DE2320166A1

DE2320166A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der konzentration von gasen

Info

Publication number: DE2320166A1
Application number: DE2320166A
Authority: DE
Inventors: Pierre Regnier; Jean-Pierre Taran
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1972-04-19
Filing date: 1973-04-19
Publication date: 1973-10-31
Also published as: US3802777A; DE2320166C3; DE2320166B2

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71, Melchioretr. 42

Unser Zeichen: ^ 12 636

Office National

d¹Etudes et de Recherches

Aerospatiales

29 Avenue de la Division Leclerc

92- Chatillon-sous-bagneux Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Konzentration von

Gasen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Konzentration von Gasen in Flammen, aerodynamischen Strömungen und in der Atmosphäre. *

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen und Vorrichtungen anzugeben, um die Flammen und die aerodynamischen Strömungen direkt sichtbar zu machen und um die Konzentration einer gasförmigen Komponente in einer Gasmischung, insbesondere längs vorgegebener Bahnen in der Gasmischung zu messen.

Beispielsweise kann so der Konzentrationsverlauf von H₂ in einer natürlichen Gasflamme über den Abstand von der Längsache der Flamme

Lh/fi - 2 -

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oder über dem Abstand vom Auslaß eines Brenners angegeben werden. Ferner können Bestandteile der Atmosphäre über große Entfernungen z.B. von wenigen Kilometern bis zu etwa lOO Kilometern, z.B. auch von einer Orbitalstation aus bestimmt werden.

Es können Laserstrahlen und Stokesstrahlen entweder parallel in die Strömung eingeleitet werden, die photographiert werden soll, wobei in diesem Fall die Strömung auf der Ebene einer photographischen Platte mit Hilfe einer Linse abgebildet wird, oder die Strahlen können in der zu untersuchenden Gasprobe fokussiert werden. Bei Strahlintensitäten in der Größenordnung von 1 MW/cm , die eine Probe aus 10% H₉ in Luft, die eine Dicke von 1 cm hat, durchqueren, beträgt die Anti-Stokes-Intensität etwa 1 mW/cm . Diese Intensität ist ausreichend, um eine photographische Hochgeschwindigkeitsplatte während eines Laserimpulses von 20 Nanosekunden Dauer direkt zu belichten. Eine beträchtliche Erhöhung der Anti-Stokes-Strahlintensität kann ferner durch Fokussierung der Pumpstrahlen erreicht werden.

In einem nicht dispersen Medium folgt ein elektrisches Feld der Frequenz t] , beispielsweise ein lichtelektrisches Feld der Maxwellsehen Gleidung

E 1 λ ²D

c² λ t²

O (1)

wobei E das lichtelektrische Feld ist, das folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

1 /~
E = j t (^x#t) exp i (kx -wt) + dem komplexen konjugierten Ausdruck (2)

wobei 1*9= 2 TT(J

k - (W/ c)Ye~

£ =* die Amplitude des Feldes und £ β die Dielektrizitätskonstante des Mediums sind (6—1 für Gase)

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Die Verschiebung D kann aufgeteilt werden in eine lineare Komponente und in eine nicht-lineare Komponente:

^D = ^^{E + 4}*^PNL

wobei P_MT die induzierte elektrische Polarisierung dritter Ordnung in der elektrischen Feldstärke ist. D und Ρ_ΛΤΓ können durch Gleichungen ähnlich Gleichung (2) ausgedrückt werden.

Bei Verwendung eines stimulierten Raman-Streuungs-\&:fahrens, kann die nicht-lineare Polarisierung wie folgt ausgedrückt werden:

wobei Y *³* die Suszeptibilität dritter Ordnung und E_± die elektrischen Felder sind, die gleichzeitig in dem Medium vorhanden sind.

