RU2613200C1 - Лазерный газоанализатор - Google Patents
Лазерный газоанализатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613200C1 RU2613200C1 RU2015149852A RU2015149852A RU2613200C1 RU 2613200 C1 RU2613200 C1 RU 2613200C1 RU 2015149852 A RU2015149852 A RU 2015149852A RU 2015149852 A RU2015149852 A RU 2015149852A RU 2613200 C1 RU2613200 C1 RU 2613200C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- gas
- window
- cell
- lens
- Prior art date
Links
Images
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
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/65—Raman scattering
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред. Лазерный газоанализатор содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления. Внутренние грани газовой кюветы образуют прямоугольный параллелепипед, причем на грани, не имеющей окна и параллельной другой грани, также не имеющей окна, установлен акустический излучатель, создающий внутри кюветы стоячую звуковую волну, перпендикулярную лазерному лучу и обеспечивающую в области фокусировки область сжатия газа. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности газоанализа. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред.
Среди разнообразных методов газоанализа особое место занимает метод, основанный на спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света. Спектры КР объясняются рассеянием возбуждающего лазерного излучения молекулами на частотах, соответствующих их внутреннему строению, а интенсивность данных спектров линейно зависит от количества молекул. Таким образом, суть данного метода заключается в регистрации спектров КР и проведении по ним качественного и количественного анализа газовых сред. В первую очередь, данный подход отличает отсутствие расходных материалов и сложной пробоподготовки, высокое быстродействие, а также возможность одновременного контроля всех молекулярных соединений анализируемой газовой среды, содержание которых превышает порог чувствительности аппаратуры. Благодаря этим преимуществам данный тип газоанализаторов является одним из наиболее перспективных на сегодняшний день.
Необходимо отметить, что основным недостатком газоанализа с помощью спектроскопии КР является низкая интенсивность информативных сигналов, что напрямую отражается на величинах пороговых пределов обнаружения газовых компонентов и относительно невысокой достоверности проводимого газоанализа.
Известен лазерный анализатор, основанный на методе спектроскопии комбинационного рассеяния света [свидетельство на полезную модель №10462, 1999 г., G01N21/25]. Несмотря на то, что данное устройство предназначено для газоанализа природного газа, оно способно осуществлять диагностику и других газовых сред. Данный анализатор содержит лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, конденсорный объектив, деполяризующий клин, голографический фильтр, полихроматор, содержащий вогнутую дифракционную решетку, приемный блок, содержащий распределительный элемент и фотодиодные линейки, а также блок управления и ЭВМ. Суть его работы заключается в регистрации спектра комбинационного рассеяния света исследуемой газовой среды и проведении по нему качественного и количественного анализа. Основным недостатком данного устройства является низкая достоверность анализа, обусловленная низкой интенсивностью регистрируемых спектров КР. Данное обстоятельство, в свою очередь, обуславливается использованием объектива для сбора рассеянного света с малой светосилой (1:6) и спецификой полихроматора, использующего вогнутую дифракционную решетку и, соответственно, обладающего также малой светосилой.
Наиболее близким по принципу действия (прототипом) является анализатор состава природного газа [Патент РФ № 126136, 2013 г., G01N 21/00]. Данный анализатор также основан на спектроскопии комбинационного рассеяния света и имеет потенциал анализа любых молекулярных соединений. Данный анализатор частично лишен недостатка устройства, описанного выше, в части использования компонентов с малой светосилой. Указанное устройство имеет в своем составе лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, фотообъектив со светосилой 1:1.8, голографический фильтр, блок управления, а также светосильный спектральный прибор с плоской дифракционной решеткой, сопряженный с ПЗС-матрицей.
Тем не менее основным недостатком данного анализатора газа является низкая достоверность анализа, обусловленная относительно низкой интенсивностью регистрируемых спектров КР.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение интенсивности регистрируемых спектров КР за счет увеличения плотности молекул в области взаимодействия лазерного луча и анализируемого газа.
Технический результат – повышение достоверности газоанализа.
Указанный результат достигается тем, что в системе, содержащей непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, обеспечивающий ослабление рассеянного излучения на длине волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, в отличие от прототипа, внутренние грани газовой кюветы выполнены таким образом, что они образуют прямоугольный параллелепипед, причем на грани, не имеющей окна и параллельной другой грани, также не имеющей окна, установлен акустический излучатель с частотой, создающий внутри кюветы стоячую звуковую волну, перпендикулярную лазерному лучу и обеспечивающую в области фокусировки область сжатия газа.
