IT202100032276A1 - Un apparato e un metodo fotoacustico per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare - Google Patents

Un apparato e un metodo fotoacustico per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare Download PDF

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IT202100032276A1
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Luca Fiorani
Ivano Menicucci
Marcello Nuvoli
Fabio Pollastrone
Adriana Puiu
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Enea Agenzia Naz Per Le Nuove Tecnologie Lenergia E Lo Sviluppo Economico Sostenibile
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Description

DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
Un apparato e un metodo fotoacustico per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare.
La presente invenzione ha per oggetto un apparato e un metodo fotoacustico per rilevare un analita in un campione.
La presente invenzione riguarda il campo delle frodi alimentari ed in particolare riguarda un apparato ed un metodo per rilevare almeno un analita in un campione.
La frode alimentare si verifica quando il cibo o le bevande vengono venduti in modo tale da fuorviare o ingannare deliberatamente i consumatori o i clienti a scopo di lucro. In un tipo comune di frode alimentare, un prodotto alimentare/agricolo viene parzialmente o completamente sostituito con alternative di qualit? inferiore. La frode alimentare ? una preoccupazione crescente per la comunit? globale di oggi, che pu? costituire un rischio per la salute umana, animale o vegetale; pertanto, identificare le frodi alimentari in modo efficiente e non dispendioso in termini di tempo ? diventata una sfida.
Apparati e metodi noti per il rilevamento delle frodi alimentari, ad esempio gas cromatografia o HPLC, si sono dimostrati in grado di presentare un elevato livello di sensibilit? e di eseguire analisi precise su campioni. Tuttavia, nel settore ? sempre pi? forte l?esigenza di un ulteriore miglioramento. Gli apparati e i metodi noti adottano tipicamente tecniche analitiche complicate e dispendiose in termini di tempo che devono essere eseguite da personale tecnico qualificato ed esperto. Inoltre, gli apparati noti utilizzati per il rilevamento delle frodi alimentari sono ingombranti e quindi la maggior parte di essi non pu? essere utilizzata per campionamenti e analisi in situ.
La soluzione dei metodi noti per il rilevamento delle frodi alimentari non permette di fornire una prima rapida indicazione di autenticit? di un campione di un materiale da ispezionare.
In questo contesto, l'articolo scientifico di seguito riportato descrive un sistema per il rilevamento delle frodi alimentari basato sulla spettroscopia laser fotoacustica:
A. Photoacoustic Laser System for Food Fraud Detection. Sensors 2021, 21, 4178. La soluzione dell'articolo citato migliora gli apparati e i metodi convenzionali di rilevamento delle frodi alimentari; tuttavia, presenta alcuni inconvenienti e pu? essere migliorata per mettere a disposizione un apparato e un metodo per il rilevamento di un analita in un campione pi? veloci, pi? precisi e pi? facili da utilizzare.
Va detto che la presente invenzione pu? essere applicata a tutti i campi in cui ? necessario analizzare un campione per rilevare un analita, ad esempio, monitoraggio ambientale, sicurezza alimentare, settore biomedicale, diagnostiche avanzate dei beni culturali e simili.
Scopo del presente trovato ? rendere disponibile un apparato e un metodo per rilevare un analita in un campione che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.
Detto scopo ? pienamente raggiunto dall?apparato e dal metodo oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.
Secondo un aspetto della presente descrizione, il presente trovato mette a disposizione un apparato per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare. L?apparato comprende un primo emettitore laser. Il primo emettitore laser ? configurato per generare un primo fascio laser. Il primo fascio laser ha una prima lunghezza d'onda fissa e prestabilita. Il primo fascio laser ? modulato ad una prima frequenza acustica. In un esempio, la prima lunghezza d'onda ? fortemente assorbita dall'analita.
L?apparto comprende anche un secondo emettitore laser. Il secondo emettitore laser ? configurato per generare un secondo fascio laser. Il secondo fascio laser ha una seconda lunghezza d'onda fissa e prestabilita. Il secondo fascio laser ? modulato ad una seconda frequenza acustica.
Il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser costituiscono un dispositivo emettitore laser (ovvero, una sorgente laser). In un esempio di realizzazione, il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser generano rispettivi fasci laser distinti, che poi vengono resi collineari per formare un (singolo) fascio laser operativo. In un altro possibile esempio di realizzazione, il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser sono integrati per generare un (singolo) fascio laser operativo che include (dall?origine) il primo e il secondo fascio laser (ovvero include una pluralit? di raggi laser a lunghezze d?onda diverse prestabilite).
La seconda lunghezza d'onda ? diversa dalla prima lunghezza d'onda. Emettere due fasci laser a due lunghezze d?onda invece di circa 100 lunghezze d?onda dello spettro di assorbimento, permette di aumentare la rapidit? dell?apparato.
L?apparato pu? comprendere un portacampione. Il portacampione ? configurato per contenere il campione. Il portacampione ? configurato per posizionare il campione in una posizione attiva, in cui il campione riceve un fascio laser operativo comprendente il primo fascio laser e il secondo fascio laser, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo.
Inoltre, l?apparato comprende un microfono. Il microfono ? configurato per ricevere le onde sonore e per convertire le onde sonore in un segnale microfonico.
L?apparato comprende un sensore ottico. Il sensore ottico ? configurato per ricevere un segnale ottico. Il segnale ottico ? rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo. Inoltre, il sensore ottico ? configurato per generare un segnale di potenza.
Detto segnale di potenza ? utilizzato per calcolare i segnali normalizzati. Il segnale normalizzato ? il rapporto tra detto segnale microfonico e detto segnale di potenza, In questo modo detti segnali normalizzati sono indipendenti da variazioni di emissione di detti laser.
L?apparato comprende anche circuiti elettronici. Circuiti elettronici sono collegati al microfono e al sensore ottico. Circuiti elettronici sono configurati per elaborare il segnale microfonico e il segnale di potenza per derivare dati di uscita. I dati di uscita sono relativi alla concentrazione dell'analita in detto campione.
In un esempio di realizzazione, la prima frequenza acustica ? diversa dalla seconda frequenza acustica.
Tale soluzione permette di separare ed elaborare il segnale microfonico e il segnale di potenza del primo fascio laser e del secondo fascio laser simultaneamente, e di conseguenza aumenta la velocit? dell?apparato. In un esempio i circuiti elettronici includono un amplificatore (ovvero demodulatore) principale e un amplificatore (ovvero demodulatore) ausiliario. L'amplificatore principale ? configurato per ricevere il segnale microfonico. L?amplificatore principale ? configurato per rilevare un'ampiezza del segnale microfonico. L'amplificatore ausiliario ? configurato per ricevere il segnale di potenza. L'amplificatore ausiliario ? configurato per rilevare un'ampiezza del segnale di potenza.
