RU84986U1 - DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM - Google Patents

DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM Download PDF

Info

Publication number
RU84986U1
RU84986U1 RU2008145634/22U RU2008145634U RU84986U1 RU 84986 U1 RU84986 U1 RU 84986U1 RU 2008145634/22 U RU2008145634/22 U RU 2008145634/22U RU 2008145634 U RU2008145634 U RU 2008145634U RU 84986 U1 RU84986 U1 RU 84986U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
spectral
possibility
radiation
parameters
Prior art date
Application number
RU2008145634/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Валерьевич Степанов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН)
Priority to RU2008145634/22U priority Critical patent/RU84986U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU84986U1 publication Critical patent/RU84986U1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 в газообразной среде, выполненное с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы и запуска процесса лазерного спектрального анализа, а также с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, температурного режима работы используемого лазера, параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, включающее в качестве используемого лазера перестраиваемый диодный лазер на основе соединения PbEuSe, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения СО и СО2, находящихся в газообразном состоянии, включающее также систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений, систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения СО и СО2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны, систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого диодного лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки, систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал, систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала, систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации, систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях СО и СО2 в регистрируемом диапазоне спектра, систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров, при этом ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания, выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер, который, в свою очередь, сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены объект спектрального анализа, содержащий СО и CO2, система детектирования лазерного излучения, система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, система обработки лазерных спектров пропускания, выполненная с возможностью одновременного анализа содержания молекул СО и СО2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым диодным лазером на основе соединения PbEuSe, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения Р-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 СО2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания СО и CO2 посредством перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1 за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки от 100 мкм до 2 мм и быстродействием от 10 нс до 200 нс, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2, газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха.The technical result aimed at achieving the proposed utility model is a device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules in a gaseous medium, made with the possibility of entering the parameters of the laser analytical system and starting the process of laser spectral analysis, as well as with the choice of spectral and frequency characteristics laser radiation, the temperature regime of the laser used, the parameters of the scanning spectra, their registration, digitization, transmission, buffer processing, storage, processing of spectral data, including a tunable diode laser based on a PbEuSe compound used as a laser, capable of generating a monochromatic and controllable frequency-tunable optical radiation whose wavelength lies in the spectral region in which are used for analysis absorption lines of CO and CO 2 in a gaseous state, including also a control system configured to maintain a predetermined parameters, synchronizing the cycles of scanning spectra, recording spectra, their digitization, as well as with the possibility of transmission, buffering, storage, processing of spectral data, the issuance of measurement results, a thermal stabilization system configured to configure the laser used in the spectral range in which the analytical lines lie absorption of CO and CO 2 , and maintaining, with the necessary accuracy, the operating temperature of the laser used and its operating wavelength, a pump and control system the power and radiation parameters of the laser used, configured to generate a current of a certain amplitude and shape used to pump a tunable diode laser, and control the spectral and power parameters of the radiation of the laser used by changing the amplitude and time parameters of the pump current, the system for generating the spatial characteristics of the laser beam, made with the possibility of collimating the diverging radiation of the used laser into a beam suitable for acceleration through the object under study, and focusing on the optical radiation detection system, configured to extract a radio frequency component in the received modulated laser signal containing information about the transmission spectra of the medium under study, and convert it into an electric radio frequency signal, a pre-amplification system of the detected radio frequency signal, made with the possibility of pre-amplification of the radio frequency signal recorded by the photodetector, containing information about the transmission spectra of the medium under study and, if necessary, the analog differentiation of the recorded signal, a system for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal, configured to translate an analog radio frequency signal recorded using a photodetector and containing information about the transmission spectra of the studied medium, in digital form, with the ability to read the received digital signal and transfer it to the memory of the device intended for storage storage and storage of digital information, a system for processing laser transmission spectra made with the possibility of processing the obtained information and calculating the spectrum of the absorption coefficient in the analyzed lines of CO and CO 2 in the recorded range of the spectrum, a system for outputting the resulting data, made with the possibility of output and visualization of the obtained data in absolute and the relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, as well as other intermediate results of processing spectra reflecting changes in the measured pairs ameter, the input of the main parameters is possible by means of a control system that is capable of transmitting information to the thermal stabilization system, pumping and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, which is interfaced with the laser used, as well as to the system of digitization, reading, storage and storage a recorded signal and a system for processing laser transmission spectra; the choice of system parameters is also possible by means of a control system with which polzuemy laser which, in turn, is coupled to system heat setting and with the system of spatial characteristics of the laser beam, which are connected in series object spectroscopic analysis comprising CO and CO 2, the system of laser radiation detecting preamplification system detected RF signal, digitizing system , reading, accumulating and storing the recorded signal, a system for processing laser transmission spectra, made with the possibility of simultaneous analysis of the content of CO and CO 2 molecules in the object of spectral analysis with the possibility of using CO absorption lines and CO 2 absorption lines falling in the spectral region covered by a tunable diode laser based on the PbEuSe compound, namely with the possibility of using lines that do not overlap with the absorption lines of water vapor absorption P-branch fundamental CO from 1-0 vibrational-rotational absorption lines strip and strip 20001-01101 CO 2 arranged in the spectral range from 2100 cm -1 to 2125 cm -1, with registers of ation of the transmission spectrum of CO and CO 2 by means of a tunable diode laser based PbEuSe compound, operating in this spectral range, with the ability to scan the laser optical frequency in the spectral range of from 1 cm -1 to 10 cm -1 due to the pump laser current pulses periodically repeating amplitude from 50 mA to 3000 mA, duration from 50 μs to 10000 μs and a repetition rate from 20 Hz to 10 kHz, with the possibility of transmitting laser radiation through a multi-pass optical cuvette containing the studied gas medium, with a linear optical path from 1 to 100 meters, with the possibility of detecting laser radiation transmitted through the analyzed medium using a photodiode based on an InSb compound with a diameter of the sensitive area from 100 μm to 2 mm and a speed from 10 ns to 200 ns, using the spectral analysis containing CO and CO 2 , a gaseous medium, including exhaled air.

Предложенное устройство является точным и эргономичным, промышленно применимым и новым. Оно может быть использовано в области лазерной спектроскопии и анализа, а именно в области применения перестраиваемых полупроводниковых лазеров. Актуально для биомедицинской диагностики, а также может найти широкое применений в биотехнологии, в медицине, в фармацевтике, энергетике и других областях народного хозяйства The proposed device is accurate and ergonomic, industrially applicable and new. It can be used in the field of laser spectroscopy and analysis, in particular in the field of application of tunable semiconductor lasers. Actual for biomedical diagnostics, and can also find wide applications in biotechnology, medicine, pharmaceuticals, energy and other areas of the national economy

Description

Область примененияApplication area

Полезная модель относится к области лазерной спектроскопии и спектрального анализа, а именно к области применения перестраиваемых полупроводниковых лазеров и может быть использована для одновременной диагностики абсолютного и относительного содержания окислов углерода СО и СО2 в газообразной среде, для мониторинга содержания окислов углерода СО и СО2, например, в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, в частности, для биомедицинской диагностики.The utility model relates to the field of laser spectroscopy and spectral analysis, namely to the field of application of tunable semiconductor lasers and can be used to simultaneously diagnose the absolute and relative content of carbon oxides CO and CO 2 in a gaseous medium, to monitor the content of carbon oxides CO and CO 2 , for example, in exhaled air, in the atmosphere, in particular for biomedical diagnostics.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известны изобретения, направленные на решение задач в области газового анализа, в том числе состава выдыхаемого воздуха, основанные на масс-спектрометрии, например, такие, как «Медицинский прибор для анализа вдыхаемого и выдыхаемого воздуха» [1].Known inventions aimed at solving problems in the field of gas analysis, including the composition of exhaled air, based on mass spectrometry, for example, such as a "Medical device for the analysis of inhaled and exhaled air" [1].