Известно, что акустическая волна представляет собой чередующиеся области сжатия и разрежения среды, в которой она распространяется. Выполнение внутренних граней кюветы таким образом, что образуется прямоугольный параллелепипед, а также обеспечение условий для образования внутри нее стоячей волны (см. соотношение 1) позволяет зафиксировать в пространстве данные области, причем за счет резонанса разница давлений в них увеличится.
l=nλ/2, (1)
где l – длина распространения акустической волны, λ – длина волны, n – целое нечетное число (1, 3, 5, …), ввиду того, что лазерный луч проходит через центр кюветы.
Таким образом, в области фокусировки лазерного луча внутри кюветы обеспечивается область сжатия газа, характеризующаяся повышением плотности молекул и, соответственно, их концентрацией, что обеспечивает повышение интенсивности сигналов КР в силу соотношения 2.
I=I0NΩσ, (2)
где I – интенсивность сигналов КР, I0 – интенсивность возбуждающего лазерного излучения, Ω – угол сбора рассеянного излучения, N – концентрация молекул данного сорта, σ – сечение рассеяния.
В свою очередь повышение интенсивности информативных сигналов КР гарантированно ведет к повышению достоверности проводимого газоанализа.
На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого лазерного газоанализатора (вид сбоку).
На фиг. 2 приведена блок-схема газоанализатора (вид сверху).
Лазерный газоанализатор содержит лазер (1), работающий в непрерывном режиме, фокусирующую линзу (2), газовую кювету (3), оснащенную окном для ввода лазерного излучения (4) и окном для вывода рассеянного света (5), акустический излучатель (6), фотообъектив (7) для сбора рассеянного излучения, голографический фильтр (8), спектральный прибор (9), ПЗС-матрицу (10) и блок управления (11).
Предлагаемый лазерный газоанализатор работает следующим образом. Возбуждающее излучение от лазера 1 фокусируется линзой 2 в центре газовой кюветы 3, проходя сквозь входное окно 4. Внутри кюветы 3 установлен акустический излучатель 6, генерирующий акустические волны. В силу его расположения от противоположной грани кюветы на расстоянии, кратном половине длины акустической волны, внутри кюветы образуется стоячая акустическая волна с областью сжатия в области фокусировки лазерного луча. Лазерное излучение, в свою очередь, рассеивается на молекулах анализируемого газа, находящегося внутри кюветы. Данное рассеянное излучение, наибольшая плотность мощности которого находится в центре кюветы, выходит через окно 5 и собирается фотообъективом 7. Данный объектив направляет собранное излучение на входную щель спектрального прибора 9, сквозь голографический фильтр 8, роль которого ослабить интенсивность упругого рассеяния света на частоте возбуждающего излучения. Спектральный прибор 9 разлагает попавший в него свет в спектр, который далее регистрируется ПЗС-матрицей 10. Последняя передает электрические сигналы в блок управления 11, где возможны их обработка и хранение.
Непосредственно вычисление качественного и количественного состава анализируемой газовой среды по зарегистрированному спектру КР может быть осуществлено либо в блоке управления, либо передано из него на компьютер.
Предлагаемое изобретение характеризуется более высокой достоверностью анализа, обусловленной регистрацией спектров КР газов с более высокой интенсивностью и, соответственно, более высоким соотношением сигнал/шум.
Claims (1)
- Лазерный газоанализатор, содержащий непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, обеспечивающий ослабление рассеянного излучения на длине волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, отличающийся тем, что внутренние грани газовой кюветы выполнены таким образом, что они образуют прямоугольный параллелепипед, причем на грани, не имеющей окна и параллельной другой грани, также не имеющей окна, установлен акустический излучатель с частотой, создающий внутри кюветы стоячую звуковую волну, перпендикулярную лазерному лучу и обеспечивающую в области фокусировки область сжатия газа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149852A RU2613200C1 (ru) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | Лазерный газоанализатор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015149852A RU2613200C1 (ru) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | Лазерный газоанализатор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2613200C1 true RU2613200C1 (ru) | 2017-03-15 |
Family
ID=58458023
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015149852A RU2613200C1 (ru) | 2015-11-20 | 2015-11-20 | Лазерный газоанализатор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2613200C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650363C1 (ru) * | 2017-03-21 | 2018-04-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Анализатор состава природного газа |