Si osservi che l?amplificatore principale e l?amplificatore ausiliario hanno la funzione di demodulare i rispettivi segnali e rilevarne l?ampiezza; inoltre, ? anche previsto che l?amplificatore principale e l?amplificatore ausiliario possano avere la funzione di amplificare i rispettivi segnali; inoltre, ? anche previsto che l?amplificatore principale e l?amplificatore ausiliario possano avere la funzione di campionare i (digitalizzare la forma d?onda dei) rispettivi segnali. La funzione di demodulazione viene eseguita tramite un filtraggio del segnale; per esempio, tale filtraggio pu? essere eseguito tramite un componente analogico, oppure potrebbe essere realizzato via software (a valle di una conversione A/D del segnale), per esempio realizzando un demodulatore AM con componenti in quadratura. Si osservi che l?amplificatore principale e l?amplificatore ausiliario costituiscono, in una forma di realizzazione, rispettivi amplificatori della tipologia lock-in.
In un esempio ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario include un primo stadio e un secondo stadio. Il primo stadio pu? essere configurato per filtrare e isolare il segnale avente la prima frequenza acustica. Il secondo stadio pu? essere configurato per filtrare e isolare il segnale avente la seconda frequenza acustica. Ciascun amplificatore fornisce dati di misurazione rappresentativi di un'ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza, rispettivamente, sia alla prima frequenza acustica che alla seconda frequenza acustica.
Tale soluzione permette di rilevare simultaneamente l?ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza delle due frequenze acustiche e aumenta la rapidit? dell?apparato.
Una differenza tra la prima frequenza acustica e la seconda frequenza acustica ? maggiore di una larghezza di banda passante dell'amplificatore principale e dell'amplificatore ausiliario.
Tale soluzione permette di filtrare e isolare il segnale avente la prima frequenza acustica e il segnale avente la seconda frequenza acustica nel primo stadio e nel secondo stadio rispettivamente, in ciascun amplificatore.
Inoltre, la frequenza di campionamento della misura del segnale di uscita degli amplificatori ? (leggermente) maggiore della banda passante degli amplificatori.
I circuiti elettronici possono comprendere inoltre un'unit? di elaborazione.
L?unit? di elaborazione ? configurata per controllare il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser. L?unit? di elaborazione ? configurata per controllare il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser attraverso segnali di modulazione. Inoltre, l?unit? di elaborazione pu? essere collegata all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario. L?unit? di elaborazione ? configurata per inviare i segnali di modulazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario.
L?apparato pu? comprendere inoltre una scheda elettronica. La scheda elettronica include i circuiti elettronici.
In un esempio, il sensore ottico ? un fotodiodo. Tale soluzione aumenta la rapidit? e la precisione dell?apparato consentendo una normalizzazione pi? corretta del segnale microfonico. Il fotodiodo ? in grado di distinguere tra i due segnali di potenza dovuti all?emissione simultanea dei due fasci laser modulati. Il fotodiodo pu? essere connesso all?amplificatore ausiliario e discriminare e misurare i due segnali di potenza dei due fasci laser modulati, rimuovendo inoltre la frazione del segnale di potenza non modulata, dovuta ai fattori ambientali (ovvero rumore).
L?apparato pu? comprendere anche uno specchio forato. Lo specchio forato ? configurato per consentire un passaggio sia del fascio laser emesso dal primo emettitore laser sia una riflessione del fascio laser emesso dal secondo emettitore laser.
Tale soluzione permette di rilevare simultaneamente il primo fascio laser e il secondo fascio laser e quindi aumenta la rapidit? dell?apparato. Lo specchio forato rende i due fasci laser collineari. In tale soluzione, l?impronta del primo fascio laser sul campione ? leggermente diversa dall?impronta del secondo fascio laser. Per esempio, l?impronta del primo fascio laser pu? essere un cerchio con raggio dell?ordine di 1 mm e l?impronta del secondo fascio laser pu? essere una corona circolare con raggio interno dell?ordine di 1 mm e raggio esterno dell?ordine di 1.5 mm. In questa maniera, le due impronte non si sovrappongono, ed ? possibile evitare non linearit? legate a interferenze nella generazione delle onde sonore dall?assorbimento del fascio laser avente la prima lunghezza d?onda e del fascio laser avete la seconda lunghezza d?onda.
In un esempio di realizzazione, il portacampione include un primo alloggiamento per contenere il campione e un secondo alloggiamento, per contenere un materiale di riferimento. Il materiale di riferimento ? un materiale che assorbe la prima lunghezza d'onda sostanzialmente allo stesso modo della seconda lunghezza d'onda. Tale soluzione permette di regolare la potenza dei fasci laser. Le potenze dei fasci laser potranno essere regolate con un meccanismo automatico di retroazione per equalizzare approssimativamente i suoni generati dall?assorbimento del primo fascio laser e il secondo fascio laser da parte del materiale di riferimento.
L?apparato pu? comprendere un attuatore. In un esempio, il portacampione ? mobile attraverso l'attuatore. Il portacampione ? mobile in modo che il portacampione possa muoversi per posizionare alternativamente e selettivamente ciascuno del primo e del secondo alloggiamento nella posizione attiva in modo che il campione e il materiale di riferimento possano essere ispezionati selettivamente. Tale soluzione rende l?apparato pi? veloce. In un esempio, il portacampione ? mobile per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione. Nella posizione di alimentazione, ? possibile accedere al campione per essere sostituito con un nuovo campione.
Secondo un altro aspetto della presente descrizione, il presente trovato mette a disposizione un metodo per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare. Il metodo comprende una fase di emissione di un primo fascio laser attraverso un primo emettitore laser. Il primo fascio laser ? emesso ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita. Il primo fascio laser ? modulato ad una prima frequenza acustica. In un esempio, la prima lunghezza d'onda ? fortemente assorbita dall'analita.
Il metodo comprende una fase di emissione di un secondo fascio laser attraverso un secondo emettitore laser. Il secondo fascio laser ? emesso ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita. La seconda lunghezza d'onda ? diversa dalla prima lunghezza d'onda. Il secondo fascio laser ? modulato ad una seconda frequenza acustica.
Il metodo comprende una fase di predisposizione di un dispositivo emettitore laser (ovvero, una sorgente laser) comprendente il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser.
In un esempio di realizzazione, il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser generano rispettivi fasci laser distinti, che poi vengono resi collineari per formare un (singolo) fascio laser operativo. In un altro possibile esempio di realizzazione, il metodo comprende una fase di integrazione del primo emettitore laser e il secondo emettitore laser per generare un (singolo) fascio laser operativo che include (dall?origine) il primo e il secondo fascio laser (ovvero include una pluralit? di raggi laser a lunghezze d?onda diverse prestabilite).
Il metodo pu? comprendere una fase di posizionamento del campione su un portacampione. Il metodo pu? comprendere una fase di posizionamento del campione sul portacampione in una posizione attiva, dove il campione riceve un fascio laser operativo comprendente il primo fascio laser e il secondo fascio laser, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo.
Il metodo comprende una fase di ricezione delle onde sonore da un microfono e conversione delle onde sonore in un segnale microfonico. Inoltre, il metodo comprende una fase di ricezione di un segnale ottico da un sensore ottico. Il metodo comprende anche una fase di generazione di un segnale di potenza. Il segnale ottico ? rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo.
Il metodo comprende una fase di elaborazione del segnale microfonico e del segnale di potenza attraverso circuiti elettronici, per derivare dati di uscita. I dati di uscita sono relativi alla concentrazione dell'analita nel campione.
In un esempio, il metodo comprende una fase di modulazione del primo fascio laser e del secondo fascio laser in modo che la prima frequenza acustica e la seconda frequenza acustica siano differenti tra loro.
