Кр-газоанализатор

Изобретение относится к области измерительной техники и касается газоанализатора комбинационного рассеяния. КР-газоанализатор включает в себя непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, оснащенной двумя окнами для пропускания лазерного излучения и одним окном для вывода рассеянного света, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным детектором, блок управления и персональный компьютер. Кювета оборудована датчиком давления и двумя электроклапанами. К каналу входа газовой среды подсоединен малогабаритный газовый компрессор. Снаружи кюветы, напротив ее окон, предназначенных для пропускания лазерного излучения, установлены два идентичных сферических зеркала, обращенных своими зеркальными поверхностями друг к другу таким образом, что вкупе с ориентацией поворотной призмы обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей сквозь кювету для их фокусировки и пересечения в двух точках, расположенных на оптической оси объектива для сбора рассеянного излучения. Технический результат заключается в повышении интенсивности регистрируемых спектров КР. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа состава газовых сред.

Среди разнообразных методов газоанализа особое место занимает метод, основанный на спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света. Спектры КР объясняются рассеянием возбуждающего лазерного излучения молекулами, на частотах соответствующих их внутреннему строению, при этом интенсивность рассеянных сигналов линейно зависит от концентрации соответствующих молекул. Таким образом, суть данного аналитического метода заключается в регистрации спектров КР и проведении по ним качественного и количественного анализа газовых сред. В первую очередь, данный подход отличает отсутствие расходных материалов и сложной пробоподготовки, высокое быстродействие, а также возможность одновременного контроля всех молекулярных соединений анализируемой газовой среды, содержание которых превышает порог чувствительности аппаратуры. Основным недостатком данного метода, ввиду крайне низких сечений рассеяния, является низкая интенсивность информативных сигналов КР. В свою очередь от их величины зависит достоверность КР-газоанализа, а также значения пороговых пределов обнаружения газовых компонентов. Данный недостаток может быть преодолен посредством увеличения интенсивности лазерного излучения в локальной точке пространства являющейся рассеивающим объемом, увеличением угла сбора рассеянного излучения, либо увеличением плотности молекул в рассеивающем объеме. Необходимо отметить, что данные методы при их одновременном использовании обеспечивают мультипликативный эффект.

Известен анализатор состава природного газа [Патент РФ №126136, 2013 г, G01N 21/00] основанный на спектроскопии КР. Указанное устройство имеет в своем составе лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, голографический фильтр, блок управления сопряженный с ПК, а также светосильный спектральный прибор с плоской дифракционной решеткой сопряженный с ПЗС-матрицей. Основным недостатком данного анализатора является низкая интенсивность регистрируемых сигналов КР, обусловленная одним проходом лазерного излучения сквозь анализируемую газовую среду, невозможностью ее сжатия, а также малым углом сбора рассеянного света, ввиду использования одного объектива.

Известен анализатор состава выдыхаемого воздуха [Патент РФ №2555507, 2015 г, G01N 21/65] основанный на спектроскопии КР. В отличие от устройства указанного выше кювета данного анализатора дополнительно снабжена нагревательным элементом, сменным мундштуком, краном, промежуточной эластичной камерой, электроклапаном и двумя сферическими зеркалами, имеющими общий центр кривизны и расположенными на одной оптической оси таким образом, чтобы через кювету обеспечивалось многократное прохождение лазерного луча. Основным недостатком данного анализатора также является низкая интенсивность регистрируемых сигналов КР обусловленная использованием одного объектива для сбора рассеянного света при отсутствии возможности сжатия анализируемой газовой среды. Во-вторых, несмотря на установленные зеркала, которые обеспечивают многократное прохождение лазерного излучения сквозь кювету, количество рассеянного света, которое собирает объектив, малое. Это объясняется тем, что свет, который будет зарегистрирован объективом, собирается из одной точки. Соответственно, для увеличения интенсивности КР в данной точке должна обеспечивается высокая интенсивность лазерного излучения. Однако в данном анализаторе этого не происходит, поскольку ввиду направления внутрь кюветы, оснащенной двумя сферическими зеркалами с общим центром кривизны (т.е. зеркала отстоят друг от друга на расстояние 4f, где f-их фокусное расстояние), параллельного излучения, значительного увеличения его интенсивности в какой-либо локальной точке кюветы происходить не будет.

