ES2853723T3 - Procedimiento y aparato para la verificación del funcionamiento del sistema TDLAS - Google Patents

Abstract

Un aparato de detección de TDLAS para la detección de las características de las especies de gas dentro de una cámara de proceso, el aparato de detección comprende: una fibra óptica del lado de paso y por lo menos un láser de diodo (12A, 12B, 12C) para la producción de un haz de salida de una frecuencia de láser seleccionada ópticamente acoplada a una entrada de la fibra óptica del lado de paso; un controlador de haz del lado de paso (18) que comprende por lo menos uno de un divisor de haz o un interruptor óptico, el controlador de haz del lado de paso (18) tiene por lo menos una entrada ópticamente acoplada a una salida de la fibra óptica del lado de paso y por lo menos dos salidas; una óptica de paso (20A a D) configurada para estar operativamente asociada con la cámara de proceso (22) y orientada para proyectar el haz de salida del por lo menos un láser de diodo (12A, 12B, 12C) a través de la cámara de proceso (22), en el que por lo menos una de las por lo menos dos salidas del controlador de haz del lado de paso (18) está ópticamente acoplada a la óptica de paso; una óptica de captura (24A a D) configurada para estar operativamente asociada con la cámara de proceso (22) en comunicación óptica con la óptica de paso para recibir el haz de salida del por lo menos un láser de diodo (12A, 12B, 12C) proyectado a través de la cámara de proceso (22); una fibra óptica del lado de captura que tiene un lado de entrada ópticamente acoplado a la óptica de captura y un lado de salida; un controlador de haz del lado de captura (26) que comprende un interruptor óptico que tiene por lo menos dos entradas y una salida, en el que el lado de salida de la fibra óptica del lado de captura está ópticamente acoplado a una entrada del controlador de haz del lado de captura (26); un detector (30A a C) ópticamente acoplado a la salida del controlador de haz del lado de captura (26), el detector es sensible a la frecuencia de láser seleccionada; caracterizado por una fibra óptica FBG (34) que tiene una entrada y una salida, la fibra óptica FBG comprende por lo menos una rejilla de fibra de Bragg formada en un núcleo de la fibra óptica FBG, la por lo menos una rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de láser de la frecuencia de láser seleccionada mientras pasa el resto del haz de láser a la salida de la fibra óptica FBG, la entrada de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a otra de las por lo menos dos salidas del controlador de haz del lado de paso (18) y la salida de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a otra de las por lo menos dos entradas del controlador de haz del lado de captura (26).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato para la verificación del funcionamiento del sistema TDLAS

Campo técnico

Esta divulgación está dirigida a un sistema de Espectroscopía de Absorción de Láser de Diodo Sintonizable (TDLAS) y, más en particular, a un aparato y un procedimiento para la verificación del funcionamiento de un sistema TDLAS.

Antecedentes

La Espectroscopía de Absorción de Láser de Diodo Sintonizable (TDLAS) se usa ampliamente en aplicaciones industriales y de laboratorio en las que se deben medir las características de las especies de gas, tales como la temperatura o la concentración. Un sistema TDLAS consiste en uno o más láseres de diodo, cada uno de los cuales produce luz a longitudes de onda cuidadosamente controladas que se proyectan en una cámara de proceso para medir moléculas específicas en fase gaseosa. La longitud de onda de cada láser se sintoniza típicamente en un intervalo de longitud de onda estrecho que abarca toda la envolvente espectral gaussiana, la envolvente tiene un pico en una longitud de onda seleccionada (denominada de manera colectiva en la presente memoria como una “longitud de onda seleccionada”) y la cantidad de luz transmitida a través de la longitud de onda seleccionada se mide. Las especies en fase gaseosa que absorben parte de la luz provocan una caída en la cantidad de luz transmitida a medida que se escanea la longitud de onda (una “caída de absorción”) y la cuantificación de la caída de absorción permite calcular la concentración de las especies con conocimiento de la longitud de ruta y un coeficiente que describe la cantidad de luz absorbida a una determinada longitud de onda y temperatura. El espectro o patrón de caída de absorción de una molécula se puede considerar como una huella dactilar. El patrón de absorción frente a la longitud de onda es un rasgo característico de cada molécula y, por lo tanto, TDLAS puede ser bastante selectivo: detecta las especies de interés en un entorno plagado de otras moléculas.