Tale soluzione permette di separare ed elaborare il segnale microfonico e il segnale di potenza del primo fascio laser e del secondo fascio laser simultaneamente, e di conseguenza aumenta la velocit?.
In un esempio, il metodo comprende una fase di dotazione dei circuiti elettronici di un amplificatore (ovvero demodulatore) principale e di un amplificatore (ovvero demodulatore) ausiliario.
In un esempio ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario include un primo stadio e un secondo stadio.
Il metodo comprende una fase di filtraggio del segnale microfonico per rilevare una prima ampiezza del segnale microfonico alla prima frequenza acustica ed una seconda ampiezza del segnale microfonico alla seconda frequenza acustica.
Il metodo comprende anche una fase di filtraggio del segnale di potenza per rilevare una prima ampiezza del segnale di potenza alla prima frequenza acustica ed una seconda ampiezza del segnale di potenza alla seconda frequenza acustica. Tale soluzione permette di rilevare simultaneamente l?ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza dei due fasci laser aventi due lunghezze d?onda differenti e di conseguenza aumenta la rapidit?.
Il metodo pu? comprendere una fase di controllo del primo emettitore laser e il secondo emettitore laser in un'unit? di elaborazione e tramite segnali di modulazione. Inoltre, il metodo pu? comprendere una fase di trasmissione dei segnali di modulazione dall'unit? di elaborazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario.
In un esempio, il metodo comprende una fase di spostamento del portacampione tramite un attuatore, per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione, dove il campione pu? essere sostituito con un nuovo campione.
Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:
- la figura 1 illustra uno schema a blocchi di un apparato secondo la presente descrizione;
- la figura 2 illustra una vista assonometrica dell?apparato;
- le figure 3A, 3B, 4A, 4B illustrano l?apparato con un portacampione posizionato in possibili configurazioni di inserimento;
- la figura 5 illustra un esempio di filtraggio di un segnale tramite cella e circuiti elettronici.
Con riferimento alle figure allegate, si ? indicato con il numero 1 un apparato per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare. Il campione pu? essere solido e/o liquido e/o aeriforme. Il presente trovato pu? includere almeno due modalit? di impiego. Nella prima modalit? di impiego, il presente trovato viene utilizzato per indagare la purezza del campione. In tale soluzione, l?analita da rilevare ha la stessa composizione del campione da ispezionare (tranne un?eventuale impurit? nel campione da ispezionare). Tale modalit? di impiego misura la percentuale di purezza del campione da ispezionare. Nella seconda modalit? di impiego, il presente trovato viene utilizzato per rilevare la presenza di un?impurit? prestabilita nel campione da ispezionare. In tale soluzione l?analita contraddistingue l?impurit? prestabilita. Tale modalit? di impiego rileva la presenza e misura la percentuale dell?impurit? prestabilita presente all'interno del campione da ispezionare.
Pertanto, tali modalit? di impego valgono (ovvero si applicano) sia per l?apparato che per il metodo secondo la presente descrizione.
L?apparato 1 comprende un primo emettitore laser L1. Il primo emettitore laser L1 ? configurato per generare un primo fascio laser. Il primo emettitore laser L1 ? configurato per generare il primo fascio laser ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita ?1. Il primo fascio laser ? modulato ad una prima frequenza acustica F1. Per frequenza ?acustica? si intende una frequenza che si colloca in una gamma di frequenze tipica (propria) delle onde (ovvero frequenze) acustiche. In particolare, per frequenza acustica si intende una vibrazione periodica la cui frequenza ? nella banda udibile dall'essere umano medio. In un esempio la prima lunghezza d'onda ?1 ? fortemente assorbita dall'analita. In altre parole, la prima lunghezza d?onda ? scelta in modo che sia fortemente assorbita dall?analita da rilevare. La prima lunghezza d?onda pu? essere scelta dallo spettro di assorbimento ottenuto per l?analita da rilevare in un intervallo di lunghezze d?onda, per esempio un intervallo di 100 lunghezze d?onda. L?apparato 1 comprende anche un secondo emettitore laser L2. Il secondo emettitore laser L2 ? configurato per generare un secondo fascio laser. Il secondo emettitore laser L2 ? configurato per generare il secondo fascio laser ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita ?2. La seconda lunghezza d'onda ?2 ? diversa dalla prima lunghezza d'onda. In un esempio, la seconda lunghezza d?onda ? debolmente assorbita da tutti gli analiti. In particolare, la seconda lunghezza d?onda ? debolmente assorbita dall?analita. La seconda lunghezza d?onda pu? essere scelta dallo spettro di assorbimento ottenuto per l'analita da rilevare e per materiali aventi altri analiti. Il secondo fascio laser ? modulato ad una seconda frequenza acustica F2. L?apparato 1 pu? comprendere tre o pi? emettitori laser. In tale soluzione ciascun emettitore laser ? configurato per generare un rispettivo fascio laser ad una rispettiva lunghezza d?onda fissa prestabilita fortemente assorbita da un analita. L?apparato 1 pu? comprende un portacampione 2. Il portacampione 2 ? configurato per contenere il campione. Il portacampione ? configurato per posizionare il campione in una posizione attiva, in cui il campione riceve un fascio laser operativo comprendente il primo fascio laser e il secondo fascio laser, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo. In un esempio di realizzazione, l?apparato 1 comprende una cella fotoacustica (ovvero cella) C. il portacapmione 2 ? posizionato all?interno della cella C. La cella C pu? comprendere una finestra 9 per consentire il passaggio del fascio laser operativo. Inoltre, l?apparato 1 pu? comprendere anche uno specchio forato 10. Lo specchio forato 10 ? configurato per consentire un passaggio sia del fascio laser emesso dal primo emettitore laser L1 sia una riflessione del fascio laser emesso dal secondo emettitore laser L2. L?apparato 1 pu? comprendere anche uno specchio 11 per riflettere il fascio laser operativo all?interno della cella C. In un esempio di realizzazione, il portacampione 2 comprende un primo alloggiamento per contenere il campione. Il portacampione 2 pu? comprendere un secondo alloggiamento per contenere un materiale di riferimento. Il materiale di riferimento ? un materiale che assorbe la prima lunghezza d'onda ?1 sostanzialmente allo stesso modo della seconda lunghezza d'onda ?2. In un esempio, il materiale di riferimento ? nero di carbonio. Il materiale di riferimento pu? essere utilizzato per regolare la potenza dei fasci laser emessi dal primo emettitore di laser L1 e dal secondo emettitore di laser. Inoltre, il portacampione 2 pu? comprendere un terzo alloggiamento per comprende un materiale standard. Detto materiale standard, nella prima modalit? di impiego, ? costituito al 100% dall'analita da rilevare. Nella seconda modalit? di impiego, il materiale standard ha la stessa composizione dell?analita da rilevare (ovvero l?impurit?).
