RU2019121468A - Газоанализатор - Google Patents

Claims (35)

1. Система контроля газа для определения как минимум одной характеристики целевого газа (5000), включающая как минимум один источник света (1000), отрегулированный для излучения света в диапазоне длин волн, при котором целевой газ (5000) обладает как минимум одной линией поглощения, дополнительно включающая в себя ретроотражатель (2200) с отражающими средствами и блок управления, причем данная система контроля газа отрегулирована для направления света через целевой газ (5000) на ретроотражатель (2200), который возвращает свет в приемные оптические средства, а также она дополнительно включает систему детектора с как минимум одним фотодетектором для обнаружения света, при этом данный детектор отрегулирован для обеспечения сигнала, который должен приниматься блоком управления, причем блок управления отрегулирован для управления системой контроля газа и расчета как минимум одной характеристики газа, и при этом данная система контроля газа включает зеркальное устройство (2000), состоящее из центрального (2100) и близлежащего (2300) зеркал, каждое из которых имеет свою поверхность, геометрический центр и оптическую ось, причем центральное (2100) и близлежащее (2300) зеркала установлены под углом смещения между своими оптическими осями (2150, 2350), при этом оптические оси (2150, 2350) центрального (2100) и близлежащего (2300) зеркал встречаются в точке пересечения вблизи геометрического центра поверхности центрального зеркала (2100), причем устройство зеркала (2000) может наклоняться в любом направлении в пределах трехгранного пространственного угла вокруг точки поворота (2050), при этом точка поворота (2050) располагается вблизи точки пересечения, центральное зеркало (2100) отрегулировано для приема света от источника света (1000) и его направления на ретроотражатель (2200), а ретроотражатель (2200), в свою очередь, отрегулирован для возврата света на близлежащее зеркало (2300), предназначенное для отражения света на систему детектора.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что точка пересечения оптических осей (2150, 2350) располагается не более чем в 10 мм от геометрического центра поверхности центрального зеркала (2100).

3. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что точка поворота (2050) располагается не более чем в 20 мм от точки пересечения оптических осей (2150, 2350).

4. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что точка пересечения оптических осей (2150, 2350) и точка поворота (2050) располагаются в геометрическом центре поверхности центрального зеркала (2100).

5. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что данная система контроля газа отрегулирована для образования лучей, и при этом каждый луч имеет ось, при этом луч (4100), исходящий из системы источника света, включающей в себя источник света (1000), направляется на центральное зеркало (2100), луч (4200) от центрального зеркала (2100) направляется на ретроотражатель (2200), луч (4300) от ретроотражателя (2200) направляется на близлежащее зеркало (2300), а луч (4400) от близлежащего зеркала - на систему детектора, при этом система контроля газа отрегулирована для выравнивания лучей, попадающих на ретроотражатель (2200) и отражаемых от него, главным образом соосно, причем оси лучей, попадающих на центральное зеркало (2100) от системы источника света и от близлежащего зеркала (2300) в систему детектора, не совпадают.

6. Система по п. 5, отличающаяся тем, что система отрегулирована таким образом, что угол в двойной величине между оптической осью центрального зеркала (2100) и близлежащего зеркала (2300) главным образом может соответствовать углу между оптической осью системы источника света и системы детектора (3000).

7. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что как центральное (2100), так и близлежащее (2300) зеркало включают поверхность для отражения света, а зеркальное устройство (2000) отрегулировано так, чтобы поверхность близлежащего зеркала (2300) охватывала поверхность центрального зеркала (2100).

8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что поверхности центрального (2100) и близлежащего (2300) зеркал располагаются таким образом, что точки пересечения оптических осей (2150, 2350) располагаются в оптическом центре центрального зеркала (2100).

9. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что центральное зеркало (2100) имеет одну из следующих форм: плоскую, параболическую, внеосевую параболическую и сферическую, а близлежащее зеркало (2300) - плоскую, параболическую, внеосевую параболическую и сферическую.

10. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что система детектора располагается за пределами прохождения лучей (4200, 4300), между устройством зеркала (2000) и ретроотражателем (2200).

11. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что источником света (1000) является лазер одного из следующих видов: вертикально-излучающие, с распределенной обратной связью, квантово-каскадные и межзонные каскадные лазеры, резонаторы Фабри-Перо, а также различные виды матричных лазеров.

12. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что ретроотражатель (2200) принадлежит к одному из следующих видов: кубический уголковый или с отражательной лентой.

13. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что зеркальное устройство (2000) располагается таким образом, чтобы направлять луч от центрального зеркала (2100), главным образом, в направлении ориентации к ретроотражателю (2200), в случае если система газоанализатора включает средства центровки для регулировки направления ориентации зеркального устройства (2000).

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что средства центровки располагаются таким образом, чтобы наклон зеркального устройства (2000), главным образом, обеспечивался вокруг точки поворота (2050).

15. Система по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что точка поворота (2050) располагается вблизи геометрического центра центрального зеркала (2100).

16. Система по п. 13 или 14, отличающаяся тем, что точка поворота (2050) располагается за геометрическим центром центрального зеркала (2100) вблизи оптической оси (2150) центрального зеркала (2100).

17. Система по одному из п.п. 13-16, отличающаяся тем, что средства центровки включают средства для автоматической центровки узла зеркала в направлении ретроотражателя (2200) путем перемещения узла зеркала во время контроля сигнала и поиска оптимального сигнала.

18. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что включает источник видимого света (1200), предусмотренный для обеспечения коллимированного луча видимого света, главным образом, соосно с лучом как минимум одного источника света (1000) для упрощения центровки системы.

19. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что она включает множество источников света (1000, 1100), работающих при различной длине волны, причем каждый источник света (1000, 1100) имеет расщепитель луча для поглощения лучей света из источников света (1000, 1100) на общем пути; расщепители луча обладают спектральными свойствами для света, поступающего из источников света (1000, 1100), которые соответствуют всем расщепителям луча, главным образом, подлежащих отражению, в то время как осуществляется передача света с длиной волны от других источников света (1000, 1100).

20. Система по одному из пунктов, приведенных выше, включающая множество фотодетекторов и расщепителей луча для отделения длины волны от каждого источника света (1000) на отдельные детекторы.

21. Система по одному из пп. 19, 20, отличающаяся тем, что она предусматривается для временного или частотного разделения для отделения длины волны от каждого источника света (1000).

22. Система по одному из пп. 19-21, отличающаяся тем, что она предусматривается для обеспечения прохождения избыточного света от расщепителей луча как минимум в одной газовой кювете для каждого источника света (1000, 1100), а затем как минимум в одном дополнительном фотодетекторе для каждого источника света (1000, 1100); как минимум в одной газовой кювете содержится газ, обладающий поглощающими свойствами, который может использоваться для самокалибровки и контроля целостности прибора в отношении спектральных рабочих точек.

23. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что ретроотражатель (2200) включает пластину блокирования прохождения луча (2211), главным образом, расположенную симметрично вокруг оси центра ретроотражателя (2200) для блокирования отражения света ретроотражателем (2200) посредством центрального зеркала (2300) обратно в направлении источника света (1000).

24. Система по п. 23, отличающаяся тем, что пластина блокирования (2211), главным образом, сформирована в виде круглого диска с диаметром, оптимизированным для диапазона длины оптического пути и расходимости луча.

25. Система по п. 23 или 24, отличающаяся тем, что пластина блокирования (2211) располагается с наклоном под углом относительно оптической оси ретроотражателя (2200).

26. Система по одному из пунктов, приведенных выше, отличающаяся тем, что ретроотражатель (2200) включает центральную часть (2240), с которой, главным образом, отражающие средства были удалены во избежание отражения лазерного света от центрального зеркала (2100) обратно в направлении источника света (1000).

27. Система по п. 26, отличающаяся тем, что в центральной части (2250) ретроотражателя (2200), с которой были удалены отражающие средства, располагается рассеивающий элемент (2250), который снижает оптический шум и количество отражений от поверхностей за ратроотражателем (2200).

28. Система по п. 27, отличающаяся тем, что отражающие средства в центральной части (2240) включают в себя отражающую поверхность, которая подвергается пескоструйной обработке или травлению, что, главным образом, необходимо для ее удаления и получения рассеивающего элемента (2250).

29. Способ определения как минимум одной характеристики целевого газа (5000), включающий следующие этапы:

излучение света в диапазоне, при котором для целевого газа (5000) в луче от источника света предусматривается как минимум одна линия поглощения (1000);

отражение света центральным зеркалом (2100) посредством образца целевого газа (5000) в направлении ретроотражателя (2200);

возврат света ретроотражателем (2200) в направлении близлежащего зеркала (2300) охватывающего центральное зеркало (1000);

отражение света близлежащим зеркалом (23 00) в направлении системы детектора;

обнаружение света как минимум одним детектором, включенным в систему детектора;

получение сигнала от системы детектора и определение как минимум одной характеристики газа системой управления.