Наиболее близким по принципу действия к патентуемому устройству является газоанализатор природного газа основанный на спектроскопии КР [D.V. Petrov, I.I. Matrosov. Raman gas analyzer (RGA): Natural gas measurements // Applied Spectroscopy. 2016. V. 70. N 10. P. 1770-1776]. Указанное устройство имеет в своем составе лазер, фокусирующую линзу, поворотную призму, газовую кювету, пару объективов предназначенных для сбора и направления рассеянного света, между которыми установлен голографический фильтр, блок управления сопряженный с ПК, а также спектральный прибор сопряженный с ПЗС-матрицей. В отличие от двух указанных выше анализаторов, в данном приборе для сбора рассеянного света используются два объектива, что позволяет удвоить угол сбора рассеянного света и, соответственно, интенсивность регистрируемых сигналов КР. Основным недостатком данного газоанализатора является низкая интенсивность регистрируемых сигналов КР, ввиду одного прохода лазерного излучения сквозь анализируемую газовую среду, а также невозможность ее сжатия.

Задачами на решение которых направлено изобретение являются повышение интенсивности возбуждающего лазерного излучения в локальной точке внутри газовой кюветы, а также обеспечение возможности увеличения плотности анализируемого газа за счет его сжатия.

Технический результат - повышение интенсивности регистрируемых спектров КР.

Указанный результат достигается тем, что в системе содержащей непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, оснащенной двумя окнами для пропускания лазерного излучения и одним окном для вывода рассеянного света, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным детектором, блок управления и ПК введены следующие дополнительные компоненты. В частности, кювета снабжена двумя электроклапанами (по одному на канал входа и на канал выхода газовой среды) и датчиком давления газа внутри, при этом для забора пробы газа и его напуска в кювету, установлен малогабаритный газовый компрессор. Помимо этого снаружи кюветы, напротив ее окон, предназначенных для пропускания лазерного излучения, установлены два идентичных сферических зеркала, обращенных своими зеркальными поверхностями друг к другу, таким образом, что вкупе с ориентацией поворотной призмы обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей сквозь кювету, которые фокусируются и пересекаются в двух точках, расположенных на оптической оси объектива для сбора рассеянного излучения.

Установленные электроклапаны, вкупе с газовым компрессором, обеспечивают возможность сжатия анализируемой газовой среды и регистрации ее спектра КР при повышенном давлении. Данный подход особо актуален при анализе состава газовых сред находящихся при атмосферном давлении (напр., атмосферный воздух, выдыхаемый воздух) и увеличение давления такой газовой среды до 100 атм обеспечит пропорциональное увеличение интенсивности сигналов КР.

Дополнительно установленная пара сферических зеркал для обеспечения многопроходности лазерного луча через кювету обеспечивает повышение интенсивности лазерного излучения в локальном объеме кюветы, вследствие чего обеспечивается увеличение интенсивности регистрируемых спектров КР. Необходимо отметить, что в отличие от известного анализатора выдыхаемого воздуха, приведенного выше [Патент РФ №2555507, 2015 г, G01N 21/65], в данной системе, за счет наличия линзы, которая фокусирует лазерное излучение в центре кюветы, через который также проходит оптическая ось объектива для сбора рассеянного света, отраженные от зеркал лучи будут фокусироваться на оптической оси, а не во всем пространстве кюветы. В дополнение к этому за счет определенной посредством настройки взаимной ориентации зеркал и поворотной призмы, между зеркалами сквозь кювету обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей, которые пересекаются в двух точках расположенных на оптической оси объектива. В результате в двух данных точках интенсивность лазерного излучения будет значительно возрастать, и, посредством сбора рассеянного излучения из одной из них, интенсивность зарегистрированных сигналов КР будет также возрастать.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства.

КР-газоанализатор содержит малогабаритный газовый компрессор 1, газовую кювету 2, электроклапаны 3 и 4, датчик давления 5, непрерывный лазер 6, фокусирующую линзу 7, поворотную призму 8, сферические зеркала 9 и 10, объективы 11 и 13, голографический фильтр 12, спектральный прибор 14, многоканальный фото детектор 15, блок управления 16 и ПК 17.

