RU2299422C1 - Optical-electronic spectral gas analyzer - Google Patents
Optical-electronic spectral gas analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299422C1 RU2299422C1 RU2005131259/28A RU2005131259A RU2299422C1 RU 2299422 C1 RU2299422 C1 RU 2299422C1 RU 2005131259/28 A RU2005131259/28 A RU 2005131259/28A RU 2005131259 A RU2005131259 A RU 2005131259A RU 2299422 C1 RU2299422 C1 RU 2299422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- photo
- shutter
- fast
- output
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
- G01N21/716—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited by measuring the radiation emitted by a test object treated by combustion gases for investigating the composition of gas mixtures
Abstract
Description
Оптико-электронный спектральный газоанализатор относится к технике газового анализа и может быть использован для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.Optoelectronic spectral gas analyzer refers to the technique of gas analysis and can be used to determine the qualitative and quantitative composition of gas mixtures formed as a result of the life of organisms or released during the operation of various devices, internal combustion engines, as well as for quality control of perfumes.
Известно техническое решение по патенту RU 2091764, МПК 6 G01N 21/61 от 16.08.94, опубликовано 27.09.97, бюллетень № 27, «Волоконно-оптический анализатор» (1). Изобретение относится к технике аналитического и измерительного приборостроения для обнаружения и определения концентрации газов и может быть использовано в угольной, химической, нефтеперерабатывающей, газовой и других отраслях промышленности. Устройство содержит последовательно установленные и оптически связанные излучатель, входное оптическое волокно, многоходовую кювету, состоящую из трех сферических зеркал, выходное оптическое волокно, блок регистрации и обработки информации. Между выходным оптическим волокном и блоком регистрации установлен спектральный интегральный демультиплексор, а на продолжении сферы зеркала-коллектива в непосредственной близости от его края с одной стороны установлены торцы входного и выходного оптических волокон, оба зеркала-объектива установлены с возможностью совместного поворота относительно центра кривизны зеркала-коллектива в общей меридиональной плоскости всех зеркал.A technical solution is known according to patent RU 2091764, IPC 6 G01N 21/61 of 08.16.94, published 09/27/97, Bulletin No. 27, “Fiber Optic Analyzer” (1). The invention relates to techniques for analytical and measuring instrumentation for the detection and determination of gas concentrations and can be used in coal, chemical, oil refining, gas and other industries. The device comprises sequentially mounted and optically coupled emitters, an input optical fiber, a multi-pass cell consisting of three spherical mirrors, an output optical fiber, an information recording and processing unit. A spectral integral demultiplexer is installed between the output optical fiber and the recording unit, and on the continuation of the collective mirror sphere in the immediate vicinity of its edge, the ends of the input and output optical fibers are installed on one side, both lens mirrors are mounted with the possibility of joint rotation relative to the center of curvature of the mirror collective in the common meridional plane of all mirrors.
Известно также техническое решение по патенту RU 2083959, МПК 6 G01J 3/42 от 21.03.95, опубликовано 10.07.97, бюллетень № 19, «Способ измерения концентрации газов методом корреляционной Фурье-спектроскопии» (2).There is also a technical solution according to patent RU 2083959, IPC 6 G01J 3/42 dated 03/21/95, published July 10, 1997, bulletin No. 19, “A method for measuring gas concentrations by the method of correlation Fourier spectroscopy” (2).
Изобретение относится к способам измерения концентраций газов в газовых средах методом абсорбционной спектроскопии, в частности к способам измерения газовых примесей в атмосфере и контроля загрязнения окружающей среды. Способ корреляционной Фурье-спектроскопии включает измерение интенсивностей определенного набора компонент Фурье-спектра принимаемого излучения, причем значения Фурье-переменных измеряемых Фурье-компонент коррелируют с положениями максимумов и минимумов в Фурье-спектре спектра поглощения измеряемого газа, а принимаемое излучение анализируют только в диапазоне волновых чисел, где измеряемый газ имеет линии поглощения.The invention relates to methods for measuring gas concentrations in gaseous media by absorption spectroscopy, in particular to methods for measuring gaseous impurities in the atmosphere and controlling environmental pollution. The method of correlation Fourier spectroscopy involves measuring the intensities of a certain set of components of the Fourier spectrum of the received radiation, and the values of the Fourier variables of the measured Fourier components correlate with the positions of the maxima and minima in the Fourier spectrum of the absorption spectrum of the measured gas, and the received radiation is analyzed only in the wave number range where the measured gas has absorption lines.