Es sollen nun ein Laserfeld mit der Amplitude B₁. und der Winkelfrequenz U?_T und ein Stokes-Feld mit der Amplitude c« und der Winkelfrequenz ud betrachtet werden. Wenn das Gas, dessen Konzen

S
tration gemessen werden soll, aktive Ramansche Moleküle enthält, mit einer Resonanz bei einer Winkelfrequenz Lu und wenn die Winkelfrequenz von L*L ' und LO so gewählt werden, daß

ist, so nimmt die Suszeptibilität K * ' einen größeren Wert an. Unter den Polarisationsfaktoren erschein ein Anti-Stokes-Faktor mit einer Winkelfrequenz bzw. Kreisfrequenz U* :

ao

tu"as * ^WL v i
der folgendermaßen geschrieben werden kann

+ dem komplexen konjugierten Faktor.

309844/096 6

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Die Welle des Anti-Stikes-Feldes folgt der Gleichung (1) und kann wie folgt ausgedrückt werden (unter Vernachlässigung der Rückwelle):

6 c _ TCCÜaS _v {3)c 2 r^ i^kx £ aS 2ic~ * ^fc L ^fcS ^e '

wobei Ak = k_aS - 2k_L + k_{s sind;}

Der phasenabhängige Faktor e* ^x wird gleich Bins, wenn Δ-k'x = Äk»D = ic ist, der eine Kohärenzlänge D bezeichnet. Bei einem molekularen Gas unter Normaltemperatur und Normaldruck beträgt D mehrere zehn Zentimeter. In den meisen praktischen Fällen ist die Länge der zu untersuchenden Proben kleiner als D. Dies führt dazu, daß der phasenabhängige Faktor als Eins angenommen werden kann und daß Gleichung (3) folgendermaßen vereinfacht werden kann:

TC^aS y (3) _c 2 c* aS ~ 2ic * ^fcL ^tS.

In den Fällen, in denen die Felder guasi-stationäre Felder sind, gilt:

Bei dem hier benutzten Raman-Streu-Verfahren ist die Wechselwirkung schwach, weshalb keine merkliche Erschöpfung der Pumpwellen bei den Kreisfrequenzent*> undU?_o eintritt. Die Amplituden £ _T und £ _o können daher als im wesentlichen konstant angesehen werden. Die Suszeptibilität X - ist bei Resonanz rein imaginär und sie ist proportional zur Konzentration je Volumeneinheit η der resonanten Mole und umgekehrt proportional zur Breite des Raman-Strahles Δ ν} . Die Raman-Linienbreite, die eine Funktion der Temperatur und des Druckes ist, wird als bekannt angenommen, ebenso wie die Suszeptibilität X des untersuchten Gases und dessen Kreisfrequenz U; .

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Im Falle eines Gasgemisches ist der Wert von X^ 'bezogen auf eine gegebene Komponente des Gemisches streng proportional zur Anzahl der Mole dieser Komponente je Volumeneinheit. Bei einer Gasprobe mit der Länge χ in Richtung der Strahlen erhält man die Amplitude der Anti-Stokes-Welle durch Integration der Gleichung (3) wie folgt

Γ -J³⁾ "Τ r^x

Γ E^S Xtell ² f n(x)dx (4)

nix; αχ i4j

Wird nun

K- U±aS 2s. iül besetzt

^K ~ 2ic η (χ) gesetzt,

das nicht von χ abhängt, da λΓ (χ) proportional zu χ ist, so kann die Stärke der Anti-Stokes-Welle I _c wie folgt ausgedrückt werden:

ao

wobei I_L und I entsprechend die Intensität der Laserwelle und die Intensität der Stokes-Welle darstellen. Gemäß der Gleichung (5) ist die Intensität der Anti-Stokes-Welle proportional zum Quadrat der Intensität der Laser-Welle, zur Intensität der Stokes-Welle und zum Quadrat der Gesamtzahl der resonanten Mole, die mit den Pumpstrahlen erreicht werden.

Gemäß der Erfindung werden der Laserstrahl und dar Stokes-Strahl sukzessive fokussiert durch ein optisches System mit veränderlicher Brennweite und zwar auf diskrete Punkte einer Gasprobe, um die molare Gaskonzentration an diesen Punkten zu messen und hiervon die Verteilung der Mol-Konzentration der Probe abzuleiten.