IT201900006954A1 (it) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | Pietro Fiorentini Spa | Dispositivo per l’analisi della composizione di gas, e relativo metodo di analisi della composizione di gas. |
WO2022199928A1 (de) | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Robert Bosch Gmbh | Online- oder in-situ-messeinrichtung für eine konzentrationsmessung eines gases |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4648714A (en) * | 1985-09-11 | 1987-03-10 | University Of Utah | Molecular gas analysis by Raman scattering in intracavity laser configuration |
RU10462U1 (ru) * | 1999-01-19 | 1999-07-16 | Государственное предприятие Техноцентр "Лазерная диагностика и чистые технологии "Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники" | Лазерный газоанализатор |
RU126136U1 (ru) * | 2012-11-01 | 2013-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Анализатор состава природного газа |
RU2544264C1 (ru) * | 2013-09-19 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ газоанализа природного газа |
RU156170U1 (ru) * | 2015-06-02 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Кр-газоанализатор с улучшенной системой сбора рассеянного излучения |
-
2015
- 2015-11-20 RU RU2015149852A patent/RU2613200C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4648714A (en) * | 1985-09-11 | 1987-03-10 | University Of Utah | Molecular gas analysis by Raman scattering in intracavity laser configuration |
RU10462U1 (ru) * | 1999-01-19 | 1999-07-16 | Государственное предприятие Техноцентр "Лазерная диагностика и чистые технологии "Научно-исследовательского и конструкторского института энерготехники" | Лазерный газоанализатор |
RU126136U1 (ru) * | 2012-11-01 | 2013-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Анализатор состава природного газа |
RU2544264C1 (ru) * | 2013-09-19 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Способ газоанализа природного газа |
RU156170U1 (ru) * | 2015-06-02 | 2015-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Кр-газоанализатор с улучшенной системой сбора рассеянного излучения |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2650363C1 (ru) * | 2017-03-21 | 2018-04-11 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Анализатор состава природного газа |
IT201900006954A1 (it) * | 2019-05-17 | 2020-11-17 | Pietro Fiorentini Spa | Dispositivo per l’analisi della composizione di gas, e relativo metodo di analisi della composizione di gas. |
EP3748339A2 (en) | 2019-05-17 | 2020-12-09 | Pietro Fiorentini S.P.A. | Device for gas analysis using raman spectroscopy |
EP3748339A3 (en) * | 2019-05-17 | 2021-03-10 | Pietro Fiorentini S.P.A. | Device for gas analysis using raman spectroscopy |
EP4339570A2 (en) | 2019-05-17 | 2024-03-20 | Pietro Fiorentini S.P.A. | Device for gas analysis using raman spectroscopy |
WO2022199928A1 (de) | 2021-03-23 | 2022-09-29 | Robert Bosch Gmbh | Online- oder in-situ-messeinrichtung für eine konzentrationsmessung eines gases |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4905169A (en) | Method and apparatus for simultaneously measuring a plurality of spectral wavelengths present in electromagnetic radiation | |
Petrov et al. | High-sensitivity spontaneous Raman spectrometer for gaseous media | |
RU2613200C1 (ru) | Лазерный газоанализатор | |
RU2563770C2 (ru) | Усовершенствованный анализатор комбинационного рассеяния с высокими входной угловой апертурой, разрешением, пропусканием, квантовым эффективным и фоноподавлением | |
US6307626B1 (en) | Dispersive atomic vapor raman filter | |
CN111175282A (zh) | 一种基于物镜信号采集的拉曼光谱仪 | |
JP2012504248A (ja) | 高濃度ガスのスペクトル解析に適合されたアレンジメント | |
RU2672187C1 (ru) | КР-газоанализатор | |
CN108398421A (zh) | 一种可分辨碳同位素的增强型激光诱导击穿光谱仪 | |
JP3992064B2 (ja) | 光学分析装置 | |
US8665434B2 (en) | Integrated Raman spectroscopy detector | |
RU126136U1 (ru) | Анализатор состава природного газа | |
CN106680261A (zh) | 一种高灵敏度cars探测装置及使用方法 | |
US9829379B2 (en) | Two-dimensional spectroscopy system and two-dimensional spectroscopic analysis method | |
CN205120573U (zh) | 光声联用光谱法的食品药品组分和含量快速检测装置 | |
CN207366445U (zh) | 一种手持式激光拉曼光谱仪系统 | |
RU132900U1 (ru) | Устройство для рентгеновского абсорбционного спектрального анализа | |
RU2583859C1 (ru) | Светосильный кр-газоанализатор | |
RU156170U1 (ru) | Кр-газоанализатор с улучшенной системой сбора рассеянного излучения | |
CN109030457B (zh) | 一种双元件共基体拉曼探头 | |
CN210376134U (zh) | 基于太赫兹的室内环境污染物检测装置 | |
JP2008026127A (ja) | 分光ユニット、気象観測ライダーシステム | |
CN113092446A (zh) | 基于道威棱镜的90度拉曼信号收集平面光路系统 | |
CN104880419B (zh) | 光声联用光谱法的食品药品组分含量快速检测装置及方法 | |
RU10462U1 (ru) | Лазерный газоанализатор |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201121 |