Однако, данный прибор, согласно его описанию, не обладает достаточной чувствительностью анализа.However, this device, according to its description, does not have sufficient analysis sensitivity.

Известен «Лазерный газоанализатор» [2], содержащий лазерную газоразрядную трубку, к которой подключены источник высоковольтного напряжения и блок охлаждения, расположенный на одной оптической оси с лазерной газоразрядной трубкой блок формирования луча, выполненный в виде дифракционной решетки на пьезокорректоре, и оптикоакустическую ячейку (ОАЯ), к которой подсоединены блок забора воздуха и измерительный микрофон, пироэлектрический датчик, подключенный через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок сопряжения к входу персональной ЭВМ, отличающийся тем, что газоанализатор дополнительно содержит фоновый микрофон, расположенные на одной оптической оси с оптико-акустической ячейкой реперную коювету и дополнительный пироэлектрический датчик, подключенный аналогично основному пироэлектрическому датчику, а также дифференциальный усилитель, в блоке формирования луча дифракционная решетка и пьезокорректор расположены в тангенциальном узле, связанном с шаговым двигателем, за тангенциальным узлом установлено поворотное зеркало, направляющее излучение на входное окно ОАЯ, причем выходы измерительного и фонового микрофонов через дифференциальный усилитель подключены к АЦП, выходы блока управления соединены с соответствующими входами пьезокорректора и шагового двигателя блока формирования луча, выход персональной ЭВМ через блок сопряжения соединен с блоком управленияThe well-known "Laser gas analyzer" [2], containing a laser gas discharge tube, to which a high-voltage voltage source and a cooling unit are connected, a beam forming unit made in the form of a diffraction grating on a piezoelectric corrector and an optical-acoustic cell (OAJ) are located on the same optical axis as the laser gas discharge tube ) to which the air intake unit and the measuring microphone are connected, a pyroelectric sensor connected through a series-connected analog-to-digital converter (ADC) and the unit with voltage to the input of a personal computer, characterized in that the gas analyzer additionally contains a background microphone located on the same optical axis with the optical-acoustic cell reference frame and an additional pyroelectric sensor connected similarly to the main pyroelectric sensor, as well as a differential amplifier, in the beam forming unit diffraction grating and piezoelectric corrector are located in a tangential node associated with a stepper motor, a rotary mirror is installed behind the tangential node, radiation to the OAX input window, the outputs of the measuring and background microphones through a differential amplifier connected to the ADC, the outputs of the control unit connected to the corresponding inputs of the piezoelectric corrector and the stepper motor of the beam forming unit, the output of the personal computer through the interface unit connected to the control unit

Описанное в [2] устройство при всей сложности конструкции, не может обеспечить сочетания требуемых аналитических характеристик, таких как чувствительность, точность, селективность для одновременного анализа нескольких газовых компонент в анализируемой газовой среде.The device described in [2] for all the complexity of the design, cannot provide the combination of the required analytical characteristics, such as sensitivity, accuracy, selectivity for the simultaneous analysis of several gas components in the analyzed gas medium.

Известен «Оптический газоанализатор» [3], содержащий перестраиваемый по частоте полупроводниковый лазер с устройством ввода оптического излучения в моноволокно, волоконно-оптическую линию, измерительную ячейку и оптоэлектронный преобразователь с устройством регистрации сигнала, отличающийся тем, что оптическая схема измерительной ячейки содержит вогнутое сферическое или параболическое зеркало, оптически сопряженное с выходным или входным торцом моноволокна так, что названный торец и его изображение полностью совпадают, а разделение оптического излучения, транслируемого моноволокном к измерительной ячейке и в обратном направлении к оптоэлектронному преобразователю, осуществляется посредством тонкой плоскопараллельной пластины, установленной под углом, большим, чем угол полного внутреннего отражения, в котором также измерительная ячейка может быть выполнена в виде оптического волновода - алюминиевой тонкостенной трубки с полированной внутренней поверхностью, свернутой в форме цилиндрической пружины или плоской спирали. В данном оптическом газоанализаторе труднореализуемо одновременное измерение разных компонентов газовой смеси.Known "Optical gas analyzer" [3], containing a tunable frequency semiconductor laser with a device for inputting optical radiation into a monofilament, a fiber optic line, a measuring cell and an optoelectronic converter with a signal recording device, characterized in that the optical circuit of the measuring cell contains a concave spherical or a parabolic mirror optically coupled to the output or input end of the monofilament so that the named end and its image completely coincide, but is divided e of optical radiation transmitted by the monofilament to the measuring cell and in the opposite direction to the optoelectronic converter is carried out by means of a thin plane-parallel plate installed at an angle greater than the angle of total internal reflection, in which the measuring cell can also be made in the form of an optical waveguide - aluminum thin-walled tubes with a polished inner surface, rolled in the form of a cylindrical spring or a flat spiral. In this optical gas analyzer, it is difficult to simultaneously measure different components of the gas mixture.

Таким образом, применительно к одновременному анализу нескольких газовых компонент в анализируемой газовой смеси, например, содержания СО и СО2 в выдыхаемом воздухе, все вышеуказанные устройства имеют существенные недостатки, делающие затруднительным решение поставленной задачи.Thus, in relation to the simultaneous analysis of several gas components in the analyzed gas mixture, for example, the content of CO and CO 2 in exhaled air, all of the above devices have significant drawbacks that make it difficult to solve the problem.

Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства, реализующего одновременное определение концентрации молекул СО и СО2, которое было бы применимо для одновременного определения содержания молекул СО и СО2 и анализа их относительного содержания в газообразной среде, и, в частности, в выдыхаемом воздухе, с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО2, попадающих в спектральную область, с возможностью подбора по химическому составу перестраиваемого диодного лазера и фотодиода, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2, газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха, с обеспечением точности, селективности и наглядности полученных результатов.The technical result, which the proposed utility model is aimed at, is to create a device that realizes the simultaneous determination of the concentration of CO and CO 2 molecules, which would be applicable for the simultaneous determination of the content of CO and CO 2 molecules and analysis of their relative content in a gaseous medium, and, in in particular, in exhaled air, with the possibility of using CO absorption lines and CO 2 absorption lines falling in the spectral region, with the possibility of selection by chemical composition the required diode laser and photodiode, using a gaseous medium, including exhaled air, as an object of spectral analysis containing CO and CO 2 , ensuring the accuracy, selectivity and visibility of the results.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Технический результат достигается тем, что предложено устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 в газообразной среде.The technical result is achieved by the fact that a device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules in a gaseous medium is proposed.

1. Устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 в газообразной среде, выполненное с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы и запуска процесса лазерного спектрального анализа, а также с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, температурного режима работы используемого лазера, параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, включающее в качестве используемого лазера перестраиваемый диодный лазер на основе соединения PbEuSe, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения СО и СО2, находящихся в газообразном состоянии, включающее также систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений, систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения СО и СО2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны, систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого диодного лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки, систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал, систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала, систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации, систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях СО и СО2 в регистрируемом диапазоне спектра, систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров, при этом ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания, выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер, который, в свою очередь, сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены объект спектрального анализа, содержащий СО и CO2, система детектирования лазерного излучения, система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, система обработки лазерных спектров пропускания, выполненная с возможностью одновременного анализа содержания молекул СО и СО2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым диодным лазером на основе соединения PbEuSe, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения Р-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 СО2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания СО и СО2 посредством перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1 за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки от 100 мкм до 2 мм и быстродействием от 10 не до 200 нс, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2, газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха.1. A device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules in a gaseous medium, made with the possibility of entering the parameters of the laser analytical system and starting the process of laser spectral analysis, as well as with the choice of spectral and frequency characteristics of laser radiation, the temperature regime of the laser used, parameters scanning spectra, recording, digitizing, transmitting, buffering, storing, processing spectral data, including tunable diode laser based PbEuSe compound capable of generating monochromatic and controllably tunable optical radiation whose wavelength lies in the spectral region in which there are used to analyze the absorption line of CO and CO 2 in the gaseous state, comprising also a control system configured to maintain predetermined parameters, synchronize the scanning cycles of the spectra, register the spectra, their digital cameras, as well as with the possibility of transmitting, buffering, storing, processing spectral data, issuing measurement results, a thermal stabilization system made with the possibility of tuning the laser used in the spectral range in which the analytical absorption lines of CO and CO 2 lie, and maintaining the working accuracy with the necessary accuracy the temperature of the laser used and its operating wavelength, a pump and control system for the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, configured to generate the current of a certain amplitude and shape used to pump a tunable diode laser, and control the spectral and power parameters of the radiation of the laser used by changing the amplitude and time parameters of the pump current, a system for generating the spatial characteristics of the laser beam, configured to collimate the diverging radiation of the used laser into the beam, suitable for passing through the studied object, and focusing on the optical radiation detection system, made with the possibility of separation in the received modulated laser signal of the radio frequency component containing information about the transmission spectra of the test medium, and its conversion into an electric radio frequency signal, a system for pre-amplification of the detected radio frequency signal, made with the possibility of pre-amplification of the radio frequency signal detected by the photodetector containing information about transmission spectra of the studied medium and, if necessary, analog diff the registration of the recorded signal, a system for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal, made with the possibility of converting an analog radio frequency signal recorded using a photodetector and containing information about the transmission spectra of the test medium, in digital form, with the ability to read the received digital signal and transmit it to the memory of the device intended for the accumulation and storage of digital information, a system for processing laser transmission spectra, made with the ability to process the received information and calculate the spectrum of the absorption coefficient in the analyzed lines of CO and CO 2 in the recorded range of the spectrum, a system for outputting the resulting data, made with the possibility of output and visualization of the obtained data of the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, as well as other intermediate results of processing the spectra, reflecting changes in the measured parameters, while the input of the main parameters is possible through a control system that it is capable of transmitting information to the thermal stabilization system, pumping and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, which is interfaced to the laser used, as well as to a system for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal and a system for processing laser transmission spectra; is possible by means of a control system with which the laser used is paired, which, in turn, is interfaced with a thermal stabilization system and with a system of forms spatial spatial characteristics of the laser beam, to which a spectral analysis object containing CO and CO 2 , a system for detecting laser radiation, a system for preliminary amplification of a recorded radio frequency signal, a system for digitizing, reading, accumulating and storing a recorded signal, a system for processing laser transmission spectra, made with the possibility of simultaneous analysis of the content of CO and CO 2 molecules in the object of spectral analysis with the possibility of using absorption of CO and absorption lines of CO 2 falling into the spectral region covered by a tunable diode laser based on the PbEuSe compound, namely, the possibility of using absorption lines of the P branch of CO from the fundamental vibrational-rotational band 1-0 that do not overlap with the absorption lines of water vapor and absorption lines of the band 20001-01101 CO 2 located in the spectral range from 2100 cm -1 to 2125 cm -1 , with the possibility of recording the transmission spectrum of CO and CO 2 by means of a tunable diode laser based on a compound PbEuSe operating in this spectral range with the possibility of scanning the optical frequency of the laser in the spectral range from 1 cm -1 to 10 cm -1 due to the pumping of the laser by periodically repeating current pulses with an amplitude of 50 mA to 3000 mA, duration from 50 μs to 10000 μs and a repetition rate from 20 Hz to 10 kHz, with the possibility of transmitting laser radiation through a multi-pass optical cuvette containing the studied gas medium, with an optical path length of 1 to 100 meters, with the possibility of detecting the transmitted through the analyzer emuyu medium laser with photodiode-based compound InSb with a diameter of the sensitive area of 100 microns to 2 mm and a speed of 10 ns to 200 ns, using as an object of spectral analysis comprising CO and CO 2, gaseous medium, including exhaled air.

Устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2, представленное схематично на Фиг 1, включает следующие основные элементы:A device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules, shown schematically in FIG. 1, includes the following main elements:

Используемый лазер 3 - перестраиваемый диодный лазер на основе соединения PbEuSe.The used laser 3 is a tunable diode laser based on the PbEuSe compound.

Предназначен для генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в спектральной области, где расположены используемые для анализа линии поглощения СО и СО2, находящихся в газообразном состоянии.Designed to generate a monochromatic and frequency-tunable optical radiation whose wavelength lies in the spectral region where the absorption lines of CO and CO 2 in a gaseous state are located.

Система управления 4Control system 4

Предназначена для поддержания заданных параметров системы, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров и их оцифровки, а также передачи, буферирования, хранения и обработки спектральных данных и выдачи результата измерений.It is intended to maintain the set parameters of the system, synchronize the cycles of scanning spectra, register spectra and digitize them, as well as transmit, buffer, store and process spectral data and provide measurement results.

Система термостабилизации 5 Предназначена для настройки перестраиваемого диодного лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения СО и СО2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры лазера и его рабочей длины волны.Thermal stabilization system 5 Designed to adjust the tunable diode laser to the spectral range in which the analytical absorption lines of CO and CO 2 lie, and to maintain the laser working temperature and its working wavelength with the necessary accuracy.

Система накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения перестраиваемого диодного лазера 6.System for pumping and controlling the spectral and power parameters of the radiation of a tunable diode laser 6.

Предназначена для генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого диодного лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого перестраиваемого диодного лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки.Designed to generate a current of a certain amplitude and shape used to pump a tunable diode laser, and to control the spectral and power parameters of the radiation of a tunable diode laser used by changing the amplitude and time parameters of the pump current.

Система формирования пространственных характеристик лазерного пучка 7.System for the formation of spatial characteristics of a laser beam 7.

Предназначена для коллимации расходящегося излучения перестраиваемого диодного лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на устройство детектирования оптического излучения.Designed to collimate diverging radiation from a tunable diode laser into a beam suitable for transmission through the object under study, and focus on an optical radiation detection device.

Система детектирования лазерного излучения 9.Laser Detection System 9.

Предназначена для выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал.It is intended for separation in the received modulated laser signal of the radio frequency component containing information about the transmission spectra of the medium under study, and its conversion into an electric radio frequency signal.

Система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала 10.Pre-amplification system of the recorded RF signal 10.

Предназначена для предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, если необходимо, для аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала.It is intended for preliminary amplification of a radio frequency signal recorded with a photodetector, which contains information about the transmission spectra of the medium under study and, if necessary, for analog differentiation of the recorded signal.

Система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала 11.System for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal 11.

Предназначена для перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память электронного устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации.Designed to translate an analog radio frequency signal recorded using a photodetector and containing information about the transmission spectra of the test medium, into digital form, read the received digital signal and transmit it to the memory of an electronic device designed to store and store digital information.

Система обработки лазерных спектров пропускания 12.Laser transmission spectra processing system 12.

Предназначена для обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в аналитических линиях СО и СО2 в регистрируемом диапазоне спектра.Designed to process the information received and calculate the spectrum of the absorption coefficient in the analytical lines of CO and CO 2 in the recorded range of the spectrum.

Система вывода 14 результирующих данных 13Output system 14 of the resulting data 13

Предназначена для вывода и визуализации полученных данных в виде численного значения абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде, а также и других промежуточных результатов обработки спектров, кривой на мониторе или экране, отражающей изменения измеряемых величин со временем, и/или в виде файла, содержащего последовательность цифровых данных по абсолютному и относительному содержанию молекул СО и СО2 в анализируемой среде и другим промежуточным результатам.Designed for output and visualization of the obtained data in the form of a numerical value of the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, as well as other intermediate results of processing the spectra, a curve on the monitor or screen, reflecting changes in the measured values with time, and / or as a file containing a sequence of digital data on the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium and other intermediate results.