Недостатком этого метода является относительно невысокая чувствительность, поскольку для заметного поглощения излучения необходимо, чтобы концентрация искомого вещества была достаточно большой (не менее 0.001%).The disadvantage of this method is the relatively low sensitivity, since for noticeable absorption of radiation it is necessary that the concentration of the desired substance be sufficiently large (at least 0.001%).
Наиболее близким по технической сути является техническое решение по авторскому свидетельству SU 1672814, МПК 6 G01N 21/31 от 06.10.89, опубликовано 20.05.96, бюллетень № 14, «Газоанализатор» (3).The closest in technical essence is the technical solution according to the copyright certificate SU 1672814, IPC 6 G01N 21/31 dated 10/06/89, published on 05/20/96, Bulletin No. 14, “Gas analyzer” (3).
Это изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения количественного и качественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, например двигателей внутреннего сгорания.This invention relates to techniques for gas analysis and can be used to determine the quantitative and qualitative composition of gas mixtures formed as a result of the activity of organisms or released during the operation of various devices, such as internal combustion engines.
Данное техническое решение направлено на расширение функциональных возможностей газоанализатора за счет определения качественного состава газовой смеси и повышение точности и чувствительности. В. газоанализаторе, содержащем излучающий диод, p-n-переходы которого выполнены идентичными в одном и том же кристалле, фокусирующую оптическую систему, по крайней мере с одним элементом, выполненным в виде вогнутого отражателя, в фокусе которого расположен фотоприемник, и электронную схему выделения полезного сигнала, подключенного к фотоприемнику, на поверхность по крайней мере одного из отражателей нанесена дифракционная решетка, и/или газоанализатор содержит дифракционную решетку, в меридиональной плоскости которой на направлениях главных дифракционных максимумов расположен диод и фотоприемник. Диод выполнен в виде линейной матрицы с числом элементов N, определяемых условием по крайней мере с одним элементом, выполненным в виде вогнутого отражателя, в фокусе которого расположен фотоприемник, и электронную схему выделения полезного сигнала, подключенного к фотоприемнику, на поверхность по крайней мере одного из отражателей нанесена дифракционная решетка, и/или газоанализатор содержит дифракционную решетку, в меридиональной плоскости которой на направлениях главных дифракционных максимумов расположен диод и фотоприемник. Диод выполнен в виде линейной матрицы с числом элементов N, определяемых условиемThis technical solution is aimed at expanding the functionality of the gas analyzer by determining the qualitative composition of the gas mixture and increasing the accuracy and sensitivity. C. a gas analyzer containing a radiating diode, the pn junctions of which are identical in the same crystal, the focusing optical system with at least one element made in the form of a concave reflector with a photodetector in focus, and an electronic circuit for extracting a useful signal connected to the photodetector, a diffraction grating is deposited on the surface of at least one of the reflectors, and / or the gas analyzer comprises a diffraction grating, in the meridional plane of which in the directions The main diffraction maxima are a diode and a photodetector. The diode is made in the form of a linear matrix with the number of elements N, determined by the condition with at least one element made in the form of a concave reflector with a photodetector in focus, and an electronic circuit for extracting a useful signal connected to the photodetector to the surface of at least one of a diffraction grating is applied to the reflectors, and / or the gas analyzer comprises a diffraction grating, in the meridional plane of which a diode and a photodetector are located on the directions of the main diffraction maxima. The diode is made in the form of a linear matrix with the number of elements N, determined by the condition
а светоизлучающая область каждого из элементов имеет поперечный размер h, который при неперекрывающихся полосах поглощения газов удовлетворяет условиюand the light-emitting region of each element has a transverse dimension h, which for non-overlapping absorption bands of gases satisfies the condition
а в остальных случаях определяется из условияand in other cases it is determined from the condition
где 
Δλ' - разрешение решетки или системы;Δλ 'is the resolution of the lattice or system;
Δλ - наименьшая из полуширин характеристических полос поглощения предполагаемых газов;Δλ is the smallest of the half-widths of the characteristic absorption bands of the proposed gases;
Δλ" - полуширина спектра электролюминесценции излучающего диода;Δλ "is the half-width of the electroluminescence spectrum of the emitting diode;
Н - расстояние между центрами элементов матрицы.H is the distance between the centers of the elements of the matrix.