Una aplicación importante de los sistemas TDLAS es la monitorización y el diagnóstico de la combustión. La combustión se usa para impulsar numerosos procesos industriales, desde la generación de energía hasta la producción de acero y vidrio. Las refinerías y plantas petroquímicas usan la combustión para impulsar las reacciones hacia su finalización. Los sistemas TDLAS se han vuelto bastante complejos en algunos casos y se están implementando para aplicaciones industriales en las que la eficiencia, confiabilidad y seguridad del proceso son primordiales. Las especies de combustión de interés incluyen O2, CO, CO2 y H2O, todas las cuales se pueden medir por el uso de TDLAS. Además, la temperatura se puede medir por el uso de técnicas de relación de líneas como es conocido en la técnica. Los datos de TDLAS se pueden usar en un circuito de control para variar la relación de mezcla de combustible/aire para optimizar la eficiencia del proceso de combustión y, al mismo tiempo, garantizar que se mantengan las condiciones de funcionamiento seguras. La falla o los resultados erróneos del sistema TDLAS cuando se usa para la optimización de la combustión pueden tener resultados catastróficos. Hasta cierto punto, este problema se puede mitigar por medio de un diseño de control de procesos inteligente; sin embargo, persiste el riesgo. Como consecuencia, se desea un procedimiento de calibración del sistema y verificación del funcionamiento del sistema para asegurarse de que el sistema TDLAS esté funcionando correctamente y que los datos que se generan sean exactos y fiables.

Un medio conocido de verificación del sistema TDLAS es proporcionar una muestra de fase gaseosa para que el sistema mida en un entorno que imita un entorno en el que se están realizando las mediciones. En el caso más simple, se puede usar una pequeña celda de espectroscopía sellada con ventanas para que pase el haz de láser y una especie de gas seleccionada en la celda a la temperatura, la presión y la concentración deseadas para verificar que el sistema está midiendo correctamente. Sin embargo, para temperaturas de combustión elevadas, una celda de espectroscopia sellada no funcionará bien, dado que la presión aumentará a medida que aumenta la temperatura y los detalles del espectro de absorción son sensibles a la presión. En lugar de una celda sellada, se puede usar una celda de flujo como estándar de calibración y verificación. La celda de flujo se puede calentar a temperaturas cercanas a la de combustión y se pueden introducir mezclas de gases que se aproximen al entorno de combustión. En la práctica, este tipo de sistema funciona bien en un entorno de prueba de laboratorio y se puede usar para la validación del sistema. Sin embargo, tal sistema representa una gran inversión de un mínimo de decenas de miles de dólares. Además, no es portátil ni particularmente fácil de usar. Más importante aún, sería extremadamente costoso modificar tal sistema para su uso fuera de un entorno de laboratorio controlado.

Los documentos WO 2007/041670 A1 y US 2008/074645 A1 desvelan un aparato de detección de TDLAS como se define en el preámbulo de la reivindicación 1. El documento US 6.282.340 B1 desvela un módulo de láser de diodo acoplado a una fibra óptica flexible. Una porción de la luz generada por el módulo de láser de diodo se ramifica por medio de un acoplador óptico en una fibra óptica FBG que comprende una rejilla de fibra de Bragg formada en un núcleo de la fibra óptica de FBG, la rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de láser de seleccionar la frecuencia de láser mientras pasa el resto del haz de láser a la salida de la fibra óptica FBG y a un fotodiodo. El voltaje de salida del fotodiodo se usa en un bucle de retroalimentación para bloquear la longitud de onda del láser. Se puede encontrar una divulgación similar en el documento US 6.058.131 A, en el que se usan dos fibras ópticas FBG paralelas, cada una con una FBG diferente.

