RU2299424C1 - Optical-electronic spectral gas analyzer - Google Patents
Optical-electronic spectral gas analyzer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2299424C1 RU2299424C1 RU2005131261/28A RU2005131261A RU2299424C1 RU 2299424 C1 RU2299424 C1 RU 2299424C1 RU 2005131261/28 A RU2005131261/28 A RU 2005131261/28A RU 2005131261 A RU2005131261 A RU 2005131261A RU 2299424 C1 RU2299424 C1 RU 2299424C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- shutter
- photo
- spectral
- fast
- 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
- G01N21/718—Laser microanalysis, i.e. with formation of sample plasma
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
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).The technical solution is also known according to patent RU 2083959, IPC 6 G01J 3/42 dated 03/21/95, published July 10, 1997, bulletin No. 19, "METHOD FOR MEASURING GAS CONCENTRATION BY THE CORRELATION FOURIER SPECTROSCOPY METHOD" (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.
При этом способе для заметного поглощения излучения необходимо, чтобы концентрация искомого вещества была достаточно большой (не менее 0.001%), что определяет относительно невысокую чувствительность приборов.With this method, for noticeable absorption of radiation, it is necessary that the concentration of the desired substance be sufficiently high (at least 0.001%), which determines the relatively low sensitivity of the devices.
Наиболее близким является техническое решение по патенту авторскому свидетельству SU 1672814, МПК 6 G01N 21/31, 06.10.89, опубликовано 20.05.96, бюллетень № 14, «ГАЗОАНАЛИЗАТОР» (3).The closest is the technical solution for the patent copyright certificate SU 1672814, IPC 6 G01N 21/31, 06.10.89, published 05/20/96, Bulletin No. 14, “GAS ANALYZER” (3).
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.The 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, р-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 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. In a gas analyzer containing a radiating diode whose pn junctions 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 useful a signal connected to a 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 reflectors, a diffraction grating is deposited, 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 не перекрывающихся 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 - дисперсия решетки или системы;Where - the dispersion of the lattice or system;
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.
Но данное устройство не позволяет в реальном масштабе времени определить наличие искомого вещества, если оно присутствует в газе, если его концентрация настолько мала, что не вызывает заметного поглощения электромагнитного излучения на заданной длине волны, т.е. лежит ниже порога чувствительности прибора.But this device does not allow real-time determination of the presence of the desired substance, if it is present in the gas, if its concentration is so low that it does not cause noticeable absorption of electromagnetic radiation at a given wavelength, i.e. lies below the sensitivity threshold of the device.
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, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала, фотоприемник и блок управления, выполненный с возможностью обработки и выдачи информации, при этом в него введены быстрый фотозатвор входного пучка, быстрый фотозатвор выходного пучка, оптическая система, содержащая спектральные окна для передачи анализируемого сигнала на фотоприемник, выполненный в виде блока детекторов, многоканальный усилитель, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, при этом фотозатворы, блок детекторов и многоканальный усилитель подсоединены к выходу блока питания, к входу которого через цифроаналоговый преобразователь присоединен блок управления, а к оптической кювете последовательно присоединены быстрый фотозатвор выходного пучка, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала, оптическая система, блок детекторов, многоканальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, осветительный элемент, быстрый фотозатвор входного пучка и оптическая кювета расположены на одной оптической оси, а оптическая кювета, быстрый фотозатвор выходного пучка, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала, оптическая система и блок детекторов расположены на другой оптической оси.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, an element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal, a photodetector and a control unit configured to process and output information, while it included a fast input beam shutter, a fast output beam shutter, and an optical system containing spectral windows for transmitting the analyzed signal to the receiver, made in the form of a block of detectors, a multi-channel amplifier, analog-to-digital and digital-to-analog converters, while photo-gates, a block of detectors and a multi-channel amplifier are connected to the output of the power supply, to the input of which a control unit is connected via a digital-to-analog converter, and a fast output beam photo-shutter, element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal, optical system, detector block, multi-channel amplifier , an analog-to-digital converter and a control unit, a lighting element, a fast input beam shutter and an optical cuvette are located on the same optical axis, and an optical cuvette, a fast output beam shutter, an element for the spectral decomposition of the analyzed signal, the optical system and the detector block are located on another optical axis.