Газоанализатор может содержать устройство коррекция величины тока, протекающего через p-n-переходы, подключенное к схеме выделения полезного сигнала, и просвечиваемое диодом эталонное вещество.The gas analyzer may include a device for correcting the magnitude of the current flowing through the pn junctions connected to the useful signal extraction circuit and a reference substance illuminated by the diode.
Наиболее близким по технической сути является устройство для спектрального анализа, [1] содержащее осветительный элемент, дифракционную решетку, фокусирующее устройство, приемник излучения.The closest in technical essence is a device for spectral analysis, [1] containing a lighting element, a diffraction grating, a focusing device, a radiation receiver.
Но данное устройство не позволяет в реальном масштабе времени определить наличие искомого вещества, если оно присутствует в газе, но его концентрация настолько мала, что не вызывает заметного поглощения электромагнитного излучения на заданной длине волны, т.е. лежит ниже порога чувствительности прибора [1].But this device does not allow real-time determination of the presence of the desired substance if it is present in the gas, but its concentration is so small that it does not cause noticeable absorption of electromagnetic radiation at a given wavelength, i.e. lies below the sensitivity threshold of the device [1].
Задачей предлагаемого технического решения является создание оптико-электронного спектрального газоанализатора с расширенными функциональными возможностями и высокой разрешающей способностью.The objective of the proposed technical solution is to create an optical-electronic spectral gas analyzer with advanced functionality and high resolution.
Поставленная задача решается за счет того, что оптико-электронный спектральный газоанализатор, содержащий осветительный элемент, подсоединенный к выходу блока питания, оптическую кювету, вогнутую отражательную дифракционную решетку, фотоприемник и блок управления, выполненный с возможностью обработки и выдачи информации, при этом в него введены быстрый фотозатвор входного пучка, быстрый фотозатвор выходного пучка, устройство продувки оптической кюветы очищающим газом, устройство напуска анализируемой газовой смеси в оптическую кювету, многоканальный усилитель, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, при этом фотозатворы, устройство продувки оптической кюветы очищающим газом, устройство напуска анализируемой газовой смеси в оптическую кювету, фотоприемник, выполненный в виде блока детекторов, и многоканальный усилитель подсоединены к выходу блока питания, к входу которого через цифроаналоговый преобразователь присоединен блок управления, осветительный элемент, быстрый фотозатвор входного пучка, оптическая кювета с встроенной в нее вогнутой отражательной дифракционной решеткой расположены на одной оптической оси, по ходу входного луча, а оптическая кювета с вогнутой отражательной дифракционной решеткой и прозрачным выходным окном, быстрый фотозатвор выходного пучка, и фотоприемник расположены на другой оптической оси по ходу выходящего пучка, к оптической кювете последовательно присоединены быстрый фотозатвор выходного пучка, фотоприемник, многоканальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, выполненный в виде компьютера, и цифроаналоговый преобразователь.The problem is solved due to the fact that the optoelectronic spectral gas analyzer containing a lighting element connected to the output of the power supply, an optical cuvette, a concave reflective diffraction grating, a photodetector and a control unit configured to process and output information, are introduced into it fast input beam photo-shutter, fast output beam photo-shutter, device for purging the optical cell with a cleaning gas, device for letting the analyzed gas mixture into the optical cell one, a multi-channel amplifier, analog-to-digital and digital-to-analog converters, with photo-gates, a device for purging an optical cell with a cleaning gas, a device for letting the analyzed gas mixture into an optical cell, a photodetector made in the form of a detector block, and a multi-channel amplifier are connected to the output of the power supply, to the input of which is connected via a digital-to-analog converter to a control unit, a lighting element, a fast input beam shutter, an optical cuvette with a concave reflection integrated into it A fast diffraction grating is located on one optical axis along the input beam, and an optical cuvette with a concave reflective grating and a transparent output window, a fast photo-gate of the output beam, and a photodetector are located on the other optical axis along the output beam, a fast cascade is connected in series output beam photo shutter, photodetector, multi-channel amplifier, analog-to-digital converter, computer-controlled control unit, and digital-to-analog conversion ateliers.