Предлагаемый КР-газоанализатор работает следующим образом. При закрытом электроклапане 4 и открытом электроклапане 3 компрессор 1 осуществляет забор пробы газа и наполнение им кюветы 2. При достижении требуемого давления в кювете, контролируемого датчиком давления 5, электроклапан 3 закрывается. Далее осуществляется процесс возбуждения и регистрации спектра КР находящегося в кювете газа. Излучение от лазера 6 направляется поворотной призмой 8 вблизи зеркала 9 сквозь кювету 2 в край зеркала 10, при этом, посредством линзы 7, оно фокусируется в центре кюветы. За счет определенной посредством настройки взаимной ориентации зеркал и поворотной призмы, между зеркалами сквозь кювету обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей, которые фокусируются и пересекаются в двух точках расположенных на оптической оси объектива 11. Данным объективом осуществляется сбор рассеянного излучения из одной такой точки пересечения лазерных лучей за счет того, что его фокус располагается в данной точке. Сформировавшийся параллельный пучок собранного рассеянного излучения, проходя через голографический фильтр 12, блокирующий излучение в области длины волны лазера, направляется на объектив 13 который фокусирует его на входной щели спектрального прибора 14. Данный спектральный прибор, в свою очередь, осуществляет его разложение в спектр, который регистрируется многоканальным детектором 15. Детектор передает электрические сигналы в блок управления 16, откуда они направляются на ПК 17 для проведения математической обработки, вычисления концентраций компонентов и визуализации результатов.

Необходимо отметить, что в данном устройстве зеркала целесообразно использовать с диэлектрическим покрытием, обеспечивающем высокий коэффициент отражения лазерного излучения, а компрессор должен быть безмасляным.

КР-газоанализатор, содержащий непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, оснащенной двумя окнами для пропускания лазерного излучения и одним окном для вывода рассеянного света, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным детектором, блок управления и ПК, отличающийся тем, что кювета оборудована датчиком давления, двумя электроклапанами, по одному на канал входа газовой среды и на канал ее выхода, при этом к электроклапану канала входа газовой среды подсоединен малогабаритный газовый компрессор, а снаружи кюветы, напротив ее окон, предназначенных для пропускания лазерного излучения, установлены два идентичных сферических зеркала, обращенных своими зеркальными поверхностями друг к другу таким образом, что вкупе с ориентацией поворотной призмы обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей сквозь кювету для их фокусировки и пересечения в двух точках, расположенных на оптической оси объектива для сбора рассеянного излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и касается анализатора состава природного газа. Анализатор содержит непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, ловушку лазерного излучения, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным фотодетектором, блок управления и персональный компьютер.

Изобретение относится к способам и устройствам для измерения параметров ограненного драгоценного камня. Устройство состоит из комплекта источников излучения, каждый из которых сконфигурирован для испускания оптического излучения на отдельных длинах или в интервалах длин волн таким образом, чтобы испускаемое излучение облучало, по меньшей мере, часть измерительной позиции.

Группа изобретений относится к области технологий материалов, материаловедческих и аналитических исследований. Планарный оптический ГКР-сенсор для детектирования белковых соединений включает последовательно расположенные на подложке на основе диэлектрического химически инертного материала наноструктурированное покрытие на основе наночастиц благородных металлов и прозрачный микропористый слой полиэлектролита, характеризующийся способностью/возможностью образовывать полиэлектролитный комплекс с белковыми соединениями, при этом наночастицы благородных металлов имеют размеры 20-90 нм, наноструктурированное покрытие из них выполнено толщиной 1-10 мкм, а слой полиэлектролита выполнен толщиной 50-100 мкм.

Изобретение относится к способам анализа элементного состава веществ. Способ определения элементного состава капельных жидкостей включает: возбуждение плазменного разряда, доставку в зону разряда частиц анализируемой жидкости, регистрацию и обработку спектров излучения анализируемой жидкости, причем возбуждение плазменного разряда проводят при атмосферном давлении, основными носителями заряда в плазме являются электроны, генерируемые катодом плазменной горелки или каким-либо другим источником заряженных элементарных частиц.

Изобретение относится к области измерительной техники. Анализатор состава природного газа содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным и боковым окном, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, взаимодействующий с ПЗС-матрицей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред. Лазерный газоанализатор содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления.

