RU2014151119A

RU2014151119A - Устройство и способ измерения концентрации газообразных веществ

Info

Publication number: RU2014151119A
Application number: RU2014151119A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Игнатьевич Плешков; Алексей Тимофеевич Кулаков; Яков Яковлевич Понуровский; Юрий Петрович Шаповалов; Александр Иванович Надеждинский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" (ООО "ПетроЛайт")
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-07-10
Also published as: RU2598694C2

Abstract

1. Устройство для измерения концентрации газообразных веществ, в том числе метана, содержащее блок лазерного излучения с длиной волны, изменяющейся в спектральном диапазоне поглощения детектируемой молекулы, и детектор аналитического сигнала, оптически связанный с блоком лазерного излучателя через одномодовое оптоволокно и аналитическую однопроходную кювету, а также блок управления, приема и обработки данных, блок лазерного излучателя содержит оптически последовательно связанные модуль диодного лазера, волоконный разветвитель, один конец волокна которого через кювету сравнения оптически связан с детектором сигнала сравнения, а второй конец через дополнительный волоконнооптический кабель, доставляющий излучение к объекту исследования и аналитической кювете с волоконными входом и выходом, оптически связан с детектором аналитического сигнала, а блок управления, приема и обработки данных выполнен в виде трех модулей, а именно: цифрового программируемого модуля, модуля цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей (ЦАП и АЦП) и модуля преобразователей аналоговых сигналов, при этом посредством электрических соединений выходов детектора аналитического сигнала, сигнала сравнения, а так же сигналов управления модулем диодного лазера происходит управление мощностью излучения диодного лазера, его перестройкой по частоте, регистрация, обработка и сравнение аналитического сигнала с сигналом сравнения и, в конечном итоге, вычисление концентрации исследуемого объекта.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно оснащено однопроходной открытой кюветой с волоконными входом и выходом излучения, оптоволоконным

Claims

1. Устройство для измерения концентрации газообразных веществ, в том числе метана, содержащее блок лазерного излучения с длиной волны, изменяющейся в спектральном диапазоне поглощения детектируемой молекулы, и детектор аналитического сигнала, оптически связанный с блоком лазерного излучателя через одномодовое оптоволокно и аналитическую однопроходную кювету, а также блок управления, приема и обработки данных, блок лазерного излучателя содержит оптически последовательно связанные модуль диодного лазера, волоконный разветвитель, один конец волокна которого через кювету сравнения оптически связан с детектором сигнала сравнения, а второй конец через дополнительный волоконнооптический кабель, доставляющий излучение к объекту исследования и аналитической кювете с волоконными входом и выходом, оптически связан с детектором аналитического сигнала, а блок управления, приема и обработки данных выполнен в виде трех модулей, а именно: цифрового программируемого модуля, модуля цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей (ЦАП и АЦП) и модуля преобразователей аналоговых сигналов, при этом посредством электрических соединений выходов детектора аналитического сигнала, сигнала сравнения, а так же сигналов управления модулем диодного лазера происходит управление мощностью излучения диодного лазера, его перестройкой по частоте, регистрация, обработка и сравнение аналитического сигнала с сигналом сравнения и, в конечном итоге, вычисление концентрации исследуемого объекта.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно оснащено однопроходной открытой кюветой с волоконными входом и выходом излучения, оптоволоконным кабелем, позволяющим доставлять и принимать излучение лазера на значительных расстояниях (25 км и более).

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что волоконный кабель выполнен в виде одномодового волоконного световода с потерями оптического излучения на длине волны 1,65 мкм приблизительно 0,4 дБ/км.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что детекторы аналитического сигнала и сигнала сравнения содержат InGaAs p-i-n фотодиоды с волоконным входом.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что цифровой программируемый модуль и модули ЦАП и АЦП могут быть выполнены на базе микроконтроллера или на основе программируемых логических интегральных схем (ПЛИС).

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по пути следования оптоволокна параллельно через волоконные разветвители добавляются аналитические каналы с оптической кюветой и возвратным оптоволокном, а так же с соответствующим детектором аналитического сигнала, при этом модуль преобразователей аналоговых сигналов оптимизируется под число аналитических каналов.

7. Способ измерения концентрации газообразных веществ, в том числе метана, включающий генерирование диодным лазером с волоконным выводом излучения оптического излучения с длительностью импульса, перекрывающую спектральную линию поглощения исследуемого газа, разветвление этого излучения с помощью волоконного разветвителя в канал сравнения для выполнения процедуры сравнения при вычислении концентрации и для обеспечения дополнительной частотной стабилизации излучения диодного лазера на уровне 0,0002 см^-1 по линии поглощения метана, ввод второй части излучения диодного лазера в аналитический канал, состоящий из однопроходной кюветы с волоконными входом и выходом, а так же оптоволоконных кабелей для доставки излучения к кювете и к детектору аналитического сигнала, определение концентрации газообразных веществ из спектров поглощения аналитического канала и канала сравнения.