Объект спектрального анализа 8, содержащий СО и СО2, находящийся в открытой атмосфере или в герметичном объеме, снабженном устройствами ввода и вывода излучения и напуска анализируемой среды. Предназначен для измерения его спектров пропускания в используемом спектральном диапазоне и определения в нем абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2.The object of spectral analysis 8, containing CO and CO 2 located in an open atmosphere or in a sealed volume, equipped with input and output devices for radiation and inlet of the analyzed medium. Designed to measure its transmittance spectra in the used spectral range and determine in it the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules.

Предлагаемое устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 выполнено:The proposed device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules is made:

По позиции 1 на схеме - с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы, с возможностью запуска процесса лазерного спектрального анализа. По позиции 2 на схеме - с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, с возможностью выбора температурного режима работы используемого лазера, с возможностью выбора параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных посредством системы управления 4. Предлагаемое устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 включает:According to position 1 in the diagram - with the ability to enter the parameters of the laser analytical system, with the ability to start the process of laser spectral analysis. According to position 2 in the diagram, with the possibility of choosing the spectral and frequency characteristics of laser radiation, with the choice of the temperature regime of the laser used, with the choice of parameters for scanning the spectra, recording, digitizing, transmitting, buffering, storing, processing spectral data through a control system 4 The proposed device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules includes:

- в качестве используемого лазера - перестраиваемый диодный лазер на основе соединения PbEuSe, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения молекул СО и СО2, находящихся в газообразном состоянии,- as the laser used, a tunable diode laser based on the PbEuSe compound, configured to generate a monochromatic and controlled frequency tunable optical radiation whose wavelength lies in the spectral region in which the absorption lines of CO and CO 2 molecules used for analysis are located in a gaseous state

- систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений,- a control system configured to maintain specified parameters, synchronize spectral scan cycles, register spectra, digitize them, and also transmit, buffer, store, process spectral data, and issue measurement results,

- систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения СО и СО2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны,- a thermal stabilization system configured to adjust the used laser to the spectral range in which the analytical absorption lines of CO and CO 2 lie, and maintain with the necessary accuracy the operating temperature of the used laser and its operating wavelength,

- систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого диодного лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки,- a system for pumping and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, configured to generate a current of a certain amplitude and shape used to pump a tunable diode laser, and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used by changing the amplitude and time parameters of the pump current,

- систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования,- a system for forming the spatial characteristics of the laser beam, made with the possibility of collimating the diverging radiation of the used laser into a beam suitable for transmission through the object under study, and focusing on the detection system,

- систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал,- a system for detecting optical radiation, made with the possibility of separation in the received modulated laser signal of the radio frequency component containing information about the transmission spectra of the investigated medium, and its conversion into an electric radio frequency signal,

- систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала,- a system for pre-amplification of the detected RF signal, configured to pre-amplify the RF signal detected by the photodetector, containing information about the transmission spectra of the medium under study and, if necessary, analog differentiation of the detected signal,

- систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации,- a system for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal, made with the possibility of converting an analog radio frequency signal recorded using a photodetector and containing information about the transmission spectra of the test medium, in digital form, with the ability to read the received digital signal and transfer it to the device’s memory, intended for the accumulation and storage of digital information,

- систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях СО и СО2 в регистрируемом диапазоне спектра,- a system for processing laser transmission spectra, configured to process the received information and calculate the spectrum of the absorption coefficient in the analyzed lines of CO and CO 2 in the recorded range of the spectrum,

- систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров,- a system for outputting the resulting data, configured to output and visualize the obtained data of the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, as well as other intermediate results of processing the spectra, reflecting changes in the measured parameters,

Ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания.Entering the main parameters is possible by means of a control system that is capable of transmitting information to the thermal stabilization system, pumping and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, which is coupled to the laser used, as well as to the system for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal and the system processing laser transmission spectra.

Выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер.The selection of system parameters is also possible through the control system with which the laser used is paired.

Используемый лазер сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены:The laser used is coupled to a thermal stabilization system and to a system for generating the spatial characteristics of the laser beam, to which are connected in series:

- объект спектрального анализа, содержащий СО и CO2,- an object of spectral analysis containing CO and CO 2 ,

- система детектирования лазерного излучения,- laser radiation detection system,

- система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала,- system pre-amplification of the recorded radio frequency signal,

- система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала,- system of digitization, reading, accumulation and storage of the recorded signal,

- система обработки лазерных спектров пропускания.- A system for processing laser transmission spectra.

Система обработки лазерных спектров пропускания выполнена с возможностью одновременного анализа содержания молекул СО и CO2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым диодным лазером на основе соединения PbEuSe, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения Р-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 СО2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания СО и CO2 посредством перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1 за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки от 100 мкм до 2 мм и быстродействием от 10 нс до 200 нс., с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2, газообразной среды, а также с возможностью использования выдыхаемого воздуха в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2.The system for processing laser transmission spectra is capable of simultaneously analyzing the content of CO and CO 2 molecules in a spectral analysis object with the possibility of using CO absorption lines and CO 2 absorption lines falling in the spectral region covered by a tunable diode laser based on the PbEuSe compound, namely, with the use of absorption lines of the P-branch of СО from the fundamental vibrational-rotational band 1-0 and absorption lines of the band 20001, which do not overlap with the absorption lines of water vapor -01101 CO 2 located in the spectral range from 2100 cm -1 to 2125 cm -1 , with the possibility of recording the transmission spectrum of CO and CO 2 by means of a tunable diode laser based on the PbEuSe compound operating in this spectral range, with the possibility of scanning the optical frequency of the laser in the spectral range from 1 cm -1 to 10 cm -1 due to laser pumping by periodically repeating current pulses with an amplitude of 50 mA to 3000 mA, a duration of 50 μs to 10,000 μs and a repetition rate of 20 Hz to 10 kHz, with the possibility of laser transmission radiation through a multi-way optical cuvette containing the studied gas medium, with an optical path length from 1 to 100 meters, with the possibility of detecting laser radiation transmitted through the analyzed medium using a photodiode based on an InSb compound with a sensitive area with a diameter of 100 μm to 2 mm and speed from 10 ns to 200 ns., using a gaseous medium as the object of spectral analysis containing CO and CO 2 , and also with the possibility of using exhaled air as an object of spectral on an analysis containing CO and CO 2 .

Пример одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 в газообразной средеAn example of the simultaneous determination of the concentration of CO and CO 2 molecules in a gaseous medium

Посредством системы управления вводят основные параметры системы, такие как: рабочая температура лазера, ток накачки лазера, режим модуляции оптической частоты лазера, режим регистрации и оцифровки детектируемого сигнала, параметры обработки спектров пропускания, режим вывода и визуализации получаемых результатов. С ее помощью осуществляют также поддержание перечисленных выше заданных параметров системы, поддержание и синхронизацию циклов сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных и выдачи результата измерений. Система термостабилизации рабочей температуры используемого в примере лазера - перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe - представляет собой совокупность электронной системы автоматического управления и криостата, включающего датчики температуры, активный нагревательный элемент и охлаждающее устройство. Для получения криогенных температур используется, например, система на основе заливного азотного криостата. Системой термостабилизации температуру теплообменника, на котором смонтирован лазер, поддерживают около заданного значения, которое зависит от параметров лазера и может лежать вблизи температур жидкого азота от 78 до 120 К. Система накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера представляет собой источник периодически повторяющихся импульсов тока, имеющих определенную частоту повторения, определенную длительность импульсов, определенную амплитуду тока. В качестве лазера используют перестраиваемый диодный лазер на основе соединения PbEuSe, работающий в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц,Using the control system, the basic system parameters are introduced, such as: laser operating temperature, laser pump current, laser optical frequency modulation mode, detection signal registration and digitization mode, transmission spectrum processing parameters, output mode and visualization of the results obtained. With its help, they also maintain the specified system parameters listed above, maintain and synchronize the cycles of spectrum scanning, their registration, digitization, transmission, buffering, storage, processing of spectral data and the issuance of measurement results. The system of thermal stabilization of the operating temperature used in the example of the laser — a tunable diode laser based on the PbEuSe connection — is a combination of an electronic automatic control system and a cryostat, including temperature sensors, an active heating element, and a cooling device. To obtain cryogenic temperatures, for example, a system based on flooded nitrogen cryostat is used. The thermal stabilization system maintains the temperature of the heat exchanger on which the laser is mounted, near a predetermined value, which depends on the laser parameters and can lie near liquid nitrogen temperatures from 78 to 120 K. The pump and control system for the spectral and power parameters of the laser radiation used is a source of periodically repeated pulses current having a certain repetition rate, a certain pulse duration, a certain current amplitude. As a laser, a tunable diode laser based on a PbEuSe compound operating in this spectral range is used, with the possibility of scanning the optical frequency of the laser in the spectral range from 1 cm -1 to 10 cm -1 , due to the pumping of the laser by periodically repeating current pulses with an amplitude of 50 mA up to 3000 mA, duration from 50 μs to 10000 μs and repetition rate from 20 Hz to 10 kHz,