Предложенная блок-схема оптико-электронного спектрального газоанализатора, в котором последовательно присоединены элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала, быстрый фотозатвор выходного пучка, фотоприемник, позволяющий по отдельности регистрировать и преобразовывать испускаемый оптический сигнал в каждом заранее заданном спектральном диапазоне, усилитель электрических сигналов, поступающих с фотоприемника, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок управления, например компьютер, в состав программного обеспечения которого входит база данных о спектральных характеристиках анализируемых веществ и программа распознавания образов, а также программа управления газоанализатором, позволяет создавать и анализировать спектры испускания, а не поглощения, как в существующих аналогах и прототипе.The proposed block diagram of an optoelectronic spectral gas analyzer, in which an element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal, a fast output beam shutter, a photodetector that separately records and converts the emitted optical signal in each predetermined spectral range, an amplifier of electrical signals arriving from a photodetector, analog-to-digital converter (ADC), control unit, such as a computer, as part of a program With the help of which there is a database on the spectral characteristics of the analyzed substances and a pattern recognition program, as well as a gas analyzer control program, it allows you to create and analyze emission spectra, rather than absorption spectra, as in existing analogs and prototypes.
Наличие встроенной в кювету вогнутой отражательной дифракционной решетки позволяет разложить световой импульс в спектр одновременно с фокусировкой сигнала, что позволяет существенно повысить разрешающую способность прибора.The presence of a concave reflective diffraction grating integrated in the cuvette makes it possible to decompose the light pulse into the spectrum simultaneously with signal focusing, which can significantly increase the resolution of the device.
Поскольку спектральные линии каждого вещества имеют определенную ширину, одновременно имитировать длину волны и ширину линии невозможно, однозначную идентификацию веществ производят с очень высокой степенью вероятности.Since the spectral lines of each substance have a certain width, it is impossible to simulate the wavelength and line width at the same time, the substances are uniquely identified with a very high degree of probability.
Возможность анализировать регистрируемые предлагаемым устройством спектры испускания, а не спектры поглощения позволяют обнаружить искомые вещества даже в случае ничтожно малых концентраций, когда их количество измеряется в тысячах молекул, поскольку современные ФЭУ способны регистрировать буквально отдельные фотоны.The ability to analyze the emission spectra recorded by the proposed device, rather than the absorption spectra, make it possible to detect the desired substances even in the case of negligible concentrations, when their amount is measured in thousands of molecules, since modern PMTs can detect literally individual photons.
Использование в устройстве компьютера со специальным программным обеспечением позволяет производить анализ состава газовой смеси за несколько секунд, и анализ может осуществляться в реальном времени.Using a computer with special software in the device allows you to analyze the composition of the gas mixture in a few seconds, and the analysis can be carried out in real time.
Расположение блоков на разных оптических осях дает возможность выполнить газоанализатор компактным, небольших габаритных размеров и массы, и он может быть выполненным как в стационарном, так и в переносном варианте.The location of the blocks on different optical axes makes it possible to make the gas analyzer compact, of small overall dimensions and mass, and it can be performed both in a stationary and a portable version.
На чертеже изображена блок-схема оптико-электронного спектрального газоанализатора, где показаны блок питания 1, осветительный элемент 2, быстрый фотозатвор входного пучка 3, оптическая кювета 4, устройство продувки оптической кюветы очищающим газом 5, устройство 6 напуска анализируемой газовой смеси в оптическую кювету, вогнутая отражательная дифракционная решетка 7, прозрачное окно 8, через которое луч света выходит из оптический кюветы, быстрый фотозатвор выходного пучка 9, фотоприемник 10, многоканальный усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, блок управления (БУ) 13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14.The drawing shows a block diagram of an optical-electronic spectral gas analyzer, which shows a power supply 1, a lighting element 2, a fast input beam shutter 3, an optical cuvette 4, a device for purging an optical cell with a cleaning gas 5, a device 6 for letting the analyzed gas mixture into an optical cell, a concave reflective diffraction grating 7, a transparent window 8 through which a light beam leaves the optical cuvette, a fast photo-shutter of the output beam 9, a photodetector 10, a multi-channel amplifier 11, analog-to-digital the forming (ADC) 12, a control unit (CU) 13, a digital to analog converter (DAC) 14.
Оптико-электронный спектральный газоанализатор выполнен следующим образом.Optoelectronic spectral gas analyzer is made as follows.