Durch Fokussierung der Pumpstrahlen auf einen gegebenen Punkt der

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Gasprobe ist es möglich, die Intensität des Anti-Stokes-Strahles nur von der Gaskonzentration in einem Volumen abhängig zu mächen, das sich beim Brennpunkt des optischen Systemes befindet. Wenn das optische System (Fig. la) rotationssymmetrisch ist, so hat der erste Beugungskreis einen Durchmesser von

d = (4 λ /7TB)f,

wobei f die Brennweite, B der gemeinsame Durchmesser der Strahlen und λ der Mittelwert der Wellenlängen des Laserstrahles und des Stokes-Strahles sind. Es kann angenommen werden, daß das in Wechselwirkung stehende Volumen einen Durchmesser d und eine Länge A χ hat, begrenzt durch die Ebenen auf beiden Seiten des Brennpunktes, in welchen der Durchmesser der Strahlen gleich d y2 ist. Diese Länge ist gleich

Unter der Annahme, daß diese Länge kleiner ist als die Kohärenzlänge und klein genug, daß η konstant und n(x) proportional zu χ ist, wird die Gleichung (3)

T s (äJÜÄ) T² T η² ίΛνΛ

aS ¹^ ' L S ^{n ΙΔχ)}

die von dem Volumen ausgehende Energie ist

f_as - i_as · JLA

wobei P_L und P_g entsprechend die Laserenergie und die Stokesenergie sind. Aus Gleichung (4) ergibt sich,daß innerhalb der gemachten Annäherung die Anti-Stokes-Energie unabhängig von der Brennweite f des fokussierenden Strahles und unabhängig von dessen Durchmesser ist.

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Bei Verwendung einer zylindrischen Linse anstelle einer kreisförmigen Linse als optisches System ist es möglich, eine Konzentrationsverteilung n(y) längs der Richtung der Linsenbreite zu photographieren. In diesem Fall ist die intensität der Anti-Stokes-Welle durch die folgende Gleichung gegeben:

B ist hier die Seitenlänge der Strahlen, die als quadratisch angenommen werden. I _g ist nicht mehr unabhängig von f und B, die zylindrische Fokussierung hat jedoch den Vorteil, daß sie eine geradlinige Verteilung ermöglicht, die photographiert werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung, in der

Fig. la und Ib schematische Liniendiagramme des in Wechselwirkung stehenden Volumens in dem Fall zeigen, in welchem der Laserstrahl und der Stokes-Strahl in der zu untersuchenden Gasprobe fokussiert werden.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausfuhrungsform einer Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration, wobei die Strahlen parallel in eine zu photographierende Störmung eingeleitet werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen der Gaskonzentration, bei der die Strahlen parallel in eine zu photographierende Strömung eingeleitet werden.

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung der Gaskonzentration, die dazu dient, einen atmosphärischen Bestandteil längs einer Bahn zu untersuchen bzw. zu messen, die einen Sender und einen Empfänger verbindet.

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Fig. 5 zeigt in Form eines Schaubildes die Intensität der Anti-

Stokes-Welle über der Konzentration von H₂ in Teilen je Million und

Fig, 6 zeigt in Form eines Schaubildes die Verteilung der H₃-Konzentration in Teilen je Million in einer natürlichen Gasflamme.

Fig. 2 zeigt einen Rubinlaser 1 mit Q-Schaltung, der durch einen Modulator 2 getriggert wird und in einfachtransversaler Weise arbeitet und der einen homogenen Gauss'schen Strahl ausreichender Intensität erzeugt. Der Strahl wird durch eine Linse 31 in einer Zelle 32 fokussiert, die mit dem in der Strömung zu untersuchenden Gas gefüllt ist. Wenn der Laserstrahl und der Stokes-Strahl, die in der Zelle erzeugt worden sind, aus der Zelle austreten, werden sie durch eine Linse 33 parallel gerichtet und sie durchqueren ein Filter 34, das sie durchläßt, das aber Licht mit der Kreisfrequenz KjJ _ das ebenfalls erzeugt wird, sperrt oder absorbiert,