Предложенная блок-схема оптико-электронного спектрального газоанализатора, в котором последовательно присоединены элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала быстрый фотозатвор выходного пучка, оптическая система, содержащая спектральные окна от 1 до ... n для передачи анализируемого сигнала на фотоприемник, выполненный в виде блока детекторов выходного оптического сигнала, содержащий от 1 до ... n детекторов, позволяющий по отдельности регистрировать и преобразовывать испускаемый оптический сигнал в каждом, заранее заданном спектральном диапазоне, многоканальный 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 is sequentially connected; a fast photo-gate of the output beam; an optical system containing spectral windows from 1 to ... n for transmitting the analyzed signal to a photodetector made in the form of a block detectors of the output optical signal, containing from 1 to ... n detectors, allowing individually register and convert the emitted optical signal into each m, a predetermined spectral range, a multi-channel amplifier of electrical signals coming from a photodetector, an analog-to-digital converter (ADC), a control unit, such as a computer, whose software includes a database of spectral characteristics of the analyzed substances and a pattern recognition program, as well as The gas analyzer control program allows you to create and analyze emission spectra, rather than absorption, as in existing analogs and prototypes.
Поскольку спектральные линии каждого вещества имеют определенную ширину, одновременно имитировать длину волны и ширину линии невозможно, однозначная идентификация веществ производится 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, unambiguous identification of substances is carried out 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 number 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 по нескольким веществам и анализ может осуществляться в реальном времени.Using a computer with special software in the device allows analyzing the composition of the gas mixture in several seconds for several substances and the analysis can be carried out in real time.
Наличие элемента для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала позволяет разложить световой импульс в спектр одновременно с фокусировкой сигнала, что позволяет существенно повысить разрешающую способность прибора.The presence of an element for the formation of the spectral decomposition of the analyzed signal allows you to decompose the light pulse into the spectrum simultaneously with the focusing of the signal, which can significantly increase the resolution of the device.
Газоанализатор описанного типа имеет не слишком большие габариты и массу, и может выполняться как в стационарном, так и в переносном варианте.The gas analyzer of the described type has not too large dimensions and mass, and can be performed both in stationary and in portable form.
На чертеже изображена блок-схема оптико-электронного спектрального газоанализатора, где блок питания 1, осветительный элемент 2, быстрый фотозатвор входного пучка 3, оптическая кювета 4, устройство продувки оптической кюветы очищающим газом 5, устройство напуска анализируемой газовой смеси в оптическую кювету 6, быстрый фотозатвор выходного пучка 7, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала 8, оптическая система 9, блок детекторов 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 optoelectronic spectral gas analyzer, where the power supply 1, the lighting element 2, the fast photo-shutter of the input beam 3, the optical cuvette 4, the device for purging the optical cuvette with cleaning gas 5, the device for letting the analyzed gas mixture into the optical cuvette 6, fast an output beam 7 shutter, an element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal 8, an optical system 9, a block of detectors 10, a multi-channel amplifier 11, an analog-to-digital converter (ADC) 12, a unit equation (BU) 13, digital-to-analog converter (DAC) 14.
