступает из акустических резонаторов 1, 2 детектора в буферные полости 3, 4 с обеих сторон на расстояние 1…2 мм, огибая перегородку 5, разделяющую акустические резонаторы 1, 2 дифференциального ОАД. При этом в середине обоих акустических резонаторов 1 и 2 дифференциального ОАД расположены пучности колебаний давления стоячей акустической волны кольцевой конфигурации, а на переходах из одного акустического резонатора детектора в другой вблизи краев перегородки 5 с обеих сторон расположены узлы колебаний давления. Таким образом, траектория распространения кольцевой акустической моды на низшей резонансной частоте f1 дифференциального ОАД не достигает окон 10 детектора, которые закрывают открытые торцы буферных полостей 3, 4 ОАД, что приводит к снижению чувствительности дифференциального ОАД к влиянию паразитного поглощения излучения лазера в окнах 10 ОАД 3.When one of the acoustic resonators 1 or 2 of the differential OAM is irradiated with power-modulated laser radiation and the presence of absorption of radiation pulses by the gas-marker at the lowest resonant frequency f 1 of the OAD, pressure oscillations are formed in both acoustic resonators 1 and 2 of the detector (optical-acoustic signal), which are in antiphase (obtained experimentally [I. Sherstov, L. Chetvergova, "Experimental researches of acoustical modes of various types of resonant photo-acoustic detectors" // Optics Communications, 2020, Vol. 462, 125184; https: // doi. Org / 10.1016 / j.optcom.2019.125184]). In this case, an acoustic mode of an annular configuration is formed inside the differential OAM, in which half of the acoustic wavelength fits in resonance at the lowest resonant frequency f 1 at the length of the acoustic resonators 1, 2. The trajectory of propagation of pressure oscillations of the annular acoustic mode at the lowest resonant frequency f 1 of the differential OAM protrudes from the acoustic resonators 1, 2 of the detector into the buffer cavities 3, 4 from both sides at a distance of 1 ... 2 mm, bending around the partition 5 separating the acoustic resonators 1, 2 of the differential OAD. In this case, antinodes of pressure oscillations of a standing acoustic wave of an annular configuration are located in the middle of both acoustic resonators 1 and 2 of the differential OAD, and pressure oscillation nodes are located on the transitions from one acoustic resonator of the detector to another near the edges of the partition 5 on both sides. Thus, the trajectory of propagation of the annular acoustic mode at the lowest resonant frequency f 1 of the differential OAM does not reach the detector windows 10, which cover the open ends of the buffer cavities 3, 4 of the OAD, which leads to a decrease in the sensitivity of the differential OAM to the influence of parasitic absorption of laser radiation in the windows 10 of the OAD. 3.

Промышленная применимость заявляемого резонансного дифференциального оптико-акустического детектора подтверждается изготовлением опытного образца с использованием известных микросхем.The industrial applicability of the inventive resonant differential optical-acoustic detector is confirmed by the manufacture of a prototype using known microcircuits.

Claims (6)

Резонансный дифференциальный оптико-акустический детектор, включающий два независимых открытых акустических резонатора, выполненных в форме прямых трубок круглого сечения, расположенных параллельно друг другу и соединенных по торцам входной и выходной буферными полостями, отличающийся тем, что акустические резонаторы выполнены цилиндрической формы диаметром D1 и длиной L1 и разделены перегородкой толщиной t, на боковых стенках в середине каждого акустического резонатора смонтированы микрофоны, в середине одного из акустических резонаторов напротив микрофона смонтирован звуковой излучатель, входная и выходная буферные полости выполнены идентичными цилиндрической формы диаметром D2 и длиной L2, концы акустических резонаторов сообщены с буферными полостями, причем диаметр буферных полостей составляет D2≥(2D1+t),Resonant differential optical-acoustic detector, including two independent open acoustic resonators, made in the form of straight tubes of circular cross-section, located parallel to each other and connected at the ends of the input and output buffer cavities, characterized in that the acoustic resonators are cylindrical with a diameter D 1 and a length L 1 and are separated by a partition of thickness t, microphones are mounted on the side walls in the middle of each acoustic resonator, an acoustic radiator is mounted in the middle of one of the acoustic resonators opposite the microphone, the input and output buffer cavities are made identical to a cylindrical shape with a diameter of D 2 and a length of L 2 , the ends of the acoustic resonators are in communication with the buffer cavities, and the diameter of the buffer cavities is D 2 ≥ (2D 1 + t), гдеwhere D2 - диаметр буферных полостей;D 2 - the diameter of the buffer cavities; D1 - диаметр акустических резонаторов;D 1 - the diameter of the acoustic resonators; t - толщина перегородки, разделяющей акустические резонаторы;t is the thickness of the partition separating the acoustic resonators; длина буферных полостей L2 составляет (1…1,5)×D1, торцы буферных полостей закрыты прозрачными окнами, а на боковых стенках буферных полостей смонтированы устройства для ввода/вывода анализируемого газа.the length of the buffer cavities L 2 is (1 ... 1.5) × D 1 , the ends of the buffer cavities are closed with transparent windows, and devices for input / output of the analyzed gas are mounted on the side walls of the buffer cavities.
RU2020143429A 2020-12-25 2020-12-25 Resonant differential optical-acoustic detector RU2761906C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143429A RU2761906C1 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Resonant differential optical-acoustic detector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020143429A RU2761906C1 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Resonant differential optical-acoustic detector