So /

Mit 35 ist ein Windkanal und mit 36 sind optische Fenster bezeichnet. Hinter dem Fenster 36 am Austrittsende ist ein optisches Filter 37 angeordnet, das bei CO _ transparent und bei U^ undi^

ao JLi ο

undurchsichtig ist, worauf eine Linse 38 und eine photographische Platte 39 folgen. Die Linse 38 bildet eine ausgewählte Ebene des Windkanales senkrecht zur Strahlrichtung auf der Ebene der photographischen Platte 39 ab, wodurch die Wirkungen einer Beugung, die bei der Anti-Stokes-Welle erzeugt werden können, durch starke Konzentration oder dichte Gradienten eliminiert und eine gute optische Abbildung herbeigeführt wird.

In Fig. 3 umfaßt der einzeln wirkende IMW-Rubinlaser einen Rubin 101 mit 10 mm Durchmesser und 10 cm Länge, eine Blitzlampe 102, einen 100%-ig reflektierenden Spiegel 103, eine Farb-Zelle 104, die mit Kryptocyanin in Aceton gefüllt ist, mit einem Durchmesser

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von 3mm, eine Okularöffnung 105 sowie einen Fabry Perot Ausgangsreflektor 1O6 aus zwei planparallelen Glasplatten E 8840. Die Blitzlampe 1O2 wird durch den Modulator 2 getriggert.

Der von dem Laser 1 abgegebene Strahl 3 läuft durch die divergierende Linse 4 mit 2O cm Brennweite, dann durch einen Strahlteiler 5. Mit 6 und 7 sind zwei 15 cm lange Rubinverstärker bezeichnet. Nach dem Rubinverstärker 6 ist eine konvergierende Linse 8 mit 60 cm Brennweite angeordnet/ die zusammen mit der Linse 4 ein afocales Teleskop mit einer Vergrößerung von 3 bildet. Nach dem Durchtritt durch die Linse 8 hat der Laserstrahl einen Durchmesser von 1 cm. Nach dem Rubinverstärker 7 ist eine zylindrische Linse IO mit einer,Brennweite von 10 cm angeordnet, die parallel zur optischen Achse eines insgesamt mit 9 bezeichneten Farblasers ausgerichtet ist. Die Linse 10 fokussiert den Strahl des Rubinlasers in die Färb ze He des Lasers 9.

Der Laser 9 besteht aus einer Zelle 901, die gefüllt ist mit 1/1'-diethyl-4,4* guinotricarbocyanin-iodid,' das in Aceton gelöst ist, einer Okularöffnung 902 mit 2 mm Durchmesser, einem afocalen Teleskop 903 mit einer Vergrößerung von 5, einem Gitter 904 mit 6OOStrichen pro Millimeter, einem Fabry-Perot-Wähler 905 und einem Ausgangsspiegel 906. Die kombinierte Wirkung des Gitters 904 und des Interferometers 905 ermöglicht die Wellenlängen-Abstimmung des Lasers 9 bei Beibehaltung der äußeren Spektralbreite unter 10 cm .

Das afocale Teleskop 11 stellt den Durchmesser des Ausgangsstrahles des Lasers 9 nahe auf den des Lasers 1 ein. Durch die kombinierte Wirkung der Spiegel 12 und 13 werden die Strahlen zur Überlappung gebracht und parallel gemacht innerhalb von 10 rd.

Die koaxialen Laserstrahlen werden aufgespalten in einen aktiven Strahl und einen Bezugsstrahl mit Hilfe des Strahlteilers 14. Der

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Bezugsstrahl läuft durch eine Zelle 15, die mit einer Probe des zu untersuchenden Gases gefüllt ist, durch ein Färb- und Interferenz-Filter 16, das die Anti-Stokes-Strahlung durchläßt und die Laserstrahlen sperrt, worauf der Strahl auf einen Photovervielfacher trifft, auf den ein Verstärker 18 folgt.