Se necesita una forma económica, duradera y que se pueda implementar en el campo para verificar que un sistema TDLAS funciona correctamente y produce resultados confiables. El sistema y el procedimiento TDLAS necesarios deben producir un patrón o espectro de absorción de referencia que imite una caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada de la especie de gas de interés. La comparación frecuente del espectro de transmisión de referencia con el espectro producido por la especie de destino permite observar cualquier cambio. Con l condición de que el espectro de absorción de referencia no cambie en función del tiempo o de cualquier otro parámetro, la comparación permite al usuario determinar la salud del sistema. El espectro de absorción de referencia debe ser producido por un paquete que sea de fase pequeña, ligera y sólida y que no cambie a lo largo del tiempo. Teóricamente, una forma de proporcionar tal patrón de absorción de referencia es un filtro de película delgada que usa la interferencia entre numerosas capas de índice de refracción y espesor variables para filtrar la luz en un ancho de banda dado. Si bien teóricamente alcanzable, sería necesario llevar a cabo una investigación y un desarrollo difíciles y costosos para hacer realidad el concepto de filtro de película fina.

La presente invención está dirigida a superar uno o más de los problemas discutidos con anterioridad.

Sumario

La invención está dirigida a un aparato de detección de TDLAS como está definido en la reivindicación 1, el aparato de detección comprende por lo menos un láser de diodo que produce un haz de salida de una primera frecuencia de láser seleccionada acoplada a una entrada de una fibra óptica. Un controlador de haz del lado de paso que comprende por lo menos uno de un divisor de haz o un interruptor óptico tiene por lo menos una entrada ópticamente acoplada a una salida de la fibra óptica y por lo menos dos salidas. Por lo menos una de las por lo menos dos salidas está ópticamente acoplada a una óptica de paso operativamente asociada con una cámara de proceso y orientada para proyectar el haz de salida del por lo menos un láser de diodo a través de la cámara de proceso. Una captura está operativamente asociada con la cámara de proceso en comunicación óptica con la óptica de paso para recibir el haz de salida del por lo menos un láser de diodo proyectado a través de la cámara de proceso. Se proporciona una fibra óptica del lado de captura que tiene un lado de entrada ópticamente acoplado a cada óptica de captura y un lado de salida. Un controlador de haz del lado de captura que comprende un interruptor óptico tiene por lo menos dos entradas y una salida. El lado de salida de la fibra óptica del lado de captura está ópticamente acoplado a una de las entradas. Un detector está ópticamente acoplado a la salida del controlador de haz, el detector es sensible a la frecuencia de láser seleccionada. Una fibra óptica FBG que tiene una entrada y una salida comprende por lo menos una rejilla de fibra de Bragg formada en un núcleo de la fibra óptica FBG. La por lo menos una rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de láser de la primera frecuencia de láser seleccionada mientras pasa por lo menos una porción del haz de láser. El resto del haz de láser tiene un patrón de transmisión de FBG que imita una caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés. La entrada de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a otra de las por lo menos dos salidas del controlador de haz del lado de paso y la salida de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a una entrada del controlador de haz del lado de captura.

Otro aspecto de la invención es un procedimiento para la detección de características de especies de gas dentro de una cámara de proceso como está definido en la reivindicación 7. El procedimiento incluye el paso de proporcionar una cámara de proceso y proyectar selectivamente un haz de una primera frecuencia de láser seleccionada a través de la cámara de proceso. El haz proyectado a través de la cámara de proceso está ópticamente acoplado a un detector sensible a la frecuencia de láser seleccionada para detectar un espectro de transmisión de proceso que tiene una caída de absorción a la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés. El haz también se proyecta selectivamente a través de una rejilla de fibra de Bragg formada en un núcleo de una fibra óptica, la rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente por lo menos una porción del haz de láser de la primera frecuencia de láser seleccionada mientras pasa un resto del haz de láser. El resto del haz de láser tiene un espectro de transmisión de FBG que imita la caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés. El resto del haz de láser está ópticamente acoplado al detector. Las salidas del detector se monitorizan para comparar el espectro de transmisión de FBG con cualquier espectro de transmisión de proceso producido en la cámara de proceso.