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и кардиологии, и может быть использовано для диагностики ишемической болезни сердца. Ткань ногтевых пластин с пятых пальцев кистей правой и левой рук возбуждают линейно поляризованным лазерным излучением длиной волны 532 нм.

Изобретение относится к способу определения компонента в сепарационном блоке, расположенном ниже по потоку относительно реактора получения уксусной кислоты, включающему (i) подачу сырьевого потока в ректификационную колонну для перегонки низкокипящих фракций, где сырьевой поток содержит следующие компоненты: йодистый метил, воду, метанол, метилацетат, ацетальдегид, уксусную кислоту, алканы и пропионовую кислоту, (ii) разделение с помощью ректификационной колонны для перегонки низкокипящих фракций сырьевого потока на первый погон выходящего потока и выходящий поток кубового остатка, где первый погон выходящего потока содержит следующие компоненты: от 30% мас.

Изобретение относится к переносным устройствам для экспресс-оценки оптических характеристик растений на определенных волновых числах, закономерное изменение амплитуды которых является признаком влияния водорода, и может применяться для выявления зон эманации водорода за счет использования растений в качестве биоиндикаторов.

Изобретение относится к способу получения винилацетата, где указанный способ включает: (а) взаимодействие в реакторе (i) от 65 до 80 мол.% этилена, (ii) от 10 до 25 мол.% уксусной кислоты и (iii) от 5 до 15 мол.% кислородсодержащего газа в присутствии палладиево-золотого катализатора с получением винилацетата; (b) выведение из реактора газового потока, содержащего этилен, уксусную кислоту, винилацетат, воду и диоксид углерода; (c) разделение газового потока на поток этилена, включающий этилен и диоксид углерода, и первичный поток винилацетата, включающий винилацетат, воду и уксусную кислоту; (d) разделение потока этилена на поток регенерированного этилена и поток диоксида углерода; (e) разделение первичного потока винилацетата на поток винилацетата и поток регенерированной уксусной кислоты; (f) повторную подачу в реактор на стадию (а) потока регенерированного этилена со стадии (d) и потока регенерированной уксусной кислоты со стадии (е); (g) измерение концентрации компонентов, принимающих участие или связанных с одной или несколькими из перечисленных выше стадий, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, где данная стадия измерения включает стадию идентификации сдвигов комбинационного рассеяния и интенсивностей сигналов компонентов, принимающих участие или связанных с одной или несколькими из перечисленных выше стадий; и (h) регулирование условий в реакторе или в любой из последующих стадий в соответствии с измеренными концентрациями компонентов для осуществления надлежащего управления реакцией или любой из последующих стадий.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается анализатора состава природного газа. Анализатор содержит непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, ловушку лазерного излучения, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным фотодетектором, блок управления и персональный компьютер.

Изобретение относится к криоконсервации биологических объектов. Предложенный способ подбора условий для криоконсервации биологических объектов в вязких средах с использованием гидратообразующих газов предусматривает внесение исследуемых криопротекторов в среду для криоконсервации, при этом: а) на первом этапе измеряют вязкость контрольного раствора одного или более криопротекторов, дополнительно содержащего наночастицы при его охлаждении в рабочем диапазоне температур от +20˚С до целевой температуры, выбранной в интервале от -10 до -130°С; б) на втором этапе измеряют вязкость раствора криопротектора или композиции криопротекторов, дополнительно содержащего наночастицы с пониженной концентрацией на 5-45% под давлением гидратообразующего газа в процессе охлаждении раствора; в) если значение вязкости криопротектора или композиции криопротекторов с пониженной концентрацией не достигает вязкости контрольного раствора вплоть до целевой температуры, то сниженную концентрацию криопротектора или композиции криопротекторов необходимо повышать и снова проводить измерение согласно пункту б); г) если же в интервале до целевой температуры значение вязкости криопротектора или композиции криопротекторов с пониженной концентрацией достигает значения параметра вязкости в контрольном растворе, то проводится третий этап.

Изобретение относится к устройствам сканирования возбуждаемого лазерным источником излучения спектра флуоресценции поверхности объекта исследований и представления результата в виде изображений в видимом и ИК-диапазонах.

Изобретение относится к области спектроскопии и касается способа обнаружения элемента в образце. Способ осуществляется с помощью системы спектроскопии возбуждения лазерным пробоем (LIBS), включающей в себя первый лазер, второй лазер, спектрометр и детектор.