L?apparato 1 pu? comprendere un attuatore 13. L?attuatore 13 pu? essere un motore elettrico. Il portacampione 2 pu? essere mobile attraverso l?attuatore 13. Il portacampione 2 ? mobile in modo che il portacampione possa muoversi per posizionare alternativamente e selettivamente ciascuno del primo e del secondo e del terzo alloggiamento nella posizione attiva in modo che il campione e il materiale di riferimento e il materiale standard possano essere ispezionati selettivamente. In un esempio, il portacampione 2 ? mobile per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione. In un esempio, la posizione di alimentazione ? fuori dalla cella C. Nella posizione di alimentazione, ? possibile accedere al campione per essere sostituito con un nuovo campione. Tale soluzione permette di mantenere la cella sigillata in modo da risuonare.
Inoltre, l?apparato 1 comprende un microfono 3. Il microfono 3 ? configurato per ricevere le onde sonore e per convertire le onde sonore in un segnale microfonico (ovvero segnale di microfono). Il segnale microfonico ? proporzionale all?assorbimento del fascio laser operativo dal campione o dal materiale standard o dal materiale di riferimento.
L?apparato 1 comprende un sensore ottico 4. Il sensore ottico 4 ? configurato per ricevere un segnale ottico. Il segnale ottico ? rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo. Inoltre, il sensore ottico ? configurato per generare un segnale di potenza. Per intensit? si intende una potenza ottica del fascio laser. Il segnale di potenza pu? essere utilizzato per calcolare segnali normalizzati. Il segnale normalizzato ? il rapporto tra detto segnale microfonico e detto segnale di potenza. In questo modo detti segnali normalizzati sono indipendenti da variazioni di emissione di detti emettitori di laser. In un esempio, una percentuale del fascio laser operativo ? riflessa dalla finestra 9. Il sensore ottico 4 pu? essere configurato per ricevere la riflessione del fascio laser operativo dalla finestra. In alternativa, il sensore ottico 4 pu? essere posto a monte della cella C. Per esempio, il sensore ottico 4 pu? essere configurato per ricevere una parte del fascio laser operativo riflesso da un beam splitter. Preferibilmente, il sensore ottico 4 ? un fotodiodo.
L?apparato 1 comprende anche circuiti elettronici 5. Circuiti elettronici 5 sono collegati al microfono 3 e al sensore ottico 4. Circuiti elettronici 5 sono configurati per elaborare il segnale microfonico e il segnale di potenza per derivare dati di uscita. I dati di uscita sono relativi alla concentrazione dell'analita in detto campione.
In un esempio, la prima frequenza acustica F1 ? diversa dalla seconda frequenza acustica F2. Una differenza tra la prima frequenza acustica F1 e la seconda frequenza acustica F2, ?F, ? inferiore alla larghezza banda passante della cella BW_C in modo da poter ricadere nella frequenza di risonanza della cella acustica C e nella banda passante della catena di condizionamento del fotodiodo (ovvero il sensore ottico) 4.
In un esempio, i circuiti elettronici 5 includono un amplificatore (ovvero demodulatore) principale 6 e un amplificatore (ovvero demodulatore) ausiliario 7. L'amplificatore principale 6 ? configurato per ricevere il segnale microfonico. L?amplificatore principale ? configurato per rilevare un'ampiezza del segnale microfonico. L'amplificatore ausiliario 7 ? configurato per ricevere il segnale di potenza. L'amplificatore ausiliario 7 ? configurato per rilevare un'ampiezza del segnale di potenza. In un esempio ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario include un primo stadio e un secondo stadio. Il primo stadio pu? essere configurato per filtrare e isolare il segnale avente la prima frequenza acustica F1. Il secondo stadio pu? essere configurato per filtrare e isolare il segnale avente la seconda frequenza acustica F2. Ciascun amplificatore fornisce dati di misurazione rappresentativi di un'ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza, rispettivamente, sia alla prima frequenza acustica che alla seconda frequenza acustica.
In particolare, l?amplificatore principale 6 e l?amplificatore ausiliario 7 sono configurati per ricevere il segnale microfonico, relativo alla prima frequenza acustica F1 e alla seconda frequenza acustica F2, e il segnale di potenza, relativo alla prima frequenza acustica F1 e alla seconda frequenza acustica F2, rispettivamente. Inoltre, l?amplificatore principale 6 ? configurato per separare, nel primo stadio e nel secondo stadio, due echi acustici (relativi alla prima frequenza acustica F1 e alla seconda frequenza acustica F2) provenienti dal microfono e l?amplificatore ausiliario 7 ? configurato per separare due echi ottici (relativi alla prima frequenza acustica F1 e alla seconda frequenza acustica F2) provenienti dal fotodiodo (ovvero il sensore ottico) 4. Ciascun amplificatore ? configurato per filtrare il segnale ricevuto per isolare il segnale, microfonico o di potenza, relativo alla prima frequenza acustica F1 nel primo stadio e il segnale, microfonico o di potenza, relativo alla seconda frequenza acustica F2 nel secondo stadio. Inoltre, ogni amplificatore, in ciascun stadio, amplifica, digitalizza e rileva l?ampiezza del segnale filtrato. In questo modo, i segnali, microfonici e di potenza, aventi frequenze diverse sono misurati e digitalizzati simultaneamente tramite gli amplificatori.
In un altro esempio, l?amplificatore ausiliario 7 pu? essere configurato per rilevare una prima ampiezza del segnale di potenza alla prima lunghezza d'onda ed una seconda ampiezza del segnale di potenza alla seconda lunghezza d'onda.
In particolare, la differenza tra la prima frequenza acustica F1 e la seconda frequenza acustica F2, ?F, ? maggiore di una larghezza di banda passante dell'amplificatore principale 6 e dell'amplificatore ausiliario 7 BW_A in modo che gli amplificatori, principale e ausiliario, possano filtrare, separare e misurare i segnali, microfonici e di potenza, alle differenti frequenze; F1 e F2.
La larghezza della banda passante degli amplificatori principale e ausiliario BW_A deve essere minore della differenza tra la prima frequenza acustica F1 e la seconda frequenza acustica F2, ?F.
Inoltre, la frequenza di campionamento della misura del segnale di uscita degli amplificatori Fs_out ? (leggermente) maggiore della banda passante degli amplificatori BW_A.
In totale le condizioni sulle frequenze e sulle bande passanti della cella e degli amplificatori sono come riportato di seguito:
BW_A < Fs_out
BW_A < ?F < BW_C
In un esempio, i circuiti elettronici 5 comprendono inoltre un'unit? di elaborazione 8. L?unit? di elaborazione 8 ? configurata per controllare il primo emettitore laser L1 e il secondo emettitore laser L1. L?unit? di elaborazione ? configurata per controllare il primo emettitore laser L1 e il secondo emettitore laser L2 attraverso segnali di modulazione. In particolare, l?unit? di elaborazione ? configurata per controllare il primo emettitore laser L1 e il secondo emettitore laser L2 per modulare detti fasci laser a due frequenze acustiche leggermente diverse, F1 e F2. Inoltre, l?unit? di elaborazione 8 pu? essere collegata all'amplificatore principale 6 e all'amplificatore ausiliario 7. L?unit? di elaborazione 8 ? configurata per inviare i segnali di modulazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario. In particolare, l?unit? di elaborazione 8 ? configurata per inviare digitalmente segnali di modulazione in quadratura agli amplificatori. L?unit? di elaborazione 8 pu? essere un doppio modulatore.