К выходу блока питания 1 подсоединены осветительный элемент 2, быстрый фотозатвор входного пучка 3, устройство продувки оптической кюветы очищающим газом 5, устройство напуска анализируемой газовой смеси в оптическую кювету 6, быстрый фотозатвор выходного пучка 9, фотоприемник 10, многоканальный усилитель 11, а к входу присоединен блок управления 13 через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14.A lighting element 2, a fast photo-shutter of the input beam 3, a device for purging the optical cell with a cleaning gas 5, a device for letting the analyzed gas mixture into the optical cell 6, a fast photo-shutter of the output beam 9, a photodetector 10, a multi-channel amplifier 11 are connected to the output of the input to the input the control unit 13 is connected through a digital-to-analog converter (DAC) 14.
Осветительный элемент 2, быстрый фотозатвор входного пучка 3, время срабатывания которого не превосходит 10-10 секунды, и кювета 4 с встроенной в нее вогнутой отражательной дифракционной решеткой 7 расположены на одной оптической оси по ходу входного луча, а кювета 4 с отражательной дифракционной решеткой 7 с прозрачным окном 8, через которое луч света выходит из оптический кюветы, быстрый фотозатвор выходного пучка 9, фотоприемник 10 расположены на другой оптической оси по ходу выходящего луча.A lighting element 2, a fast photo-trap of the input beam 3, the response time of which does not exceed 10 -10 seconds, and a cuvette 4 with a concave reflective diffraction grating 7 built into it are located on the same optical axis along the input beam, and a cuvette 4 with a reflective diffraction grating 7 with a transparent window 8 through which the light beam leaves the optical cuvette, a fast photo-shutter of the output beam 9, the photodetector 10 are located on the other optical axis along the output beam.
В кювету 4 непосредственно встроена вогнутая отражательная дифракционная решетка 7 и прозрачное окно 8. К кювете 4 последовательно присоединены быстрый фотозатвор выходного пучка 9, время срабатывания которого не превосходит 10-10 секунды, для передачи анализируемого сигнала на фотоприемник 10, выполненного, например, на базе ПЗС-матрицы, позволяющий по отдельности регистрировать оптический сигнал в каждом заранее заданном спектральном диапазоне выходного оптического сигнала (от 1 до ... n), позволяющий по отдельности регистрировать излучаемый оптический сигнал в каждом заранее заданном спектральном диапазоне, многоканальный усилитель 11 электрических сигналов, поступающих с блока 10, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12, блок управления 13, например компьютер, в состав программного обеспечения которого входит база данных о спектральных характеристиках анализируемых веществ и программа распознавания образов, а также программа управления газоанализатором, цифроа-налоговый преобразователь (ЦАП) 14.A concave reflective diffraction grating 7 and a transparent window 8 are directly integrated into the cell 4. A fast photo-shutter of the output beam 9, the response time of which does not exceed 10 -10 seconds, is connected in series to the cell 4 in order to transmit the analyzed signal to the photodetector 10, made, for example, on the basis of CCD arrays, which allow individually registering an optical signal in each predetermined spectral range of the output optical signal (from 1 to ... n), which allows individually registering the emitted an optical signal in each predetermined spectral range, a multi-channel amplifier 11 of electrical signals from block 10, an analog-to-digital converter (ADC) 12, a control unit 13, for example, a computer whose software includes a database of spectral characteristics of the analyzed substances and a pattern recognition program, as well as a gas analyzer control program, a digital-to-tax converter (DAC) 14.
Газоанализатор работает следующим образом.The gas analyzer operates as follows.
Действие данного прибора основано на использовании принципа двойственности (Ю.Л.Ратис, 1984 г.) для численного преобразования Фурье (см. [4] - [6]). Согласно принципу двойственности при численном или аппаратном интегрировании функций, имеющих острые пики (например, спектральные линии или полосы в спектре излучения или поглощения), необходимо рассматривать задачу распознавания образа (сигнала) одновременно как для самой функции, так и для ее Фурье-образа. Поскольку дельта-пик в координатном пространстве превращается в функцию-подложку в Фурье-сопряженном пространстве, и наоборот, постольку одновременный численный или аппаратный анализ как самой функции, так и ее Фурье-образа позволяет минимизировать вероятность ошибки идентификации вещества за счет определения качественного состава газовой смеси по спектрам излучения, а также повышению его точности и чувствительности.The operation of this device is based on the use of the duality principle (Yu.L. Ratis, 1984) for the numerical Fourier transform (see [4] - [6]). According to the principle of duality, in the numerical or hardware integration of functions having sharp peaks (for example, spectral lines or bands in the radiation or absorption spectrum), it is necessary to consider the problem of recognizing the image (signal) both for the function itself and for its Fourier image. Since the delta peak in the coordinate space is transformed into a substrate function in the Fourier conjugate space, and vice versa, the simultaneous numerical or hardware analysis of both the function itself and its Fourier image allows one to minimize the probability of the identification of a substance by determining the qualitative composition of the gas mixture by radiation spectra, as well as increasing its accuracy and sensitivity.