Накачка такого лазера токовыми импульсами с определенными параметрами позволяет получить перестройку частоты в течение одного импульса, что достаточно для регистрации в одном импульсе двух линий поглощения, одна из которых принадлежит молекулам СО, а другая - молекулам СО2.The pumping of such a laser by current pulses with certain parameters makes it possible to obtain a frequency tuning during one pulse, which is sufficient for recording two absorption lines in one pulse, one of which belongs to CO molecules, and the other to CO 2 molecules.

Для формирования пространственных характеристик лазерного пучка применяют объектив, фокусирующий излучение на чувствительную площадку фотодетектора. Лазерное излучение пропускают через многоходовую оптическую кювету с определенной длиной оптического пути в интервале значений от 1 до 100 метров, снабженную окошками и устройствами напуска анализируемой среды, в которой находится объект спектрального анализа, содержащий СО и СО2.To form the spatial characteristics of the laser beam, a lens is used that focuses the radiation on the sensitive area of the photodetector. Laser radiation is passed through a multi-path optical cuvette with a certain optical path length in the range of 1 to 100 meters, equipped with windows and inlet devices for the analyzed medium, in which there is a spectral analysis object containing CO and CO 2 .

Для детектирования лазерного излучения в указанных в примере диапазонах используют фотодиод на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки, например, равным 500 мкм из указанного интервала значений от 100 мкм до 2 мм и быстродействием, например, равным 10 нс из указанного интервала значений от 10 нс до 200 нс. С его помощью производят регистрацию лазерного излучения, в результате из принимаемого модулированного лазерного сигнала выделяют радиочастотную составляющую, содержащую информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращают в электрический радиочастотный сигнал, затем осуществляют предварительное усиление регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды посредством токового усилителя, выполненного, например, на основе стандартных дифференциальных усилителей.To detect laser radiation in the ranges indicated in the example, a photodiode based on an InSb compound with a diameter of the sensitive area, for example, equal to 500 μm from the indicated range of values from 100 μm to 2 mm and speed, for example, equal to 10 ns from the indicated range of values from 10 ns, is used up to 200 ns. Using it, laser radiation is recorded, as a result, a radio-frequency component containing information about the transmission spectra of the test medium is extracted from the received modulated laser signal and converted into an electric radio-frequency signal, then a preliminary amplification of the radio-frequency signal recorded by the photodetector is carried out, which contains information about the transmission spectra the medium under investigation by means of a current amplifier made, for example, based on standard differential socio amplifiers.

При необходимости, одновременно с усилением регистрируемого сигнала производят его аналоговое дифференцирование, далее осуществляют перевод аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, считывание получаемого цифрового сигнала и передачу его в память программно-аппаратного комплекса, предназначенную для накопления и хранения цифровой информации. Система обработки лазерных спектров пропускания, например, компьютерная программа, осуществляет поддержку работы всего программно-аппаратного комплекса. С помощью него осуществляют математическую обработку получаемой цифровой информации - спектров пропускания, позволяющую рассчитывать спектр коэффициента поглощения в аналитических линиях СО и СО2 в регистрируемом диапазоне спектра. С помощью системы расчета абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде осуществляют расчет концентрации СО и СО2 в анализируемой среде, а также их относительного содержания. С помощью системы вывода результирующих данных осуществляют вывод и визуализацию полученных данных в виде численного значения абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде, кривой на мониторе или экране, отражающей изменения измеряемой величины со временем, и/или в виде файла, содержащего последовательность цифровых данных по абсолютному и относительному содержанию молекул СО и СО2 в анализируемой среде.If necessary, simultaneously with the amplification of the recorded signal, it is made an analog differentiation, then the analog radio frequency signal recorded by a photodetector and containing information about the transmission spectra of the medium under study is converted into digital form, the received digital signal is read out and transferred to the memory of the hardware-software complex intended for the accumulation and storage of digital information. A system for processing laser transmission spectra, for example, a computer program, supports the operation of the entire software and hardware complex. Using it, mathematical processing of the obtained digital information — transmission spectra — is carried out, which allows one to calculate the absorption coefficient spectrum in the analytical lines of CO and CO 2 in the recorded spectrum range. Using the system for calculating the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, the concentration of CO and CO 2 in the analyzed medium, as well as their relative content, is calculated. Using the output data output system, the obtained data are output and visualized in the form of a numerical value of the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, a curve on the monitor or screen reflecting changes in the measured value with time, and / or in the form of a file containing a sequence of digital data on the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium.

В примере для одновременного анализа содержания молекул СО и СО2 в объекте спектрального анализа используют линии поглощения СО и линии поглощения СО2, попадающие в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым диодным лазером на основе соединения PbEuSe, а именно используют не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды линии поглощения Р-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения полосы 20001-01101 СО2, расположенные в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, регистрируют спектр пропускания СО и СО2 посредством перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe, работающего в данном спектральном диапазоне, для чего сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1 за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, пропускают лазерное излучение через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, детектируют прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение с помощью фотодиода на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки от 100 мкм до 2 мм и быстродействием от 10 до 200 нс, в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и CO2, используют газообразную среду, в частности, выдыхаемый воздух.In the example for the simultaneous analysis of the presence of molecules of CO and CO 2 in the object spectral analysis using the absorption of CO and the absorption line line SB 2, falling into the spectral region, occlusion tunable diode laser based PbEuSe compound, namely use non-overlapping with the absorption of water vapor lines line absorption P-branch fundamental CO from 1-0 vibrational-rotational absorption band and strip line 20001-01101 CO 2 located in the spectral range from 2100 cm -1 to 2125 cm -1 is recorded spectrum access system anija CO and CO 2 by means of a tunable diode laser current based PbEuSe compound, operating in this spectral range, for which the optical laser frequency is scanned in the spectral range of from 1 cm -1 to 10 cm -1 due to the laser pump periodically repeating pulses of amplitude 50 mA to 3000 mA, with a duration of 50 μs to 10,000 μs and a repetition rate of 20 Hz to 10 kHz, laser radiation is passed through a multi-pass optical cuvette containing the test gas medium with an optical path length of 1 to 100 meters, detector ruyut transmitted through the medium to be analyzed laser light with a photodiode based compound InSb with a diameter of the sensitive area of 100 microns to 2 mm and a speed of 10 to 200 ns, as the object of spectral analysis comprising CO and CO 2, is used a gaseous medium, in particular expired air.