In un esempio, l?apparato 1 comprende una scheda elettronica 12. La scheda elettronica 12 include i circuiti elettronici 5. La scheda elettronica 12 ? configurata per controllare l?attuatore 13 per muovere il portacampione 2 in modo che il campione o il materiale standard o il materiale di riferimento si trovi nella posizione attiva.
La scheda elettronica 12 pu? contenere un chip digitale programmabile (ovvero chip) 14. Il chip pu? comprendere l?amplificatore principale 6 e l?amplificatore ausiliario 7. Gli amplificatori possono essere implementati, in maniera firmware o software, all?interno del chip 14. Il chip pu? comprendere anche l?unit? di elaborazione 8 per la modulazione dei fasci laser del primo emettitore di laser L1 e del secondo emettitore di laser L2. Il chip pu? consistere in un field programmable gate array (FPGA) o in un microcontrollore presente in una scheda elettronica commerciale.
In un esempio, la scheda elettronica 12 ? collegata ad un PC 15. Il PC ? configurato per controllare la scheda elettronica 12. Il PC ? configurato per memorizzare e visualizzare i segnali di potenza e microfonici ottenuti dal sensore ottico 4 e dal microfono 3. In particolare, Il PC ? configurato per calcolare, memorizzare e visualizzare i segnali normalizzati, il rapporto tra il segnale microfonico e il segnale di potenza, misurati alla prima lunghezza d?onda e alla seconda lunghezza d?onda per il campione e il materiale standard e il materiale di rifermento e per calcolare un rapporto tra il segnale normalizzato ottenuto alla prima lunghezza d'onda e il segnale normalizzato ottenuto alla seconda lunghezza d'onda per ottenere i dati di uscita. I dati di uscita ottenuti per il materiale standard sono utilizzati per normalizzare i dati di uscita del campione. Inoltre, il PC ? configurato per calcolare la concentrazione dell?analita nel campione utilizzando detti dati di uscita generati dall?assorbimento del fascio laser operativo da detto riferimento e da detto standard e da detto campione. In un esempio il PC ? configurato per calcolare la concentrazione dell?analita nel campione utilizzando la curva di calibrazione, ottenuta dai dati di uscita per il materiale standard adulterato con percentuali note di impurit?. In particolare, Il PC permette la gestione di misura dei segnali microfonico e di potenza e la visualizzazione, anche in tempo reale, delle misure in svolgimento.
Secondo un altro aspetto della presente descrizione, il presente trovato mette a disposizione un metodo per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare.
Il metodo comprende una fase di emissione di un primo fascio laser attraverso un primo emettitore laser L1. Il primo fascio laser ? emesso ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita ?1. Il primo fascio laser ? modulato ad una prima frequenza acustica F1. Per frequenza ?acustica? si intende una frequenza che si colloca in una gamma di frequenze tipica (propria) delle onde (ovvero frequenze) acustiche. In particolare, per frequenza acustica si intende una vibrazione periodica la cui frequenza ? nella banda udibile dall'essere umano medio. In un esempio, la prima lunghezza d'onda ?1 ? fortemente assorbita dall'analita. In un esempio la prima lunghezza d'onda ?1 ? fortemente assorbita dall'analita. In altre parole, la prima lunghezza d?onda ? scelta in modo che sia fortemente assorbita dall?analita da rilevare. La prima lunghezza d?onda pu? essere scelta dallo spettro di assorbimento ottenuto per l?analita da rilevare in un intervallo di lunghezze d?onda, per esempio un intervallo di 100 lunghezza d?onda.
Il metodo comprende una fase di emissione di un secondo fascio laser attraverso un secondo emettitore laser L2. Il secondo fascio laser ? emesso ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita ?2. La seconda lunghezza d'onda ? diversa dalla prima lunghezza d'onda ?1. La seconda lunghezza d?onda ?2 pu? essere scelta dallo spettro di assorbimento ottenuto per l'analita da rilevare e per materiali aventi altri analiti. Il secondo fascio laser ? modulato ad una seconda frequenza acustica F2.
In un esempio, il metodo pu? comprendere una fase di emissione dei fasci laser tramite pi? di due emettitori laser.
Il metodo pu? comprendere una fase di posizionamento del campione su un portacampione 2. Il metodo pu? comprendere una fase di posizionamento del campione sul portacampione 2 in una posizione attiva, dove il campione riceve un fascio laser operativo comprendente il primo fascio laser e il secondo fascio laser, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo.
Il metodo pu? comprendere una fase di posizionamento del portacampione 2 all?interno di una cella fotoacustica (ovvero cella) C.
Inoltre, il metodo pu? comprendere anche una fase di convogliamento del fascio laser emesso dal primo emettitore laser L1 e di una riflessione del fascio laser emesso dal secondo emettitore laser L2 attraverso un uno specchio forato 10. Il metodo pu? comprendere una fase di riflessione del fascio laser operativo all?interno della cella C attraverso uno specchio 11. In un esempio il metodo comprende una fase di dotazione del portacampione 2 di un primo alloggiamento e un secondo alloggiamento e un terzo alloggiamento. Il metodo comprende una fase di posizionamento del campione sul primo alloggiamento, posizionamento di un materiale di riferimento sul secondo alloggiamento e posizionamento di un materiale standard sul terzo alloggiamento. Il materiale di riferimento ? un materiale che assorbe la prima lunghezza d'onda ?1 sostanzialmente allo stesso modo della seconda lunghezza d'onda ?2. Detto materiale standard, nella prima modalit? di impiego, ? costituito al 100% dall'analita da rilevare.
Nella seconda modalit? di impiego, il materiale standard ha la stessa composizione dell?analita da rilevare (ovvero l?impurit?). In un esempio, il metodo comprende una fase di spostamento del portacampione tramite un attuatore 13. Il metodo pu? comprendere una fase di spostamento del portacampione 2 in modo che il portacampione 2 possa muoversi per posizionare alternativamente e selettivamente ciascuno del primo e del secondo e del terzo alloggiamento nella posizione attiva. Il metodo comprende una fase di ispezionare selettivamente il campione e il materiale di riferimento e il materiale standard.
Il metodo pu? comprendere anche una fase di spostamento del campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione, dove il campione pu? essere sostituito con un nuovo campione. In un esempio, la posizione di alimentazione ? posizionata fuori dalla cella C.
Il metodo comprende una fase di ricezione delle onde sonore da un microfono 3 e conversione delle onde sonore in un segnale microfonico (ovvero segnale di microfono).
Inoltre, il metodo comprende una fase di ricezione di un segnale ottico da un sensore ottico 4. Il metodo comprende anche una fase di generazione di un segnale di potenza tramite il sensore ottico. Il segnale ottico ? rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo. Per intensit? si intende una potenza ottica del fascio laser. Il segnale di potenza pu? essere utilizzato per calcolare segnali normalizzati. Il segnale normalizzato ? il rapporto tra detto segnale microfonico e detto segnale di potenza.
Il metodo comprende una fase di elaborazione del segnale microfonico e del segnale di potenza attraverso circuiti elettronici 5, per derivare dati di uscita. I dati di uscita sono relativi alla concentrazione dell'analita nel campione.