Die aktiven Strahlen laufen durch eine Gasprobe 19, (in diesem Beispiel eine Flamme), eine Linse 20 und ein Filter 16', das mit dem Filter 16 identisch ist. Die Linse bildet die Probe auf die Photokathode eines Bildverstärkers 21 ab. Eine Fernsehkamera 22 mit einer Vidicon-Photoröhre nimmt das Bild auf, das auf dem Schirm des Bildverstärkers 21 gebildet wird, wobei das Bildabtastsystem der Kamera über einen Verstärker 24 mit einem Video-Recorder 23 verbunden ist.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 18 des Bezugsstrahles wird an eine Subtrahierschaltung 25 gelegt, die auf ihrem zweiten Eingang ein Bezugssignal empfängt. Das Ausgangssignal des Kreises wird an den Verstärkungs-Steuerungsanschluß des Verstärkers 24 gelegt. Auf diese Weise wird die Messung der Anti-Stokes-Intensität unabhängig von den Schwankungen der Laserintensität von Aufnahme zu Aufnahme.

Die Zeitbasis der Fernsehkamera triggert den Modulator 2, der seinerseits die Blitzlampen des Lasers 1 und der Rubinverstärker 6 und 7 erregt. Dieselbe Zeitbasis steuert ferner die Energiezufuhr zum Bildverstärker 21 synchron mit den Laserimpulsen. Der Bildverstärker wird daher nur aktiviert, um die Laserimpulse zu empfangen, wodurch die Erzeugung von Geräuschen in der Fernsehkamera auf eine kurze Zeitspanne begrenzt wird. Das System arbeitet folgendermaßen:

Ein Impuls der Zeitbasis steuert gleichzeitig die Erregung des Rubinlasers, den Betrieb des Bildverstärkers und eine Abtastung der Vidicon-Photoröhre.

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Nach Triggerung durch diesen Impuls erzeugt der Rubinlaser innerhalb von 500 Mikrosekunden einen Lichtimpuls und es wird auf der Kamera ein Anti-Stokes-Bild erzeugt. Das Bild wird in einer einzigen Abtastung analysiert.

Die Video-Signale, die den Bildstrichen entsprechen, werden in einer Spur eines Video-Bandes des Video-Recorders 23 aufgezeichnet zusammen mit Identifizierungs-Impulsen zur Identifizierung nachfolgender Zeilen.

Fig. 4 zeigt eine Sendestation A, bestehend aus den Elementen 1, 2 und 31 bis 34 aus Fig. 2, dargestellt durch einen Kasten 200, der einen Laserstrahl und einen kolinearen Stokes-Strahl erzeugt. Diese Strahlen werden fokussiert mit Hilfe eines Cassegrainian-Teleskops 201. Diese Teleskop umfaßt einen konkaven Parabolspiegel 202 mit einer zentralen öffnung 203 für den Durchgang des Laserstrahles und des Stokes-Strahles und einen konvexen Spiegel 204. Die Lage des konvexen Parabolspiegels 204 ist durch ein Mikrometer 205 verstellbar.

Bei den im Rahmen der Erfindung vorgenommenen Versuchen hatte das Teleskop folgende Maße:

Durchmesser des ankommenden Laserstrahls und des Stokes-Strahles: 2 cm Apertur-Öffnung: Im

Brennweite des konkaven Spiegels: 5 m

Oberfläche des konkaven Spiegels: parabolisch, Λ/ίο Brennweite des konvexen Spiegels: 10 cm

Oberfläche des konvexen Spiegels: parabolisch, λ/20 Der Abstand zwischen den beiden Brennpunkten F₁ und F₂ der beiden Spiegel bestimmt die Brennweite f.

Nachfolgend sind die Werte der Brennweite f und des Durchmessers d des durch Beugung begrenzten Brennpunktes als Funktion von 0( angegeben.