Изобретение относится к спектральной измерительной технике. Устройство для регистрации эмиссии образца в среднем диапазоне инфракрасного спектра содержит внешний источник излучения, конденсорную систему, первое плоское зеркало, сферическое зеркало.

Изобретение относится к области спектрального анализа и касается способа идентификации фарфора по виду материала. Способ включает в себя освещение исследуемых образцов, регистрацию спектров фотолюминесценции и создание по спектральным характеристикам обучающей выборки с последующим формированием базы данных в виде 3-х групп образцов по виду материала: костяной фарфор, мягкий и твердый.

Изобретение относится к оптическим устройствам, имитирующим вещество, обладающее круговым дихроизмом. Устройство для калибровки дихрографов кругового дихроизма, содержащее линейный поляризатор, представляющий собой изотропную прозрачную пластину диэлектрика с фиксированным углом наклона относительно направления распространения света и возможностью вращения относительно направления распространения света, и фазовую пластину, обеспечивающую разность хода между обыкновенным и необыкновенным лучами (2m+1)⋅λ/4.

Изобретение относится к лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии. Система (102) для определения свойств образца (114) содержит ЛИЭС-детектор (104, 106) и детектор инфракрасного поглощения (108, 110) для исследования образца (114) с целью создания спектральных данных ЛИЭС и спектральных данных инфракрасного поглощения, соответственно; и процессор данных (112), предусмотренный для применения по меньшей мере одной хемометрической модели прогнозирования, каждая из которых построена для установления связи, предпочтительно количественной связи, между признаками объединенных спектральных данных ЛИЭС и поглощения с отдельным специфическим свойством образца, с комбинированным набором данных, выведенным из по меньшей мере частей данных ЛИЭС и данных поглощения, для создания из него определения, предпочтительно количественного определения, специфического свойства, связанного с указанной моделью.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к спектроскопии комбинационного рассеяния света, и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред.
Изобретение относится к области аналитической химии элементного анализа и может быть использовано для лазерно-искрового эмиссионного определения бериллия в металлических сплавах и порошках.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается спектрометра комбинационного рассеяния с совмещением микро- и макрорежимов для химического и структурного анализа веществ. Спектрометр включает в себя платформу, на которой установлены лазер, коллиматор, первое зеркало, оптический низкочастотный фильтр, микроскоп с первым образцом и модулем сопряжения, первый фокусирующий объектив, монохроматор и система регистрации излучения. Кроме того, спектрометр содержит второй фокусирующий объектив, второе зеркало, сферическое зеркало и сменный модуль с предметным столиком, вторым образцом и корректирующей линзой. Первое зеркало установлено с возможностью поворота для оптического сопряжения оптического излучения лазера со вторым фокусирующим объективом, вторым зеркалом и сферическим зеркалом. Сменный модуль может расположен таким образом, что низкочастотный фильтр расположен между корректирующей линзой и предметным столиком на первой оптической оси. Второе зеркало и сферическое зеркало установлены так, что образуемая ими вторая оптическая ось пересекает первую оптическую ось, а второй образец размещен в точке пересечения первой и второй оптических осей. Технический результат заключается в повышении чувствительности и расширении функциональных возможностей устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается газоанализатора комбинационного рассеяния. КР-газоанализатор включает в себя непрерывный лазер, поворотную призму, линзу, фокусирующую лазерное излучение в центре герметичной кюветы, оснащенной двумя окнами для пропускания лазерного излучения и одним окном для вывода рассеянного света, два объектива, голографический фильтр, блокирующий излучение в области длины волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с многоканальным детектором, блок управления и персональный компьютер. Кювета оборудована датчиком давления и двумя электроклапанами. К каналу входа газовой среды подсоединен малогабаритный газовый компрессор. Снаружи кюветы, напротив ее окон, предназначенных для пропускания лазерного излучения, установлены два идентичных сферических зеркала, обращенных своими зеркальными поверхностями друг к другу таким образом, что вкупе с ориентацией поворотной призмы обеспечивается многократное прохождение лазерных лучей сквозь кювету для их фокусировки и пересечения в двух точках, расположенных на оптической оси объектива для сбора рассеянного излучения. Технический результат заключается в повышении интенсивности регистрируемых спектров КР. 1 ил.

Наверх