Блок управления 13 через ЦАП 14 выдает управляющий сигнал на блок питания 1 для включения устройства продувки оптической кюветы 5 очищающим газом.The control unit 13 through the DAC 14 provides a control signal to the power supply 1 to turn on the device purge the optical cell 5 cleaning gas.
После очистки оптической кюветы 4 блок управления 13 выдает через ЦАП 14 управляющий сигнал на блок питания 1 для включения устройства напуска анализируемой газовой смеси 6 для подачи ее (смеси) в оптическую кювету 4.After cleaning the optical cuvette 4, the control unit 13 issues a control signal through the DAC 14 to the power supply 1 to turn on the inlet device of the analyzed gas mixture 6 to supply it (mixture) to the optical cuvette 4.
Далее блок управления 13 выдает через ЦАП 14 управляющий сигнал на блок питания 1 для кратковременного включения мощной лампы-осветителя 2.Next, the control unit 13 issues through the DAC 14 a control signal to the power supply 1 for short-term inclusion of a powerful lamp-illuminator 2.
После включения лампы осветителя 2 блок управления 13 выдает через ЦАП 14 управляющий сигнал на блок питания 1 для включения быстрого фотозатвора 3 осветительной системы. В результате импульсного освещения часть атомов и молекул, входящих в состав анализируемой газовой смеси, переходит в возбужденное состояние. При девозбуждении эти атомы и молекулы испускают электромагнитное излучение в инфракрасном видимом и в некоторых случаях в ультрафиолетовом диапазоне.After turning on the lamp of the illuminator 2, the control unit 13 issues a control signal through the DAC 14 to the power supply 1 to turn on the fast photo shutter 3 of the lighting system. As a result of pulsed illumination, some of the atoms and molecules that make up the analyzed gas mixture go into an excited state. Under deexcitation, these atoms and molecules emit electromagnetic radiation in the infrared visible and, in some cases, in the ultraviolet range.
Дифракционная решетка 7 осуществляет разложение сформировавшегося в оптической кювете 4 светового импульса в спектр и фокусировку его через выходное окно 8 на блок детекторов.The diffraction grating 7 decomposes the light pulse formed in the optical cuvette 4 into a spectrum and focuses it through the output window 8 onto the detector block.
Одновременно с закрытием быстрого входного фотозатвора 3 блок управления 13 через ЦАП 14 при помощи блока питания 1 открывает быстрый выходной фотозатвор 9.Simultaneously with the closing of the fast input shutter 3, the control unit 13 through the DAC 14 using the power supply 1 opens the fast output shutter 9.
После этого световые импульсы в каждом спектральном окне поступают на фотоприемник 10.After that, light pulses in each spectral window arrive at the photodetector 10.
После оптико-электрического преобразования с помощью блока детекторов 10 электрические сигналы от каждого канала (спектрального диапазона) поступают в многоканальный усилитель 11, из которого сигнал через АЦП 12 поступает в блок управления 13 для обработки информации.After the optoelectrical conversion using the block of detectors 10, the electric signals from each channel (spectral range) are fed to a multi-channel amplifier 11, from which the signal through the ADC 12 enters the control unit 13 for processing information.
Блок управления 13 производит обработку входного сигнала и выдает информацию о наличии или отсутствии в газовой смеси эталонных веществ.The control unit 13 processes the input signal and provides information on the presence or absence of reference substances in the gas mixture.