Las rejillas de fibra de Bragg ofrecen la capacidad de producir una caída de absorción a una longitud de onda específica, de una amplitud específica con un ancho espectral controlable en un paquete extremadamente simple y liviano. La rejilla se escribe en el núcleo de una fibra de modo simple, normalmente por medio de la exposición de una máscara creada por medio de un proceso de fotolitografía con un láser excimer. El daño periódico resultante en el núcleo crea una variación periódica del índice de refracción que actúa como una rejilla que refleja algunas longitudes de onda y transmite otras de acuerdo con el período de la rejilla, la escala de la variación del índice de refracción y la cantidad de chirrido en la rejilla (variación en el período a lo largo de la rejilla). Las rejillas de fibra de Bragg se usan para una variedad de propósitos que incluyen: compensación de dispersión en sistemas de telecomunicaciones, filtrado de longitud de onda en telecomunicaciones (añadir/eliminar filtros) y selección de longitud de onda para láseres de fibra, entre otros usos. A diferencia de la mayoría de las aplicaciones de selección/filtrado de longitud de onda, la presente divulgación usa una rejilla de fibra de Bragg que no es 100% eficiente. La rejilla de fibra de Bragg transmite el 100% de la luz fuera de un ancho de banda relevante de la molécula de interés. Sin embargo, dentro del ancho de banda relevante, la rejilla FBG refleja una fracción de la luz incidente que crea un facsímil de una caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés.

Breve descripción de los dibujos

Se puede comprender mejor la naturaleza y las ventajas de realizaciones particulares con referencia a las porciones restantes de la memoria descriptiva y los dibujos, en los que se usan números de referencia similares para hacer referencia a componentes similares. En algunos casos, una subetiqueta se asocia con un número de referencia para indicar uno de los múltiples componentes similares. Cuando se hace referencia a un número de referencia sin especificación de una subetiqueta existente, se pretende hacer referencia a todos estos múltiples componentes similares.

La Fig. 1 es una representación esquemática del efecto de una rejilla de fibra de Bragg sintonizada a una frecuencia seleccionada en una fibra óptica sobre un haz de luz láser a la frecuencia seleccionada transmitida a través de la fibra óptica;

La Fig. 2 es un gráfico conceptual de la transmisión frente a la longitud de onda que ilustra una rejilla de fibra de Bragg como se muestra en la Fig. 1 que crea un espectro de transmisión que imita una caída de absorción de una molécula de destino en o cerca del intervalo de frecuencia de láser seleccionado;

La Fig. 3 ilustra la repetibilidad de un patrón de transmisión de una rejilla de fibra de Bragg que imita una caída de absorción a una frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés; y

La Fig. 4 es una representación esquemática de una realización de un sistema TDLAS que incluye el procedimiento y el aparato para la verificación del funcionamiento correcto como se desvela en la presente memoria.

Descripción detallada

La Fig. 1 es una representación esquemática de una rejilla de fibra de Bragg y la Fig. 2 es un gráfico conceptual de la transmisión frente a la longitud de onda que ilustra un patrón de transmisión de la rejilla de fibra de Bragg que imita una caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas de interés.

La Fig. 3 ilustra que un patrón de transmisión producido por una rejilla de fibra de Bragg y que imita una caída de absorción es repetible. El escaneo de la izquierda y la derecha son imágenes especulares entre sí obtenidas por medio del aumento primero de la longitud de onda del láser hacia longitudes de onda más largas que producen el patrón de transmisión indicado y posteriormente por medio de la inversión del gráfico de longitudes de onda más largas a longitudes de onda más cortas. El espectro es idéntico en las exploraciones ascendentes y descendentes y el pico se produce exactamente en la misma longitud de onda. Una rejilla de este tipo se puede usar como estándar de verificación del sistema dado que la longitud de onda, la amplitud y el ancho del pico no cambian con el tiempo. Además de usarse para la verificación del sistema, la rejilla de fibra de Bragg se podría usar para la calibración de un sistema TDLAS.