На Фиг.2 для одновременного анализа содержания молекул СО и СО2 и их относительной концентрации в выдыхаемом воздухе используют линии поглощения Р-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линии поглощения «горячей» полосы 20001-01101 СО2, расположенные в спектральном интервале от 2100 см-1 до 2125 см-1. Для селективного анализа наиболее удобна линия поглощения Р(8) СО, с частотой центра 2111.8 см-1 и рядом с ней расположенная линия поглощения СО2. Спектр пропускания СО и СО2 регистрируется с помощью перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe, работающего в данном спектральном диапазоне. Сканируют оптическую частоту лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1, например, вблизи 3 см-1, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, например, используют амплитуду 100 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс, например, 2500 мкс, и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, например, 120 Гц. Лазерное излучение пропускают через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 метров, например, 15 метров. Прошедшее через анализируемую среду лазерное излучение детектируют с помощью фотодиода на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки от 100 мкм до 2 мм, например, 500 мкм, и быстродействием от 10 до 200 нс, например, 10 нс, и регистрируют лазерный спектр пропускания среды, содержащий исследуемые линии поглощения молекул СО и СО2. Используя средства программно-аппаратного комплекса, регистрируемый спектр оцифровывают и рассчитывают спектр коэффициента поглощения анализируемой среды, из которого определяют концентрации СО и CO2 и их относительное содержание.In figure 2, for simultaneous analysis of the content of CO and CO 2 molecules and their relative concentration in exhaled air, the absorption lines of the P branch of CO from the fundamental vibrational-rotational band 1-0 and the absorption lines of the “hot” band 20001-01101 CO 2 are used , in the spectral range from 2100 cm -1 to 2125 cm -1 . For the selective analysis of the most convenient absorption line P (8) CO, with the center frequency of 2111.8 cm -1 and located near her line of CO 2 absorption. The transmission spectrum of CO and CO 2 is recorded using a tunable diode laser based on the PbEuSe compound operating in this spectral range. Scan the optical frequency of the laser in the spectral range from 1 cm -1 to 10 cm -1 , for example, near 3 cm -1 , due to the pumping of the laser by periodically repeating current pulses with an amplitude of 50 mA to 3000 mA, for example, an amplitude of 100 mA, duration from 50 μs to 10,000 μs, for example, 2500 μs, and a repetition rate from 20 Hz to 10 kHz, for example, 120 Hz. Laser radiation is passed through a multi-pass optical cuvette containing the test gas medium with an optical path length of 1 to 100 meters, for example, 15 meters. The laser radiation transmitted through the analyzed medium is detected using a photodiode based on an InSb compound with a sensitive pad diameter from 100 μm to 2 mm, for example, 500 μm, and a speed from 10 to 200 ns, for example, 10 ns, and the laser transmission spectrum of the medium is recorded, containing the studied absorption lines of CO and CO 2 molecules. Using the hardware-software complex, the recorded spectrum is digitized and the absorption coefficient spectrum of the analyzed medium is calculated, from which the concentrations of CO and CO 2 and their relative content are determined.

В качестве частного случая, описанного в примере, на рисунке показан лазерный спектр пропускания выдыхаемого воздуха, содержащего СО и CO2, вблизи 2112 см-1.As a special case described in the example, the figure shows the laser transmission spectrum of the exhaled air containing CO and CO 2 near 2112 cm -1 .

А - спектр пропускания выдыхаемого воздуха, регистрируемый с помощью указанного перестраиваемого диодного лазера, длина волны излучения соответствует частоте излучения 2112 см-1, указаны линия СО и справа от нее линия СО2, параметры лазерного импульса: длительность импульса, частота повторения, амплитуда тока накачки, длина оптического пути, содержание СО, относительное содержание СО2.A - transmission spectrum of exhaled air recorded using the indicated tunable diode laser, the radiation wavelength corresponds to a radiation frequency of 2112 cm -1 , the CO line is indicated and the CO 2 line to the right of it, laser pulse parameters: pulse duration, repetition frequency, pump current amplitude , optical path length, CO content, relative CO 2 content.

Б-спектр коэффициента поглощения СО и СО2, получаемый в результате обработки лазерного спектра пропускания (А) и используемый для вычисления относительного содержания анализируемых веществ.The B-spectrum of the absorption coefficient of CO and CO 2 obtained by processing the laser transmission spectrum (A) and used to calculate the relative content of the analytes.

Для того, чтобы повысить чувствительность устройства для определения относительной концентрации молекул СО и СО2, регистрируют и применяют первую и/или вторую производные спектров пропускания СО и СО2. Для этого в системе предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала используют дифференциальное усиление детектируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала или дополнительный фильтр высоких частот, настроенный на требуемый радиочастотный диапазон, позволяющие получить на выходе блока предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала аналоговый сигнал, соответствующий первой или второй производным спектра пропускания. При этом искомые концентрации молекул СО и СО2 пропорциональны размаху резонансных особенностей, образуемых первой или второй производными линий поглощения СО и CO2 и интенсивностям лазерного излучения на частотах резонансного поглощения в линиях СО и CO2, которые учитывают при проведении вычислений. В этом случае для расчета абсолютного и относительного содержания молекул СО и CO2 в исследуемой среде систему обработки лазерных спектров пропускания настраивают на работу со спектрами производных линий поглощения.To increase the sensitivity of the device for determining the relative concentration of molecules of CO and CO 2, register and apply the first and / or second derivatives of the spectra transmittance CO and CO 2. To do this, in the pre-amplification system of the recorded RF signal, use the differential amplification of the RF signal detected by the photodetector or an additional high-pass filter tuned to the required radio frequency range, which allows an analog signal corresponding to the first or second derivatives of the transmission spectrum to be obtained at the output of the pre-amplification unit of the detected RF signal . In this case, the desired concentrations of CO and CO 2 molecules are proportional to the range of resonance features formed by the first or second derivatives of the CO and CO 2 absorption lines and the laser radiation intensities at the resonance absorption frequencies in the CO and CO 2 lines, which are taken into account in the calculations. In this case, to calculate the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the medium under study, the processing system of laser transmission spectra is set up to work with the spectra of derivatives of absorption lines.

При низком содержании молекул СО и СО2 в исследуемой газовой среде результат получается более точным.With a low content of CO and CO 2 molecules in the test gas medium, the result is more accurate.

Для повышения чувствительности определения абсолютной и относительной концентрации молекул СО и СО2 используют многоходовые оптические схемы пропускания лазерного излучения через анализируемую среду, позволяющие увеличить величину резонансного поглощения в линиях СО и СО2 при сохранении габаритов оптической кюветы. В этом случае при низком содержании молекул СО и СО2 в исследуемой среде результат также получается более точным.To increase the sensitivity of determining the absolute and relative concentration of CO and CO 2 molecules, multi-pass optical schemes for transmitting laser radiation through the analyzed medium are used to increase the resonance absorption in the CO and CO 2 lines while maintaining the dimensions of the optical cell. In this case, with a low content of CO and CO 2 molecules in the test medium, the result is also more accurate.

Таким образом, предложенное устройство позволяет осуществить одновременное определение концентрации молекул СО и СО2, которое применимо для одновременного определения содержания молекул СО и CO2 и анализа их относительного содержания в газообразной среде, и, в частности, в выдыхаемом воздухе, с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО2, попадающих в спектральную область, с возможностью подбора по химическому составу перестраиваемого диодного лазера и фотодиода, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2, газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха, с обеспечением точности, селективности и наглядности полученных результатов.Thus, the proposed device allows for the simultaneous determination of the concentration of CO and CO 2 molecules, which is applicable for the simultaneous determination of the content of CO and CO 2 molecules and analysis of their relative content in a gaseous medium, and, in particular, in exhaled air, with the possibility of using absorption lines СО and absorption lines of СО 2 falling into the spectral region, with the possibility of selecting the tunable diode laser and photodiode according to the chemical composition, using the spectral as an object analysis, containing CO and CO 2 , of the gaseous medium, including exhaled air, ensuring the accuracy, selectivity and visibility of the results.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Предложенная полезная модель является промышленно применимой и новой в области лазерной спектроскопии и анализа, а именно в области применения перестраиваемых полупроводниковых лазеров и может быть использована для диагностики и анализа абсолютного и относительного содержания окислов углерода в газообразной среде посредством перестраиваемых диодных лазеров, в частности, для определения абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, например для целей биомедицинской диагностики.The proposed utility model is industrially applicable and new in the field of laser spectroscopy and analysis, in particular in the field of application of tunable semiconductor lasers, and can be used to diagnose and analyze the absolute and relative content of carbon oxides in a gaseous medium by means of tunable diode lasers, in particular, to determine absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in exhaled air, in the atmosphere, for example, for the purpose of biomedical diagnostics.