&*> in mm

f in km j. ιυ xuu λ λ η «ν / / ζ η η η &

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d in mm

25	,7	2,	5	0	,25
1		10		100
0	7		70
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Die Empfänger-Station B umfaßt einen sphärischen Spiegel 206 mit einem Durchmesser von 1 m, ein Filter, das durchlässig für die Frequenz OO ist einschließlich eines Farbfilters zur Absorbierung der Laser- und Stokes-Strahlungen und eines Interferenzfilters, ferner einen Photoverstärker 208, der im Brennpunkt des Spiegels angeordnet ist. Man kann nun die Werte von n(x), gemittelt über die oben definierten Brennweiten an verschiedenen Punkten χ längs der Linie von der Station A zur Statfon B messen.

In der Praxis muß der Spiegel 206 einen großen Anteil der Anti-Stokes-Welle sammeln. Dieses Erfordernis stellt eine Begrenzung hinsichtlich der Bestimmung der Werte von n(x) dar, wenn die Distanz AB konstant gehalten wird. Es wurde festgestellt, daß das mittlere Drittel des Abstandes AB untersucht und bestimmt werden kann.

Nachfolgend werden Versuchsergebnisse aufgeführt, die mit der Anlage nach Fig. 4 erhalten wurden, um die Genauigkeit bei der untersuchung von molekularen Gasen zu zeigen.

Fig. 5 zeigt die Anti-Stokes-Stärke als Funktion der Konzentration

2 C„ von H₀ in N_o-Gas. Die Kurve folgt dem Gesetz C„ außer an beiden Enden.

Am hohen Konzentrationsende wird der Kurvenverlauf durch zwei Erscheinungen gestört, nämlich die Linienverschiebung und die Linienverbreiterung durch Kollision von H₂-Molekülen mit N₂-Molekülen (vgl. P. Lallemand und P. Simova, J Molecular Spectroscopy, 26_, 262; 1968).

Am niedrigen Konzentrationsende erzeugt die nicht-resonante elektronische Suszeptibilität X^NR(die von W.G. Rado, Appl. Phys. Letters 11/ 123; (1967) gemessen wurde) ein Hintergrundsignal, das Messungen unter 50 Teilen H₂ je Million verhindert.

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Fig. 6 zeigt die Verteilung von H₂ in einer horizontalen natürlichen Gasflamme eines Bunsenbrenners. Hierbei ist Z,der Abstand längs der Achse von der Ausgangsebene des Gases, während R der Abstand von der Achse ist. Die Signale werden übertragen in Konzentrationen von H₂ in N₂ unter STP-Bedingungen.

Wenn das Abtastsystem nach Fig. 4 verwendet wird, wird die Entfernung o< durch irgendeinen verfügbaren Übertragungskanal von der Sendestation zur Empfangsstation übertragen, wobei die Empfangsstation gleichzeitig den Wert von η und den Wert von C^ aufzeichnet.

Die Erfindungtefaßt sich somit mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Untersuchen eines molekularen Gases, wobei seine Konzentration gemessen und der Konzentrationsverlauf sichtbar gemacht wird, beispielsweise in einer aerodynamischen Strömung in der Atmosphäre oder in einer Flamme. Es werden ein Laserstrahl und ein Stokes-Strahl verwendet, deren Frequenzen um die Schwingungsfrequenz des Gases differrieren und die parallel oder fokussiert mit Hilfe eines optischen Systems auf die Gasprobe gerichtet werden. Auf diese Weise wird ein Anti-Stokes-Strahl erzeugt, der von der Konzentration des Gases im Brennpunkt des optischen Systems abhängt und dieser Strahl wird auf einer geeigneten Einrichtung abgebildet. Das optische System hat eine veränderbare Brennweite, die es erlaubt, die Konzentration in dem zu untersuchenden Gasvolumen Punkt für Punkt aufzuzeigen und aufzuzeichnen. Zur Anwendung gelangt ein stimuliertes Raman-Streu-Verfahren, insbesondere ein Vier-Photonen-Streu-Verfahren, wobei zwei Quanten mit Laser-Frequenz in ein Quantum mit Stokes-Frequenz und ein Quantum mit Anti-Stokes-Frequenz gestreut werden.