In un esempio, il metodo comprende una fase di modulazione del primo fascio laser e del secondo fascio laser in modo che la prima frequenza acustica F1 e la seconda frequenza acustica F2 siano differenti tra loro. Il primo fascio laser e il secondo fascio laser vengono modulati in modo che una differenza tra la prima frequenza acustica F1 e la seconda frequenza acustica F2, ?F, sia inferiore alla larghezza banda passante della cella BW_C in modo da poter ricadere nella frequenza di risonanza della cella acustica C e nella banda passante della catena di condizionamento del fotodiodo (ovvero il sensore ottico) 4.
In un esempio, il metodo comprende una fase di dotazione dei circuiti elettronici 5 di un amplificatore (ovvero demodulatore) principale 6 e di un amplificatore (ovvero demodulatore) ausiliario 7. In un esempio ciascuno degli amplificatori principale 6 e ausiliario 7 include un primo stadio e un secondo stadio.
L?amplificatore principale 6 riceve il segnale microfonico. L?amplificatore ausiliario 7 riceve il segnale di potenza.
Il metodo comprende una fase di filtraggio del segnale microfonico per rilevare una prima ampiezza del segnale microfonico alla prima frequenza acustica ed una seconda ampiezza del segnale microfonico alla seconda frequenza acustica.
Il metodo comprende una fase di filtraggio del segnale microfonico per rilevare una prima ampiezza del segnale microfonico alla prima frequenza acustica F1 ed una seconda ampiezza del segnale microfonico alla seconda frequenza acustica F2.
Il metodo comprende anche una fase di filtraggio del segnale di potenza per rilevare una prima ampiezza del segnale di potenza alla prima frequenza acustica F1 ed una seconda ampiezza del segnale di potenza alla seconda frequenza acustica F2.
Il metodo pu? comprendere una fase di filtraggio del segnale, microfonico o di potenza, avente la prima frequenza acustica F1 nel primo stadio degli amplificatori e una fase di filtraggio del segnale, microfonico o di potenza, avente la seconda frequenza acustica F2 nel secondo stadio degli amplificatori. In questo modo ciascun amplificatore fornisce dati di misurazione rappresentativi di un'ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza, rispettivamente, sia alla prima frequenza acustica che alla seconda frequenza acustica.
In particolare, il primo fascio laser e il secondo fascio laser vengono modulati in modo che la differenza tra la prima frequenza acustica F1 e la seconda frequenza acustica F2, ?F, sia maggiore di una larghezza di banda passante dell'amplificatore principale 6 e dell'amplificatore ausiliario 7 BW_A in modo che gli amplificatori, principale e ausiliario, possano filtrare, separare e misurare i segnali, microfonici e di potenza, alle differenti frequenze; F1 e F2.
Il metodo pu? comprendere una fase di controllo del primo emettitore laser L1 e il secondo emettitore laser L2 in un'unit? di elaborazione 8 tramite segnali di modulazione. In particolare, l?unit? di elaborazione controlla il primo emettitore laser L1 e il secondo emettitore laser L2 e modula detti fasci laser a due frequenze acustiche leggermente diverse, F1 e F2. Inoltre, il metodo pu? comprendere una fase di trasmissione dei segnali di modulazione dall'unit? di elaborazione 8 all'amplificatore principale 6 e all'amplificatore ausiliario 7. L?unit? di elaborazione pu? essere un doppio modulatore.
In un esempio, il metodo comprende una fase di implementazione dei circuiti elettronici in una scheda elettronica 12. Il metodo comprende una fase di controllo dell?attuatore 13 tramite la scheda elettronica 12 per muovere il portacampione 2 in modo che il campione o il materiale standard o il materiale di riferimento si trovi nella posizione attiva.
Il metodo pu? comprendere una fase di implementazione degli amplificatori e l?unit? di elaborazione 8 all?interno di un chip 14.
In un esempio, il metodo comprende una fase di collegamento della scheda elettronica 12 ad un PC 15. Il PC controlla la scheda elettronica 12. Il PC memorizza e visualizza i segnali di potenza e microfonici ottenuti dal sensore ottico 4 e dal microfono 3. In particolare, Il PC calcola, memorizza e visualizza i segnali normalizzati, il rapporto tra il segnale microfonico e il segnale di potenza, misurati alla prima lunghezza d?onda e alla seconda lunghezza d?onda per il campione e per il materiale standard e per il materiale di riferimento e calcola un rapporto tra il segnale normalizzato ottenuto alla prima lunghezza d'onda e il segnale normalizzato ottenuto alla seconda lunghezza d'onda per ottenere i dati di uscita. I dati di uscita ottenuti per il materiale standard sono utilizzati per normalizzare i dati di uscita del campione. Inoltre, il metodo comprende una fase di calcolo della concentrazione dell?analita nel campione tramite il PC utilizzando detti dati di uscita generati dall?assorbimento del fascio laser operativo da detto riferimento e da detto standard e da detto campione. In un esempio, la concentrazione dell?analita nel campione viene calcolata tramite il PC e utilizzando la curva di calibrazione, ottenuta dai dati di uscita per il materiale standard adulterato con percentuali note di impurit?. In particolare, Il PC permette la gestione di misura dei segnali microfonico e di potenza e la visualizzazione, anche in tempo reale, delle misure in svolgimento.
I seguenti paragrafi, elencati con riferimenti alfanumerici, rappresentano modalit? esemplificative e non limitative di descrivere il presente trovato.
A. Un apparato (1) per rilevare (almeno) un analita in un campione di un materiale da ispezionare, l'apparato (1) comprendendo:
- un dispositivo emettitore laser per emettere un fascio laser operativo; - un portacampione (2) configurato per contenere il campione e per posizionare il campione in una posizione attiva, in cui il campione riceve il fascio laser operativo, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo;
- un microfono (3), configurato per ricevere le onde sonore e per convertire le onde sonore in un segnale microfonico;
- un sensore ottico (4), configurato per ricevere un segnale ottico rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo e per generare un segnale di potenza;
- circuiti elettronici (5), collegati al microfono (3) e al sensore ottico (4) e configurati per elaborare il segnale microfonico e il segnale di potenza per derivare dati di uscita relativi alla concentrazione dell'analita in detto campione.
A1. Apparato secondo il paragrafo A, in cui il dispositivo emettitore laser include:
- un primo emettitore laser (L1), configurato per generare un primo fascio laser ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita (?1), modulato ad una prima frequenza acustica (F1), la prima lunghezza d'onda (?1) essendo fortemente assorbita dall'analita;
- un secondo emettitore laser (L2), configurato per generare un secondo fascio laser ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita (?2) diversa dalla prima lunghezza d'onda (?1) e modulato ad una seconda frequenza acustica (F2),
in cui il fascio laser operativo comprende il primo fascio laser e il secondo fascio laser.
A1.1. Apparato secondo il paragrafo A1, in cui la prima frequenza acustica (F1) ? diversa dalla seconda frequenza acustica (F2).