La Fig. 4 es una representación esquemática de una realización de un sistema TDLAS que incluye el procedimiento y el aparato para la verificación del funcionamiento correcto. El sistema TDLAS ilustrado comprende tres láseres de diodo 12A, 12B y 12C, cada uno de los cuales produce un haz de salida de una frecuencia de láser de selección diferente. Como se usa en la presente memoria, la frase “seleccionar frecuencia de láser” significa una salida de haz que tiene un ancho espectral gaussiano estrecho con un pico a una frecuencia de láser específica, como se entiende en la técnica. Cada uno de los láseres de diodo 12A, 12B y 12C está ópticamente acoplado a un multiplexor 14 de longitud de onda que combina los haces en un solo haz de salida multiplexado 16. El haz de salida multiplexado 16 está ópticamente acoplado a un controlador de haz del lado de paso 18 configurado para dirigir un haz de luz multiplexada a múltiples cabezales de paso 20A a D. En una realización, el controlador de haz del lado de paso es un interruptor óptico que tiene por lo menos una salida correspondiente a cada uno de los cabezales de paso 20A a D y el haz multiplexado 16 se dirige selectivamente a cada uno de los cabezales de paso 20A a D. En otra realización, el controlador de haz del lado de paso puede ser un divisor de haz que dirige una porción del haz a cada una de las salidas para acoplarse con los cabezales de paso 20A a D. Los cabezales de paso 20A a D están configurados para proyectar por lo menos una porción del haz de salida de los láseres de diodo 12A a C a través de una cámara de proceso 22 hasta un cabezal de captura 24A a D correspondiente. Cada uno de los cabezales de captura 24A a D a su vez está en comunicación óptica con una entrada de un controlador de haz del lado de captura 26 en forma de un interruptor óptico para comunicar selectivamente los diversos cabezales de captura 24A a D con una salida del controlador de haz. El controlador de haz 26 a su vez está acoplado a un demultiplexor 28 cuya longitud de onda demultiplexa los haces de acuerdo con la longitud de onda y transmite porciones de las diversas frecuencias de láser seleccionadas que a su vez están acopladas ópticamente a los correspondientes detectores 30A a C. Cada detector 30A a C está acoplado a un procesador 32. Las señales eléctricas de cada detector 30A a C en general se digitalizan y analizan en el procesador 32. Los datos digitalizados y analizados se pueden usar para detectar parámetros físicos dentro de la cámara de proceso, incluidos, entre otros, las concentraciones de diversas especies de gas y la temperatura de combustión dentro de la cámara de proceso. Las realizaciones podrían incluir el uso del procesador 32 para enviar señales a través de un bucle de retroalimentación 35 al controlador de combustión 36 operativamente asociado con la cámara de proceso y, por lo tanto, controlar activamente los parámetros de proceso seleccionados dentro de la cámara de proceso 22.

El aparato de detección 10 además está provisto de una fibra óptica FBG 34 que comprende una rejilla de fibra de Bragg configurada para reflejar parcialmente un haz de láser de una frecuencia de láser seleccionada producida por uno de los láseres de diodo 12A a C. El resto del haz de láser tiene un patrón de transmisión de FBG que imita la caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés detectada dentro de la cámara de proceso 22. Las realizaciones de la fibra óptica FBG podrían incluir una pluralidad de rejillas de fibra de Bragg en serie, cada rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de láser de una frecuencia de láser de selección discreta producida por dos o más de los láseres de diodo 12A a C. El resto del haz de láser tiene un patrón de transmisión de FBG que imita la caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés detectada dentro de la cámara de proceso 22. En todas las realizaciones, la entrada de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a una salida del controlador de haz del lado de paso 18 y una salida de la fibra óptica FBG está acoplada a una entrada del controlador de haz del lado de captura 26. De esta manera, el haz multiplexado 16 se hace pasar a través de la fibra óptica FBG junto con el haz multiplexado 16 que se hace pasar a través de los cabezales de paso 20A a D, la cámara de proceso 22 y los cabezales de captura 24A a D.

El ejemplo del aparato de detección 10 ilustrado en la Fig. 4 podría tener más o menos láseres de diodo y detectores correspondientes y además podría tener más o menos pares de cabezales de paso y de captura y de este modo el aparato de detección 10 es escalable para diversas aplicaciones. Como mínimo, se proporciona un láser de diodo único que evitaría la necesidad del multiplexor de longitud de onda 14 y el demultiplexor 28 y, en tal realización, la fibra óptica FBG 34 requeriría solo una rejilla de fibra de Bragg operativa con la frecuencia de láser seleccionada del láser de un solo diodo.

Las realizaciones también podrían incluir una unidad de control de temperatura 38 para el mantenimiento de la fibra óptica FBG 34 o las rejillas de fibra de Bragg dentro de un intervalo de temperatura seleccionado para evitar una variación sustancial de las propiedades ópticas de cada rejilla de fibra de Bragg en la fibra óptica FBG. Por ejemplo, la unidad de control de temperatura podría mantener la temperatura de las rejillas de fibra de Bragg dentro de más o menos 0,278 grados Celsius (más o menos 0,5 grados Fahrenheit).