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020119019A Division RU2745264C1 (en) 2020-06-02 2020-06-02 2-hydroxy-6-naphthol sulphonic acid sodium salts and glycidyl adduct as emulsion polymerisation disperser and method of producing latex using thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761906C1 true RU2761906C1 (en) 2021-12-14

Family

ID=79175142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020143429A RU2761906C1 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Resonant differential optical-acoustic detector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761906C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU10461U1 (en) * 1998-11-02 1999-07-16 Институт оптики атмосферы СО РАН OPTICAL-ACOUSTIC GAS ANALYZER
RU51746U1 (en) * 2005-04-04 2006-02-27 Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН RESONANT OPTICAL-ACOUSTIC DETECTOR AND OPTICAL-ACOUSTIC LASER GAS ANALYZER
WO2008026189A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Stable photo acoustic trace gas detector with optical power enhancement cavity
US7765871B2 (en) * 2006-07-12 2010-08-03 Finesse Solutions, Llc System and method for gas analysis using photoacoustic spectroscopy
RU139181U1 (en) * 2013-04-01 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" OPTICAL-ACOUSTIC GAS ANALYZER

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU10461U1 (en) * 1998-11-02 1999-07-16 Институт оптики атмосферы СО РАН OPTICAL-ACOUSTIC GAS ANALYZER
RU51746U1 (en) * 2005-04-04 2006-02-27 Институт лазерной физики Сибирского отделения РАН RESONANT OPTICAL-ACOUSTIC DETECTOR AND OPTICAL-ACOUSTIC LASER GAS ANALYZER
US7765871B2 (en) * 2006-07-12 2010-08-03 Finesse Solutions, Llc System and method for gas analysis using photoacoustic spectroscopy
WO2008026189A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Stable photo acoustic trace gas detector with optical power enhancement cavity
RU139181U1 (en) * 2013-04-01 2014-04-10 Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" OPTICAL-ACOUSTIC GAS ANALYZER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dumitras et al. Ultrasensitive CO2 laser photoacoustic system
Besson et al. Multi-gas sensing based on photoacoustic spectroscopy using tunable laser diodes
US5502308A (en) Diffusion-type gas sample chamber
US3995960A (en) Method and apparatus for background signal reduction in opto-acoustic absorption measurement
EP1936355A1 (en) Differential photoacoustic detection of gases
US20120118042A1 (en) Photoacoustic Spectrometer with Calculable Cell Constant for Quantitative Absorption Measurements of Pure Gases, Gaseous Mixtures, and Aerosols
CN105259116A (en) Trace gas measurement device and method with adoption of photo-acoustic spectroscopy
JP2013506838A (en) Gas sensor based on photoacoustic detection
US10876958B2 (en) Gas-detecting device with very high sensitivity based on a Helmholtz resonator
Li et al. High-sensitivity dynamic analysis of dissolved gas in oil based on differential photoacoustic cell
Zhang et al. Miniature 3D-printed resonant photoacoustic cell for flowing gas detection
Mohebbifar The laser power effect on the performance of gas leak detector based on laser photo-acoustic spectroscopy
Gondal et al. Photoacoustic spectrometry for trace gas analysis and leak detection using different cell geometries
Mohebbifar Optical measurement of gas vibrational-translational relaxation time with high accuracy by the laser photo-acoustic set-up
RU2761906C1 (en) Resonant differential optical-acoustic detector
Xiong et al. Photoacoustic Spectroscopy Gas Detection Technology Research Progress
Sherstov et al. Laser photo-acoustic methane sensor (7.7 µm) for use at unmanned aerial vehicles
RU199702U1 (en) RESONANT DIFFERENTIAL OPTICAL-ACOUSTIC DETECTOR
Keeratirawee et al. Piezoelectric tube as resonant transducer for gas-phase photoacoustics
Kapitanov et al. Resonance photoacoustic spectroscopy and gas analysis of gaseous flow at reduced pressure
Dumitras et al. CO2 laser photoacoustic spectroscopy: i. principles
Rey et al. New differential mode excitation photoacoustic scheme for near-infrared water vapour sensing
Wang et al. A compact photoacoustic detector for trace acetylene based on 3D-printed differential Helmholtz resonators
Ishaku et al. A resonant photoacoustic CO 2 sensor based on mid-ir LED and MEMS microphone technology operating at 4.3 µm
RU2786790C1 (en) Laser optoacoustic gas analyser and method for measuring the gas concentration