Оптико-электронный спектральный газоанализатор выполнен следующим образом. 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, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала 8, блок детекторов 10, многоканальный усилитель 11, а к входу присоединен блок управления 13 через цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14. Осветительный элемент 2, быстрый фотозатвор входного пучка 3, кювета 4 расположены на одной оптической оси, вдоль которой проходит входящий луч, а кювета 4, быстрый фотозатвор выходного пучка 7, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала 8, оптическая система 9, блок детекторов 10 расположены на другой оптической оси, вдоль которой распространяется выходящий луч.Optoelectronic spectral gas analyzer is made as follows. The output of the power supply unit 1 is connected to: a lighting element 2, a fast photo-gate 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, an element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal 8, detector block 10, a multi-channel amplifier 11, and the control unit 13 is connected to the input through a digital-to-analog converter (DAC) 14. Lighting element 2, a fast photo-shutter of the input beam 3, cuvette 4 are located on one optical axis, in along which the incoming beam passes, and the cuvette 4, a fast photo-shutter of the output beam 7, an element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal 8, the optical system 9, the block of detectors 10 are located on another optical axis along which the output beam propagates.
К кювете 4 последовательно присоединены быстрый фотозатвор выходного пучка 7, элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала 8, оптическая система 9 для передачи анализируемого сигнала на блок детекторов 10 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, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14.A fast photo-shutter of the output beam 7, an element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal 8, an optical system 9 for transmitting the analyzed signal to the block of detectors 10 of the output optical signal (from 1 to ... n), allowing individually registering the emitted optical a 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 our PC, with the software which includes a database of spectral characteristics of the analytes and the pattern recognition software and management software gas analyzer, a digital to analog converter (DAC) 14.
Оптико-электронный спектральный газоанализатор работает следующим образом.Optoelectronic spectral 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. Блок управления 13 через ЦАП 14 выдает управляющий сигнал на блок питания 1 для включения устройства продувки оптической кюветы 4 очищающим газом. После установленного для продувки времени оптической кюветы 4, блок управления 11 выдает последовательно через ЦАП 14 управляющие сигналы на блок питания 1, для включения устройства напуска анализируемой газовой смеси 6 в оптическую кювету 4, для кратковременного включения мощной лампы-осветителя 2 и быстрого входного 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. Одновременно с закрытием быстрого входного фотозатвора 3 блок управления 13 через ЦАП 14 при помощи блока питания 1 открывает быстрый выходной фотозатвор 7. Элемент для формирования спектрального разложения анализируемого сигнала 8 осуществляет разложение сформировавшегося в оптической кювете 4 светового импульса в спектр. После этого через оптическую систему 9 световые импульсы в каждом спектральном окне поступают в блок детекторов 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 цифровой обработки информации. Блок управления 13 производит обработку входного сигнала с помощью алгоритма, использующего принцип двойственности, и выдает информацию о химическом составе газовой смеси от каждого спектрального окна. Система спектральных окон строится с учетом того факта, что многие молекулярные соединения имеют достаточно долгоживущие уровни именно в оптическом и инфракрасном диапазоне. 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.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 duality principle, 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 an image (signal) both for the function itself and for its Fourier image. Since the delta peak in coordinate space turns into a substrate function in Fourier - conjugate space and vice versa, the simultaneous numerical or hardware analysis of both the function itself and its Fourier image allows minimizing the probability of a substance identification error by determining the qualitative composition of the gas mixtures according to radiation spectra, as well as increasing its accuracy and sensitivity. The control unit 13 through the DAC 14 generates a control signal to the power supply 1 to turn on the purge device of the optical cell 4 cleaning gas. After the optical cuvette 4 has been set for purging, the control unit 11 gives out sequentially through the DAC 14 control signals to the power unit 1, for switching on the analyzer gas inlet device 6 into the optical cuvette 4, for short-term inclusion of a powerful illuminator 2 and a fast input shutter 3 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. Upon deexcitation, these atoms and molecules emit electromagnetic radiation in the infrared, visible and, in some cases, in the ultraviolet range. Simultaneously with closing the fast input shutter 3, the control unit 13 through the DAC 14, using the power supply 1, opens the fast output shutter 7. The element for forming the spectral decomposition of the analyzed signal 8 decomposes the light pulse formed in the optical cuvette 4 into a spectrum. After that, through the optical system 9, light pulses in each spectral window enter the block of detectors 10. After the optoelectric conversion using the block of detectors 10, the electric signals from each channel (spectral range) are sent to the multi-channel amplifier 11, from which the signal through the ADC 12 enters to the control unit 13 for digital information processing. The control unit 13 processes the input signal using an algorithm using the principle of duality, and provides information on the chemical composition of the gas mixture from each spectral window. The system of spectral windows is built taking into account the fact that many molecular compounds have fairly long-lived levels 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 is the width of the spectral window.