Система спектральных окон строится с учетом того факта, что многие молекулярные соединения имеют достаточно долгоживущие уровни именно в оптическом и инфракрасном диапазонах. Для каждого спектрального диапазона ωi≤ω≤ωi+Δωi выходной сигнал регистрируется детектором, где ω - циклическая частота электромагнитного излучения, испускаемого атомами и молекулами вещества, находящегося в оптической кювете 4, ωi - наименьшая циклическая частота для i-го канала (спектрального диапазона), Δωi - ширина спектрального окна. В качестве детектора используют, например, ПЗС-линейку.The system of spectral windows is built taking into account the fact that many molecular compounds have sufficiently long-lived levels precisely in the optical and infrared ranges. For each spectral range ω i ≤ω≤ω i + Δω i, the output signal is recorded by the detector, where ω is the cyclic frequency of electromagnetic radiation emitted by atoms and molecules of the substance located in the optical cuvette 4, ω i is the lowest cyclic frequency for the ith channel (spectral range), Δω i - the width of the spectral window. For example, a CCD array is used as a detector.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005131259/28A RU2299422C1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Optical-electronic spectral gas analyzer |
| PCT/RU2006/000455 WO2007043912A1 (en) | 2005-10-11 | 2006-08-29 | Optoelectronic spectral gas analyser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005131259/28A RU2299422C1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Optical-electronic spectral gas analyzer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2299422C1 true RU2299422C1 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=37943047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005131259/28A RU2299422C1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Optical-electronic spectral gas analyzer |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2299422C1 (en) |
| WO (1) | WO2007043912A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2558014C2 (en) * | 2010-05-24 | 2015-07-27 | Лабио А.С. | Device for uv-spectrometric analysis of gaseous compounds |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU819641A1 (en) * | 1979-06-13 | 1981-04-07 | Всесоюзный Научно-Исследователь-Ский Институт Киевского Научно- Производственного Объединения"Аналитприбор" | Automatic gas sample analyzer |
| JPS6381248A (en) * | 1986-09-25 | 1988-04-12 | Toshiba Corp | Gas analysis instrument |
| SU1672814A1 (en) * | 1989-10-06 | 1996-05-20 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Gas analyzer |
| GB0213326D0 (en) * | 2002-06-11 | 2002-07-24 | Edinburgh Instr | Gas sensors |
-
2005
- 2005-10-11 RU RU2005131259/28A patent/RU2299422C1/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-08-29 WO PCT/RU2006/000455 patent/WO2007043912A1/en active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2558014C2 (en) * | 2010-05-24 | 2015-07-27 | Лабио А.С. | Device for uv-spectrometric analysis of gaseous compounds |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007043912A1 (en) | 2007-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6455851B1 (en) | Spectroscopic remote sensing exhaust emission monitoring system | |
| US6891618B2 (en) | Optical instrument and process for measurement of samples | |
| EP1830174B1 (en) | Multi-channel fluorescence sample analyzer | |
| US6791676B1 (en) | Spectrophotometric and nephelometric detection unit | |
| US5422719A (en) | Multi-wave-length spectrofluorometer | |
| US20030117628A1 (en) | Intelligent instrumentation for optical measurement of samples | |
| US20040057870A1 (en) | Instrumentation for optical measurement of samples | |
| US7199879B2 (en) | Versatile instrumentation for optical measurement of samples | |
| US20090009761A1 (en) | Spectrophotometer and liquid chromatography system | |
| US6208413B1 (en) | Hadamard spectrometer | |
| Kricka et al. | 9 Optical Techniques | |
| CN107607495B (en) | System and method for detecting total nitrogen content of soil | |
| CN113189082B (en) | Trace organic pollutant analytical spectrometer based on double-pulse-width laser and detection method | |
| CN113804671A (en) | High-sensitivity Raman spectrum detection system | |
| RU2299422C1 (en) | Optical-electronic spectral gas analyzer | |
| JP2005062192A (en) | Method for obtaining angle spectrum, gonio spectrophotometer and method for inspecting product during machining | |
| ATE156910T1 (en) | MULTI-COMPONENT ANALYZER | |
| RU2299423C1 (en) | Optoelectronic spectral gas analyzer | |
| RU2299424C1 (en) | Optical-electronic spectral gas analyzer | |
| CN206146837U (en) | A optics and detecting system for multichannel atomic fluorescence spectrophotometer | |
| RU51744U1 (en) | SPECTRAL GAS ANALYZER | |
| US20040150828A1 (en) | Flat spectrum illumination source for optical metrology | |
| RU75472U1 (en) | INTERFERENCE OPTICAL-ELECTRONIC GAS ANALYZER | |
| RU2332657C1 (en) | Spectrum gas analyser | |
| RU75471U1 (en) | INTERFERENCE RESONANT SPECTRAL GAS ANALYZER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080226 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081012 |