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zum Untersuchen eines molekularen Gases und zum Messen und Sichtbarmachen seiner Konzentrationsverteilung, mittels eines stimulierten Raman-Streu-Verfahrens, wobei das Gas eine gegebene Schwingungsfrequenz hat, gekennzeichnet durch einen Impuls-Laser, der einen ersten kohärenten Laserstrahl mit einer ersten Frequenz abgibt, eine Einrichtung zur Abgabe eines zweiten kohärenten Lichtstrahles , der kolinear mit dem ersten Lichtstrahl ist und eine zweite Frequenz hat, die gleich der Differenz zwischen dieser ersten Frequenz und der Sohwingungsfrequenz des Gases ist, ferner durch eine optische Einrichtung, um die beiden kolinearen Strahlen auf eine Probe des molekularen Gases zu richten und in einem vorgegebenen Bereich der Probe zu fokussieren, wodurch ein Anti-Stokes-Strahl kolinear zu den beiden Strahlen in der Probe erzeugt wird, ferner durch eine Einrichtung zum Auffangen des Anti-Stokes-Strahles und durch eine Einrichtung zum Sichtbarmachen des Konzentrationsverlaufes des molekularen Gases in diesem Bereich, die durch die Auffangeinrichtung steuerbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn ze ich η e,t , daß der Impulslaser ein Rubin-Laser ist, daß die Einrichtung zur Abgabe des zweiten Lichtstrahles ein Farb-Laser (dye laser) ist, der synchron mit dem Rubin-Laser getriggert ist, und durch eine optische Einrichtung, um den ersten und den zweiten Strahl zu überlagern und sie auf eine Probe des molekularen Gases zu richten und in einem vorgegebenen Bereich der Probe zu fokussieren.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet

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durch einen Behälter, der das molekulare Gas enthält, eine erste optische Einrichtung, um den ersten Strahl auf den Behälter zu richten, wodurch ein zweiter kohärenter Lichtstrahl kolinear mit dem ersten Strahl erzeugt wird, der eine zweite Frequenz hat, die gleich der Differenz zwischen der ersten Frequenz und der Schwingungsfrequenz des Gases ist, und durch eine zweite optische Einrichtung, um die beiden kolinearen Strahlen auf eine Probe des molekularen Gases zu richten und um sie in einem ausgewählten Bereich der Probe zu fokussieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, zum Messen der Konzentration eines molekularen atmosphärischen Gases längs einer geradlinigen Bahn zwischen einer Sendestation und einer Empfangsstation, dadurch gekennzeichnet , daß der Impuls-Laser in der Sendestation angeordnet ist und einen ersten kohärenten Laserstrahl mit einer ersten Frequenz in Richtung auf die Empfangsstation abgibt, daß die optische Einrichtung eine veränderbare Brennweite hat, um sukzessive den ersten und den zweiten Strahl auf vorgegebene Punkte der Bahn zu fokussieren, daß ferner Einrichtungen zum Verändern der Brennweite des optischen Systems vorgesehen sind, wodurch ein Anti-Stokes-Strahl kolinear mit dem ersten und dem zweiten Strahl sukzessive an diesen Punkten des atmosphärischen Gases erzeugt wird, und daß in der Empfangsstation eine Einrichtung zum Auffangen des Anti-Stokes-Strahles und eine Einrichtung zum Messen dfer Konzentration des Gases an den verschiedenen Punkten der Bahn vorgesehen sind, die durch die Einrichtung zum Verändern der Brennweite steuerbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Sichtbarmachen der Konzentration eines molekularen Gases in einer aerodynamischen Strömung, gekennzeichnet durch eine erste optische Einrichtung, um den ersten und den zweiten Strahl parallel in

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die Strömung zu richten, wodurch ein Anti-Stokes-Strahl kolinear mit dem ersten und dem zweiten Strahl in dem Gas der Siaömung erzeugt wird, ferner durch eine photographische Platte und eine zweite optische Einrichtung, um eine ausgewählte Ebene des Gases in der Strömung auf die photographische Platte zu projizieren und durch eine der zweiten optischen Einrichtung "zugeordnete Filtereinrichtung, um die erste und die zweite Frequenz zu sperren und um die Frequenz des Anti-Stokes-Strahles durchzulassen.

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