A1.2. Apparato secondo il paragrafo A1 o A1.1, in cui i circuiti elettronici (5) includono un amplificatore (ovvero demodulatore) principale (6) e un amplificatore (ovvero demodulatore) ausiliario (7), l'amplificatore principale essendo configurato per ricevere il segnale microfonico per rilevare un'ampiezza del segnale microfonico e l'amplificatore ausiliario essendo configurato per ricevere il segnale di potenza per rilevare un'ampiezza del segnale di potenza, in cui ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario include un primo stadio e un secondo stadio, in cui il primo stadio ? configurato per filtrare e isolare il segnale avente la prima frequenza acustica (F1) e il secondo stadio ? configurato per filtrare e isolare il segnale avente la seconda frequenza acustica (F2), per cui ciascun amplificatore fornisce dati di misurazione rappresentativi di un'ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza, rispettivamente, sia alla prima frequenza acustica (F1) che alla seconda frequenza acustica (F2).
A1.2.1. Apparato secondo il paragrafo A1.2, in cui una differenza tra la prima frequenza acustica (F1) e la seconda frequenza acustica (F2) ? maggiore di una larghezza di banda passante dell'amplificatore principale (6) e dell'amplificatore ausiliario (7).
A1.2.1.1. Apparato secondo il paragrafo A1.2.1, in cui la frequenza di campionamento della misura del segnale di uscita degli amplificatori ? maggiore della banda passante degli amplificatori.
A1.3. Apparato secondo una qualunque dei paragrafi da A1 a A1.2.1, in cui i circuiti elettronici (5) comprendono inoltre un'unit? di elaborazione (8) configurata per controllare il primo emettitore laser (L1) e il secondo emettitore laser (L2) attraverso segnali di modulazione.
A1.3.1. Apparato secondo il paragrafo A1.3 in cui l'unit? di elaborazione (8) ? collegata all'amplificatore principale (6) e all'amplificatore ausiliario (7) ed ? configurata per inviare i segnali di modulazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario.
A1.4. Apparato secondo una qualunque dei paragrafi da A1 a A1.3.1 comprendente inoltre uno specchio forato (10), configurato per consentire un passaggio sia del fascio laser emesso dal primo emettitore laser (L1) sia una riflessione del fascio laser emesso dal secondo emettitore laser (L2).
A1.5. Apparato secondo una qualunque dei paragrafi da A1 a A1.3.1, in cui il dispositivo emettitore laser ? configurato per generare un singolo fascio laser operativo, il singolo fascio laser operativo includendo il primo fascio laser e il secondo fascio laser (ed eventuali altri fasci laser).
A2. Apparato secondo il paragrafo A, in cui il dispositivo emettitore laser ? un laser a cascata quantica accordabile.
A3. Apparato secondo uno qualunque dei paragrafi da A a A2, comprendente inoltre una scheda elettronica (12), in cui la scheda elettronica include i circuiti elettronici (5).
A4. Apparato secondo uno qualunque dei paragrafi da A a A3 in cui il sensore ottico (8) ? un fotodiodo.
A5. Apparato secondo uno qualunque dei paragrafi da A a A4 in cui detto portacampione (2) include un primo alloggiamento, per contenere il campione, e un secondo alloggiamento, per contenere un materiale di riferimento, il materiale di riferimento essendo un materiale che assorbe la prima lunghezza d'onda (?1) sostanzialmente allo stesso modo della seconda lunghezza d'onda (?2).
A6. Apparato secondo uno qualunque dei paragrafi da A a A5 comprendente, inoltre, un attuatore (13), in cui il portacampione (2) ? mobile attraverso l'attuatore, in modo che il portacampione possa muoversi per posizionare alternativamente e selettivamente ciascuno del primo e del secondo alloggiamento nella posizione attiva in modo che il campione e il materiale di riferimento possano essere ispezionati selettivamente.
A7. Apparato secondo uno qualunque dei paragrafi da A a A6 in cui il portacampione (2) ? mobile per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione, in cui, nella posizione di alimentazione, ? possibile accedere al campione per essere sostituito con un nuovo campione.
A8. Apparato secondo uno qualunque dei paragrafi da A a A7 in cui il portacampione (2) include un terzo alloggiamento, per contenere un materiale standard.
A8.1. Apparato secondo il paragrafo A8 in cui il portacampione (2) ? mobile attraverso l'attuatore, in modo che il portacampione possa muoversi per posizionare alternativamente e selettivamente ciascuno del primo e del secondo e del terzo alloggiamento nella posizione attiva in modo che il campione e il materiale di riferimento e il materiale standard possano essere ispezionati selettivamente.
B. Metodo per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare, il metodo comprendente le seguenti fasi:
- emissione di un fascio laser operativo attraverso un dispositivo emettitore laser;
- posizionamento di un campione su un portacampione (2) in una posizione attiva, dove il campione riceve il fascio laser operativo, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo;
- ricezione delle onde sonore da un microfono (3) e conversione delle onde sonore in un segnale microfonico;
- ricezione di un segnale ottico rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo da un sensore ottico (4) e generazione di un segnale di potenza;
- elaborazione del segnale microfonico e del segnale di potenza attraverso circuiti elettronici (5), per derivare dati di uscita relativi alla concentrazione dell'analita nel campione.
B1. Metodo secondo il paragrafo B comprendente le eseguente fasi:
- emissione di un primo fascio laser attraverso un primo emettitore laser (L1), ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita (?1) e modulato ad una prima frequenza acustica (F1), la prima lunghezza d'onda (?1) essendo fortemente assorbita dall'analita;
- emissione di un secondo fascio laser attraverso un secondo emettitore laser (L2), ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita (?2) diversa dalla prima lunghezza d'onda (?1) e modulata ad una seconda frequenza acustica (F2);
in cui il dispositivo emettitore laser include il primo emettitore laser e il secondo emettitore laser e in cui il fascio laser operativo comprende il primo fascio laser e il secondo fascio laser.
B1.1 Metodo secondo il paragrafo B1, comprendente le seguenti fasi:
- modulazione del primo fascio laser e del secondo fascio laser in modo che la prima frequenza acustica (F1) e la seconda frequenza acustica (F2) siano differenti tra loro;
- dotazione dei circuiti elettronici (5) di un amplificatore (ovvero demodulatore) principale (6) e di un amplificatore (ovvero demodulatore) ausiliario (7) in cui ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario comprende un primo stadio ed un secondo stadio;
- filtraggio del segnale microfonico per rilevare una prima ampiezza del segnale microfonico alla prima frequenza acustica (F1) ed una seconda ampiezza del segnale microfonico alla seconda frequenza acustica (F2); - filtraggio del segnale di potenza per rilevare una prima ampiezza del segnale di potenza alla prima frequenza acustica (F1) ed una seconda ampiezza del segnale di potenza alla seconda frequenza acustica (F2). B1.2 Metodo secondo il paragrafo B1 o B1.1 comprendente le seguenti fasi:
- in un'unit? di elaborazione (8), controllo del primo emettitore laser (L1) e il secondo emettitore laser (L2) tramite segnali di modulazione;
- dall'unit? di elaborazione (8), trasmissione dei segnali di modulazione dall'unit? di elaborazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario.
B2. Metodo secondo il paragrafo B, comprendente una fase di dotazione del dispositivo emettitore laser di un laser a cascata quantica accordabile.
B3. Metodo secondo uno qualunque dei paragrafi da B a B2 comprendente una fase di spostamento del portacampione (2) tramite un attuatore (13), per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione, dove il campione pu? essere sostituito con un nuovo campione.