В качестве детектора используют ПЗС-линейку 9.As a detector, a CCD array 9 is used.
Пусть n - число спектральных окон, совпадающее с числом детекторов.Let n be the number of spectral windows that coincides with the number of detectors.
На выходе блока детекторов 10 получаем систему функций отклика (по числу детекторов n):At the output of the block of detectors 10, we obtain a system of response functions (by the number of detectors n):
где n - число спектральных окон;where n is the number of spectral windows;
Fi - сигнал от i-го детектора (1≤i≤n);F i is the signal from the i-th detector (1≤i≤n);
t - время.t is time.
По виду функций Fi{(t,ωi≤ω≤ωi+Δωi) можно идентифицировать вещества, содержащиеся в кювете.By the form of the functions F i {(t, ω i ≤ω≤ω i + Δω i ), the substances contained in the cell can be identified.
Система спектральных окон ωi≤ω≤ωi+Δωi настраивается на конкретное вещество. Измеряется среднее время жизни τi «гросс-уровня»:The system of spectral windows ω i ≤ω≤ω i + Δω i is tuned to a specific substance. The average lifetime τ i of the “gross level” is measured:
В этом случае прибор фиксирует наличие искомого вещества и оценивает его концентрацию с достаточной для практических целей точностью.In this case, the device detects the presence of the desired substance and estimates its concentration with sufficient accuracy for practical purposes.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫBIBLIOGRAPHY
1. RU 2091764, МПК 6 G01N 21/61 от 16.08.94, опубл. 27.09.97, бюл. № 27, «Волокно-оптический анализатор».1. RU 2091764, IPC 6 G01N 21/61 of 08.16.94, publ. 09/27/97, bull. No. 27, "Fiber Optic Analyzer."
2. RU 2083959, МПК 6 G01J 3/42 от 21.03.95, опубл. 10.07.97, бюл. № 19, «СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ МЕТОДОМ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУРЬЕ-СПЕКТРОСКОПИИ» (2).2. RU 2083959, IPC 6 G01J 3/42 dated 03/21/95, publ. 07/10/97, bull. No. 19, "METHOD FOR MEASURING GAS CONCENTRATION BY THE CORRELATION FOURIER-SPECTROSCOPY METHOD" (2).
3. SU 1672814, МПК 6 G01N 21/31 от 06.10.89, опубл. 20.05.96, бюл. № 14, «ГАЗОАНАЛИЗАТОР».3. SU 1672814, IPC 6 G01N 21/31 dated 10/06/89, publ. 05/20/96, bull. No. 14, “GAS ANALYZER”.
4. Ю.Л.Ратис, М.Л.Каляев. Коллективные явления в жаростойких покрытиях при тепловом ударе, Деп. ВИНИТИ, № 6594-84 от 08.10.1984 г.4. Yu.L. Ratis, M.L. Kalyaev. Collective phenomena in heat-resistant coatings during thermal shock, Dep. VINITI, No. 6594-84 dated 10/08/1984
5. Ю.Л.Ратис, В.В.Столяр, Обобщенная модель Калецкого для описания экономики больших городов. Рыночная экономика. Состояние, проблемы, перспективы. Отделение экономики РАН, МИР, Самара, 1998, 6 с.5. Yu.L. Ratis, VV Stolyar, A generalized Kalecki model for describing the economy of large cities. Market economy. Status, problems, prospects. Department of Economics, Russian Academy of Sciences, MIR, Samara, 1998, 6 pp.