Las realizaciones podrían incluir que el procesador 32 esté en comunicación con un controlador de combustión 36 para controlar las entradas de combustión tales como combustible y aire si el procesador 32 detecta características de combustión tales como la concentración de especies en fase gaseosa que se monitorizan o la temperatura se desvía de las especificaciones necesarias. Dichas realizaciones también podrían incluir que el procesador compare los patrones de transmisión detectados de los haces de láser desde la cámara de proceso con los de las caídas de absorción de FBG de las rejillas de fibra de Bragg, con el procesador por medio de la producción de una señal de advertencia o incluso por medio del apagado del proceso de combustión en el caso de una desviación inaceptable entre los mismos.

Se pueden llevar a cabo diversas modificaciones y adiciones a las realizaciones discutidas sin apartarse del ámbito de la invención como está definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato de detección de TDLAS para la detección de las características de las especies de gas dentro de una cámara de proceso, el aparato de detección comprende:

una fibra óptica del lado de paso y por lo menos un láser de diodo (12A, 12B, 12C) para la producción de un haz de salida de una frecuencia de láser seleccionada ópticamente acoplada a una entrada de la fibra óptica del lado de paso;

un controlador de haz del lado de paso (18) que comprende por lo menos uno de un divisor de haz o un interruptor óptico, el controlador de haz del lado de paso (18) tiene por lo menos una entrada ópticamente acoplada a una salida de la fibra óptica del lado de paso y por lo menos dos salidas;

una óptica de paso (20A a D) configurada para estar operativamente asociada con la cámara de proceso (22) y orientada para proyectar el haz de salida del por lo menos un láser de diodo (12A, 12B, 12C) a través de la cámara de proceso (22), en el que por lo menos una de las por lo menos dos salidas del controlador de haz del lado de paso (18) está ópticamente acoplada a la óptica de paso;

una óptica de captura (24A a D) configurada para estar operativamente asociada con la cámara de proceso (22) en comunicación óptica con la óptica de paso para recibir el haz de salida del por lo menos un láser de diodo (12A, 12B, 12C) proyectado a través de la cámara de proceso (22);

una fibra óptica del lado de captura que tiene un lado de entrada ópticamente acoplado a la óptica de captura y un lado de salida;

un controlador de haz del lado de captura (26) que comprende un interruptor óptico que tiene por lo menos dos entradas y una salida, en el que el lado de salida de la fibra óptica del lado de captura está ópticamente acoplado a una entrada del controlador de haz del lado de captura (26);

un detector (30A a C) ópticamente acoplado a la salida del controlador de haz del lado de captura (26), el detector es sensible a la frecuencia de láser seleccionada;

caracterizado por

una fibra óptica FBG (34) que tiene una entrada y una salida, la fibra óptica FBG comprende por lo menos una rejilla de fibra de Bragg formada en un núcleo de la fibra óptica FBG, la por lo menos una rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de láser de la frecuencia de láser seleccionada mientras pasa el resto del haz de láser a la salida de la fibra óptica FBG, la entrada de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a otra de las por lo menos dos salidas del controlador de haz del lado de paso (18) y la salida de la fibra óptica FBG está ópticamente acoplada a otra de las por lo menos dos entradas del controlador de haz del lado de captura (26).

2. El aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 1, que además comprende:

una unidad de control de temperatura (38) operativamente asociada con la rejilla de fibra de Bragg de la fibra óptica FBG para mantener la rejilla de fibra de Bragg en un intervalo de temperatura seleccionado, el intervalo de temperatura seleccionado evita una variación sustancial de las propiedades ópticas de cada rejilla de fibra de Bragg.

3. El aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el intervalo de temperatura seleccionado es más o menos 0,278 grados Celsius.