Полезная модель применима для одновременного определения содержания молекул СО и СО2 и анализа изменения их относительного содержания в газообразной среде, и в частности, в выдыхаемом воздухе, с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения CO2, попадающих в спектральную область, перекрываемую указанным перестраиваемым диодным лазером, а именно с возможностью использования не перекрывающиеся с линиями поглощения паров воды линий поглощения определенных линий поглощения СО и линий поглощения СО2, расположенных в определенном спектральном диапазоне, с возможностью регистрации спектра пропускания СО и СО2 посредством указанного перестраиваемого диодного лазера, работающего в определенном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в определенном спектральном диапазоне, за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока определенной амплитуды, длительности и частотой повторения, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной определенного оптического пути, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью указанного фотодиода, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2 газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздухаThe utility model is applicable for simultaneous determination of the content of CO and CO 2 molecules and analysis of changes in their relative content in a gaseous medium, and in particular, in expired air, with the possibility of using CO absorption lines and CO 2 absorption lines falling in the spectral region covered by the indicated tunable a diode laser, namely, with the possibility of using non-overlapping absorption lines of water vapor absorption lines of certain absorption lines of CO and absorption lines of CO 2 located in the limited spectral range, with the possibility of recording the transmission spectrum of CO and CO 2 through the indicated tunable diode laser operating in a certain spectral range, with the ability to scan the optical frequency of the laser in a certain spectral range, due to the pump of the laser by periodically repeating current pulses of a certain amplitude, duration and frequency repetition, with the possibility of transmitting laser radiation through a multi-pass optical cuvette containing the test gas -hand environment with a certain length of the optical path to detect the passing through the laser medium to be analyzed by said photodiode, using as an object of spectral analysis comprising CO and CO 2 gaseous medium, including the exhaled air

Спектр применения указанной полезной модели довольно широк: для неинвазивной медицинской диагностики, для контроля и управления процессами горения в энергетических установках. Предлагаемое устройство предназначено для широкого применения в биотехнологии, в медицине, в фармацевтике, энергетике и других областях народного хозяйства.The range of applications of this utility model is quite wide: for non-invasive medical diagnostics, for monitoring and controlling combustion processes in power plants. The proposed device is intended for widespread use in biotechnology, medicine, pharmaceuticals, energy and other areas of the national economy.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:INFORMATION SOURCES:

1. Описание к А.С. №293378. А61В 5/00 Публ. 28.08.1973 г.1. Description to A.S. No. 293378. A61B 5/00 Publ. 08/28/1973

2. Патент РФ №2082960, МПК 6 G01N 21/37, Публ. 1997.06.272. RF patent No. 2082960, IPC 6 G01N 21/37, Publ. 1997.06.27

3. Патент РФ №2278371 МПК (2006.01) G01N 21/61, Публ. 2006.06.203. RF patent No. 2278371 IPC (2006.01) G01N 21/61, Publ. 2006.06.20

Claims (1)

Устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО2 в газообразной среде, выполненное с возможностью ввода параметров лазерной аналитической системы и запуска процесса лазерного спектрального анализа, а также с возможностью выбора спектральных и частотных характеристик лазерного излучения, температурного режима работы используемого лазера, параметров сканирования спектров, их регистрации, оцифровки, передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, включающее в качестве используемого лазера перестраиваемый диодный лазер на основе соединения PbEuSe, выполненный с возможностью генерации монохроматического и контролируемым образом перестраиваемого по частоте оптического излучения, длина волны которого лежит в той спектральной области, в которой расположены используемые для анализа линии поглощения СО и СО2, находящихся в газообразном состоянии, включающее также систему управления, выполненную с возможностью поддержания заданных параметров, синхронизации циклов сканирования спектров, осуществления регистрации спектров, их оцифровки, а также с возможностью передачи, буферирования, хранения, обработки спектральных данных, выдачи результатов измерений, систему термостабилизации, выполненную с возможностью настройки используемого лазера на спектральный диапазон, в котором лежат аналитические линии поглощения СО и СО2, и поддержания с необходимой точностью рабочей температуры используемого лазера и его рабочей длины волны, систему накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, выполненную с возможностью генерации тока определенной амплитуды и формы, используемого для накачки перестраиваемого диодного лазера, и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера посредством изменения амплитудных и временных параметров тока накачки, систему формирования пространственных характеристик лазерного пучка, выполненную с возможностью коллимации расходящегося излучения используемого лазера в пучок, пригодный для пропускания через исследуемый объект, и фокусировки на систему детектирования оптического излучения, выполненную с возможностью выделения в принимаемом модулированном лазерном сигнале радиочастотной составляющей, содержащей информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, и обращения ее в электрический радиочастотный сигнал, систему предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, выполненную с возможностью предварительного усиления регистрируемого с помощью фотодетектора радиочастотного сигнала, содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды и, в случае необходимости, аналогового дифференцирования регистрируемого сигнала, систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, выполненную с возможностью перевода аналогового радиочастотного сигнала, регистрируемого с помощью фотодетектора и содержащего информацию о спектрах пропускания исследуемой среды, в цифровую форму, с возможностью считывания получаемого цифрового сигнала и передачи его в память устройства, предназначенного для накопления и хранения цифровой информации, систему обработки лазерных спектров пропускания, выполненную с возможностью обработки получаемой информации и расчета спектра коэффициента поглощения в анализируемых линиях СО и СО2 в регистрируемом диапазоне спектра, систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО2 в анализируемой среде, а также других промежуточных результатов обработки спектров, отражающих изменения измеряемых параметров, при этом ввод основных параметров возможен посредством системы управления, которая выполнена с возможностью передачи информации на систему термостабилизации, накачки и управления спектральными и мощностными параметрами излучения используемого лазера, которая сопряжена с используемым лазером, а также на систему оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала и систему обработки лазерных спектров пропускания, выбор параметров системы также возможен посредством системы управления, с которой сопряжен используемый лазер, который, в свою очередь, сопряжен с системой термостабилизации и с системой формирования пространственных характеристик лазерного пучка, с которой последовательно соединены объект спектрального анализа, содержащий СО и СО2, система детектирования лазерного излучения, система предварительного усиления регистрируемого радиочастотного сигнала, система оцифровки, считывания, накопления и сохранения регистрируемого сигнала, система обработки лазерных спектров пропускания, выполненная с возможностью одновременного анализа содержания молекул СО и СО2 в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО2, попадающих в спектральную область, перекрываемую перестраиваемым диодным лазером на основе соединения PbEuSe, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения Р-ветви СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 и линий поглощения полосы 20001-01101 СО2, расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см-1 до 2125 см-1, с возможностью регистрации спектра пропускания СО и СО2 посредством перестраиваемого диодного лазера на основе соединения PbEuSe, работающего в данном спектральном диапазоне, с возможностью сканирования оптической частоты лазера в спектральном диапазоне от 1 см-1 до 10 см-1 за счет накачки лазера периодически повторяющимися импульсами тока амплитудой от 50 мА до 3000 мА, длительностью от 50 мкс до 10000 мкс и частотой повторения от 20 Гц до 10 кГц, с возможностью пропускания лазерного излучения через многоходовую оптическую кювету, содержащую исследуемую газовую среду, с длиной оптического пути от 1 до 100 м, с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода на основе соединения InSb с диаметром чувствительной площадки от 100 мкм до 2 мм и быстродействием от 10 нс до 200 нс, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО2, газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха.
Figure 00000001
A device for simultaneously determining the concentration of CO and CO 2 molecules in a gaseous medium, made with the possibility of entering the parameters of the laser analytical system and starting the process of laser spectral analysis, as well as with the choice of the spectral and frequency characteristics of laser radiation, the temperature regime of the laser used, and scanning parameters of the spectra , their registration, digitization, transmission, buffering, storage, processing of spectral data, including A tunable diode laser based on the PbEuSe compound, which is capable of generating a monochromatic and controllably tuned optical frequency, the wavelength of which lies in the spectral region in which the absorption lines of CO and CO 2 in the gaseous state are located, including also a control system configured to maintain predetermined parameters, synchronize the scanning cycles of the spectra, register the spectra, their sc frovki, with the possibility of transmission, buffering, storing, processing the spectral data, giving results of measurements of thermal stabilization system operable to configure the laser used in the spectral range in which lie analytical absorption of CO and CO line 2, and to maintain a required accuracy working the temperature of the laser used and its operating wavelength, a pump and control system for the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, configured to generate and a current of a certain amplitude and shape used to pump a tunable diode laser, and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used by changing the amplitude and time parameters of the pump current, a system for generating the spatial characteristics of the laser beam, configured to collimate the diverging radiation of the used laser into the beam, suitable for passing through the studied object, and focusing on the optical radiation detection system, in made with the possibility of separation in the received modulated laser signal of the radio frequency component containing information about the transmission spectra of the test medium, and its conversion into an electric radio frequency signal, a system for pre-amplification of the detected radio frequency signal, made with the possibility of pre-amplification of the radio frequency signal detected by the photodetector containing information about transmission spectra of the studied medium and, if necessary, analog diff of registering a recorded signal, a system for digitizing, reading, accumulating and storing a registered signal, made with the possibility of converting an analog radio frequency signal recorded using a photodetector and containing information about the transmission spectra of the test medium, in digital form, with the ability to read the resulting digital signal and transmit it to the memory of the device intended for the accumulation and storage of digital information, a system for processing laser transmission spectra, made with the ability to process the received information and calculate the spectrum of the absorption coefficient in the analyzed lines of CO and CO 2 in the recorded spectrum range, a system for outputting the resulting data, made with the possibility of output and visualization of the obtained data of the absolute and relative content of CO and CO 2 molecules in the analyzed medium, as well as other intermediate results of processing spectra reflecting changes in the measured parameters, while the input of the main parameters is possible through a control system that performs with the possibility of transmitting information to the thermal stabilization system, pumping and controlling the spectral and power parameters of the radiation of the laser used, which is coupled to the laser used, as well as to a system for digitizing, reading, accumulating and storing the recorded signal and a system for processing laser transmission spectra, selecting system parameters also is possible by means of a control system with which the laser used is interfaced, which, in turn, is interfaced with a thermal stabilization system and with a shaping system Hovhan spatial characteristics of the laser beam, which are connected in series spectral analysis object containing CO and CO 2, the system of laser radiation detecting preamplification system detected RF signal, the system digitizing reading, accumulating and saving the recorded signal processing system laser transmission spectra executed with the possibility of simultaneous analysis of CO and CO2 molecules in the object spectral analysis with the possibility of whether s absorption of CO and CO 2 absorption lines falling into the spectral region, occlusion tunable diode laser based PbEuSe compound, namely the possibility of using non-overlapping with the absorption lines of water vapor absorption lines P-branch fundamental SB of the vibrational-rotational bands 1-0 and absorption band lines 20001-01101 CO 2 arranged in the spectral range from 2100 cm -1 to 2125 cm -1, with the possibility of recording of the transmission spectrum of CO and CO 2 by means of a tunable diode laser is coupled through Ia PbEuSe, operating in this spectral range, with the ability to scan the laser optical frequency in the spectral range of from 1 cm -1 to 10 cm -1 due to the laser pump periodically repeating amplitude current pulses of 50 mA to 3000 mA, from 50 microseconds to 10,000 μs and a repetition rate from 20 Hz to 10 kHz, with the possibility of transmitting laser radiation through a multi-pass optical cuvette containing the studied gas medium, with an optical path length of 1 to 100 m, with the possibility of detecting the transmitted through the analyzed Reda laser light with a photodiode based compound InSb with a diameter of the sensitive area of 100 microns to 2 mm and a speed of 10 ns to 200 ns, using as an object of spectral analysis comprising CO and CO 2, gaseous medium, including expiratory air.
Figure 00000001
RU2008145634/22U 2008-11-20 2008-11-20 DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM RU84986U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145634/22U RU84986U1 (en) 2008-11-20 2008-11-20 DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008145634/22U RU84986U1 (en) 2008-11-20 2008-11-20 DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU84986U1 true RU84986U1 (en) 2009-07-20