6. Yu.L.Ratis, G.I.Leonovich, A.Yu.Melnikov, Light flux difrraction of fiber - optical and optical electronic transducers of mechanical displacement. Proceedings of SPIE, volume 3348, Computer and Holographic Optics and Image Processing, 1997, p.336-343.6. Yu.L. Ratis, G. I. Leonovich, A. Yu. Melnikov, Light flux difrraction of fiber - optical and optical electronic transducers of mechanical displacement. Proceedings of SPIE, volume 3348, Computer and Holographic Optics and Image Processing, 1997, p.336-343.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131261/28A RU2299424C1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Optical-electronic spectral gas analyzer |
PCT/RU2006/000456 WO2007043913A1 (en) | 2005-10-11 | 2006-08-29 | Optoelectronic spectral gas analyser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005131261/28A RU2299424C1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Optical-electronic spectral gas analyzer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2299424C1 true RU2299424C1 (en) | 2007-05-20 |
Family
ID=37943048
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005131261/28A RU2299424C1 (en) | 2005-10-11 | 2005-10-11 | Optical-electronic spectral gas analyzer |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2299424C1 (en) |
WO (1) | WO2007043913A1 (en) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1559875A1 (en) * | 1985-05-17 | 1991-09-30 | Специальное конструкторское бюро средств аналитической техники | Correlation gas 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 |
JP2000193524A (en) * | 1998-12-28 | 2000-07-14 | Nippon Sanso Corp | Method and system for measuring light absorption spectrum |
RU2187093C2 (en) * | 2000-06-14 | 2002-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭМИ" | Non-dispersing multi-passage infra-red gas analyzer |
-
2005
- 2005-10-11 RU RU2005131261/28A patent/RU2299424C1/en not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-08-29 WO PCT/RU2006/000456 patent/WO2007043913A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007043913A1 (en) | 2007-04-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7602488B2 (en) | High-speed, rugged, time-resolved, raman spectrometer for sensing multiple components of a sample | |
KR100590548B1 (en) | Optical detection device | |
US20170038299A1 (en) | Online process monitoring | |
KR20020011385A (en) | A novel scanning spectrophotometer for high throughput fluorescence detection | |
CN103630523A (en) | Laser induction spectrum generating device used for water quality optical analyzer | |
CN111323380B (en) | Spectrophotometer detection system and detection method thereof | |
EP1384988A1 (en) | IR analysis system | |
CN107607495B (en) | System and method for detecting total nitrogen content of soil | |
JP2008522171A (en) | Spectrophotometer | |
KR20150115036A (en) | NO/NO2 multi-gases analyzer using non-dispersive ultraviolet method and NO/NO2 multi-gases analyzing method | |
CN113804671A (en) | High-sensitivity Raman spectrum detection system | |
KR102522728B1 (en) | Optical sensor with deposition sensor | |
JPH0875639A (en) | Light-absorption-spectrum measuring apparatus making use of slab optical waveguide | |
RU2299424C1 (en) | Optical-electronic spectral gas analyzer | |
WO1998022792A2 (en) | Scalable non-contact optical backscatter insertion probe | |
RU2299422C1 (en) | Optical-electronic spectral gas analyzer | |
RU2299423C1 (en) | Optoelectronic spectral gas analyzer | |
RU2478192C2 (en) | Method for optical remote detection of compounds in medium | |
JP2006300674A (en) | Spectrophotometer | |
RU51744U1 (en) | SPECTRAL GAS ANALYZER | |
RU157814U1 (en) | LASER FLUORIMETER FOR RESEARCH OF UNDERWATER ENVIRONMENT | |
RU75472U1 (en) | INTERFERENCE OPTICAL-ELECTRONIC GAS ANALYZER | |
US20080043231A1 (en) | Analysis Device | |
RU2332657C1 (en) | Spectrum gas analyser | |
Gauglitz et al. | Spectroscopic analysis |
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 |