Claims (17)

RIVENDICAZIONI
1. Un apparato (1) per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare, l'apparato (1) comprendendo:
- un primo emettitore laser (L1), configurato per generare un primo fascio laser ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita (?1), modulato ad una prima frequenza acustica (F1), la prima lunghezza d'onda (?1) essendo fortemente assorbita dall'analita;
- un secondo emettitore laser (L2), configurato per generare un secondo fascio laser ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita (?2) diversa dalla prima lunghezza d'onda (?1) e modulato ad una seconda frequenza acustica (F2);
- un portacampione (2) configurato per contenere il campione e per posizionare il campione in una posizione attiva, in cui il campione riceve un fascio laser operativo comprendente il primo fascio laser e il secondo fascio laser, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo;
- un microfono (3), configurato per ricevere le onde sonore e per convertire le onde sonore in un segnale microfonico;
- un sensore ottico (4), configurato per ricevere un segnale ottico rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo e per generare un segnale di potenza;
- circuiti elettronici (5), collegati al microfono (3) e al sensore ottico (4) e configurati per elaborare il segnale microfonico e il segnale di potenza per derivare dati di uscita relativi alla concentrazione dell'analita in detto campione.
2. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui la prima frequenza acustica (F1) ? diversa dalla seconda frequenza acustica (F2).
3. Apparato (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i circuiti elettronici (5) includono un amplificatore principale (6) e un amplificatore ausiliario (7), l'amplificatore principale essendo configurato per ricevere il segnale microfonico per rilevare un'ampiezza del segnale microfonico e l'amplificatore ausiliario essendo configurato per ricevere il segnale di potenza per rilevare un'ampiezza del segnale di potenza, in cui ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario include un primo stadio e un secondo stadio, in cui il primo stadio ? configurato per filtrare e isolare il segnale avente la prima frequenza acustica (F1) e il secondo stadio ? configurato per filtrare e isolare il segnale avente la seconda frequenza acustica (F2), per cui ciascun amplificatore fornisce dati di misurazione rappresentativi di un'ampiezza del segnale microfonico e del segnale di potenza, rispettivamente, sia alla prima frequenza acustica (F1) che alla seconda frequenza acustica (F2).
4. Apparato (1) secondo la rivendicazione 3, in cui una differenza tra la prima frequenza acustica (F1) e la seconda frequenza acustica (F2) ? maggiore di una larghezza di banda passante dell'amplificatore principale (6) e dell'amplificatore ausiliario (7).
5. Apparato secondo la rivendicazione 4, in cui la frequenza di campionamento della misura del segnale di uscita degli amplificatori ? maggiore della banda passante degli amplificatori
6. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i circuiti elettronici (5) comprendono inoltre un'unit? di elaborazione (8) configurata per controllare il primo emettitore laser (L1) e il secondo emettitore laser (L2) attraverso segnali di modulazione.
7. Apparato (1) secondo la rivendicazione 6, in cui l'unit? di elaborazione (8) ? collegata all'amplificatore principale (6) e all'amplificatore ausiliario (7) ed ? configurata per inviare i segnali di modulazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario amplificatore.
8. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una scheda elettronica (12), in cui la scheda elettronica include i circuiti elettronici (5).
9. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore ottico (8) ? un fotodiodo.
10. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre uno specchio forato (10), configurato per consentire un passaggio sia del fascio laser emesso dal primo emettitore laser (L1) sia una riflessione del fascio laser emesso dal secondo emettitore laser (L2).
11. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto portacampione (2) include un primo alloggiamento, per contenere il campione, e un secondo alloggiamento, per contenere un materiale di riferimento, il materiale di riferimento essendo un materiale che assorbe la prima lunghezza d'onda (?1) sostanzialmente allo stesso modo della seconda lunghezza d'onda (?2).
12. Apparato (1) secondo la rivendicazione 11, comprendente inoltre un attuatore (13), in cui il portacampione (2) ? mobile attraverso l'attuatore, in modo che il portacampione possa muoversi per posizionare alternativamente e selettivamente ciascuno del primo e del secondo alloggiamento nella posizione attiva in modo che il campione e il materiale di riferimento possano essere ispezionati selettivamente.
13. Apparato (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il portacampione (2) ? mobile per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione, in cui, nella posizione di alimentazione, ? possibile accedere al campione per essere sostituito con un nuovo campione.
14. Metodo per rilevare un analita in un campione di un materiale da ispezionare, il metodo comprendente le seguenti fasi:
- emissione di un primo fascio laser attraverso un primo emettitore laser (L1), ad una prima lunghezza d'onda fissa prestabilita (?1) e modulato ad una prima frequenza acustica (F1), la prima lunghezza d'onda (?1) essendo fortemente assorbita dall'analita;
- emissione di un secondo fascio laser attraverso un secondo emettitore laser (L2), ad una seconda lunghezza d'onda fissa prestabilita (?2) diversa dalla prima lunghezza d'onda (?1) e modulata ad una seconda frequenza acustica (F2);
- posizionamento di un campione su un portacampione (2) in una posizione attiva, dove il campione riceve un fascio laser operativo comprendente il primo fascio laser e il secondo fascio laser, cos? che il campione genera onde sonore in risposta a un assorbimento del fascio laser operativo;
- ricezione delle onde sonore da un microfono (3) e conversione delle onde sonore in un segnale microfonico;
- ricezione di un segnale ottico rappresentativo di una intensit? del fascio laser operativo da un sensore ottico (4) e generazione di un segnale di potenza;
- elaborazione del segnale microfonico e del segnale di potenza attraverso circuiti elettronici (5), per derivare dati di uscita relativi alla concentrazione dell'analita nel campione.
15. Metodo secondo la rivendicazione 14, comprendente le seguenti fasi: - modulazione del primo fascio laser e del secondo fascio laser in modo che la prima frequenza acustica (F1) e la seconda frequenza acustica (F2) siano differenti tra loro;
- dotazione dei circuiti elettronici (5) di un amplificatore principale (6) e di un amplificatore ausiliario (7) in cui ciascuno degli amplificatori principale e ausiliario comprende un primo stadio ed un secondo stadio;
- filtraggio del segnale microfonico per rilevare una prima ampiezza del segnale microfonico alla prima frequenza acustica (F1) ed una seconda ampiezza del segnale microfonico alla seconda frequenza acustica (F2); - filtraggio del segnale di potenza per rilevare una prima ampiezza del segnale di potenza alla prima frequenza acustica (F1) ed una seconda ampiezza del segnale di potenza alla seconda frequenza acustica (F2).
16. Metodo secondo la rivendicazione 14 o 15, comprendente le seguenti fasi:
- in un'unit? di elaborazione (8), controllo del primo emettitore laser (L1) e il secondo emettitore laser (L2) tramite segnali di modulazione;
- dall'unit? di elaborazione (8), trasmissione dei segnali di modulazione dall'unit? di elaborazione all'amplificatore principale e all'amplificatore ausiliario.
17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti da 14 a 16, comprendente una fase di spostamento del portacampione (2) tramite un attuatore (13), per spostare il campione tra la posizione attiva e una posizione di alimentazione, dove il campione pu? essere sostituito con un nuovo campione.
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