4. El aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:

una pluralidad de láseres de diodo (12A, 12B, 12C), cada uno para la producción de un haz de salida de una frecuencia de láser de selección diferente, cada uno acoplado a una entrada de una fibra óptica del lado de paso diferente;

un multiplexor (14) ópticamente acoplado a cada salida de fibra óptica del lado de paso diferente configurado para combinar el haz de salida de cada uno de la pluralidad de láseres de diodo en un haz multiplexado (16); un demultiplexor (28) ópticamente acoplado a la salida del controlador de haz del lado de captura (26) configurado para separar cada haz de salida por su frecuencia de láser diferente; y

una pluralidad de detectores (30A a C) correspondientes a la pluralidad de láseres de diodo, cada uno sensible a la frecuencia de láser seleccionada del láser de diodo correspondiente.

5. El aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende una pluralidad de ópticas de paso (20A a D) cada una operativamente asociada con una salida diferente del controlador de haz del lado de paso (18) y una pluralidad correspondiente de ópticas de captura (24A a D) cada una ópticamente acoplada a una entrada diferente del controlador de haz del lado de captura (26).

6. El aparato de detección de acuerdo con la reivindicación 4, en el que la fibra óptica FBG (34) comprende una pluralidad de rejillas de fibra de Bragg en serie, cada rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente una porción de un haz de láser de una frecuencia de láser seleccionada diferente mientras pasa el resto del haz de láser a la salida de la fibra óptica FBG.

7. Un procedimiento basado en TDLAS para la detección de características de especies de gas dentro de una cámara de proceso, el procedimiento comprende:

proporcionar una cámara de proceso (22);

proyectar selectivamente un haz de una frecuencia de láser seleccionada a través de la cámara de proceso (22); acoplar ópticamente el haz proyectado a través de la cámara de proceso (22) a un detector (30A a C) sensible a la frecuencia de láser seleccionada para detectar una caída de absorción en o cerca de la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés;

caracterizado por

proyectar selectivamente el haz de la frecuencia de láser seleccionada a través de una rejilla de fibra de Bragg formada en un núcleo de una fibra óptica FBG (34), la rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de la frecuencia de láser seleccionada mientras pasa el resto del haz, el resto del haz imitando una caída de absorción a la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés; acoplar ópticamente el resto del haz que pasa a través de la fibra óptica FBG al detector; y

monitorizar una salida del detector para comparar un patrón de transmisión de la caída de absorción de FBG con la producida en la cámara de proceso (22).

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende:

mantener cada rejilla de fibra de Bragg en un intervalo de temperatura seleccionado, el intervalo de temperatura seleccionado previene una variación sustancial de las propiedades ópticas de cada rejilla de fibra de Bragg.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el intervalo de temperatura seleccionado es más o menos 0,278 grados Celsius.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende:

proyectar selectivamente una pluralidad multiplexada de haces, cada uno de una frecuencia de láser seleccionada diferente a través de la cámara de proceso;

proyectar selectivamente el haz de haces multiplexados a través de la rejilla de fibra de Bragg formada en el núcleo de la fibra óptica FBG (34),

la rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente un haz de por lo menos una frecuencia de láser seleccionada mientras pasa el resto del haz, el resto del haz imita la caída de absorción a la frecuencia de láser seleccionada provocada por una especie de gas característica de interés;

demultiplexar los haces multiplexados para separar cada haz de salida por su frecuencia de láser diferente; acoplar ópticamente cada haz demultiplexado a un detector (30A a C) sensible a la frecuencia de láser seleccionada del haz de salida demultiplexado correspondiente; y

monitorizar una salida del detector para comparar un patrón de transmisión de la caída de absorción de FBG con la producida en la cámara de proceso a la misma frecuencia de láser seleccionada.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, que además comprende proporcionar una pluralidad de rejillas de fibra de Bragg en serie en la fibra óptica FBG (34), cada rejilla de fibra de Bragg está configurada para reflejar parcialmente una porción de un haz de láser de una frecuencia de láser seleccionada diferente mientras pasa el resto del haz de láser a la salida de la fibra óptica FBG; y

monitorizar una salida del detector para comparar el patrón de transmisión de cada una de las caídas de absorción de FBG con la producida en la cámara de proceso a la misma frecuencia de láser diferente.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende:

procesar la salida del detector para detectar parámetros físicos dentro de la cámara de proceso.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que además comprende:

enviar señales a través de un bucle de retroalimentación a un controlador de combustión para controlar parámetros físicos seleccionados dentro de la cámara de proceso en base a la salida procesada del detector.