Family

ID=41047710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008145634/22U RU84986U1 (en) 2008-11-20 2008-11-20 DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU84986U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516032C1 (en) * 2010-03-18 2014-05-20 Вертилаз Гмбх Light-emitting module
CN110751130A (en) * 2019-11-01 2020-02-04 中国科学院合肥物质科学研究院 Active spectrum diagnosis acquisition and data analysis system realized by tuning diode laser

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2516032C1 (en) * 2010-03-18 2014-05-20 Вертилаз Гмбх Light-emitting module
CN110751130A (en) * 2019-11-01 2020-02-04 中国科学院合肥物质科学研究院 Active spectrum diagnosis acquisition and data analysis system realized by tuning diode laser
CN110751130B (en) * 2019-11-01 2023-04-07 中国科学院合肥物质科学研究院 Active spectrum diagnosis acquisition and data analysis system realized by tuning diode laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104280362B (en) A kind of superheated vapor laser spectrum on-line detecting system
CN103439254B (en) A kind of point pupil confocal laser Raman spectra test method and device
US9157858B2 (en) Time-resolved spectroscopy system and methods for multiple-species analysis in fluorescence and cavity-ringdown applications
CN103969239B (en) A kind of point pupil laser differential confocal Raman spectra test method and device
US20070018104A1 (en) Machine for detecting sulfur hexafluoride (SF6) leaks using a carbon dioxide laser and the differential absorption lidar ( DIAL) technique and process for making same
RU2384837C1 (en) Method of simultaneous determination of co and co2 molecules concentration and device for simultaneous determination of co and co2 molecules concentration
CN110672554B (en) Random vibration drive ring-down cavity calibration-free gas concentration measurement system
CN101644673A (en) Infrared cavity ring-down spectroscopy trace gas detection method based on quantum cascade laser
CN101512317A (en) Stable photo acoustic trace gas detector with optical power enhancement cavity
KR20100063112A (en) Spectrometer for measuring moving sample material and the method
CN105158206A (en) Laser detection system for oxygen concentration in tail gas of vehicle-mounted type motor vehicle
CN111175282A (en) Raman spectrometer based on objective signal acquisition
Zhang et al. A compact laser absorption spectroscopy tomographic system with short spectral scanning time and adjustable frame rate
KR20080085747A (en) Method and apparatus for gas concentration quantitative analysis
CN109283141A (en) A kind of the exhaled gas spectral detection system and method for the interference of removal steam
CN105043930A (en) Detection device and method for metal steam atomic density of microstructure alkali metal gas chambers
CN111239072B (en) Method for accurately measuring temperature of combustion gas
WO2022267555A1 (en) Radial cavity quartz-enhanced photoacoustic spectrophone and gas detection device comprising same
CN108398421A (en) A kind of enhanced laser induced breakdown spectrograph of distinguishable carbon isotope
RU84986U1 (en) DEVICE FOR SIMULTANEOUS DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF CO AND CO2 MOLECULES IN A GAS-MEDIUM
US20100294951A1 (en) Sensitive gas-phase flourimeter at ambient pressure for nitrogen dioxide
JP5358890B2 (en) Interference spectrophotometer
CN111562228A (en) Nitrogen dioxide measuring device and measuring method
RU2384836C1 (en) Method of simultaneous determination of co and co2 molecules concentration in gaseous medium and device for simultaneous determination of co and co2 molecules concentration in gaseous medium
CN113640250B (en) Atmospheric HONO isotope measurement system

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20091121

PD1K Correction of name of utility model owner