Способ измерения концентрации газа
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я>s G 05
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTGPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ( о
С (ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕН1НОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 2541498/25 (22) 12.10.77 (46) 15.02.93. Бюл. >Г 6 (71) Институт оптики атмосферы СО АН
СССР (72) И.Д.Копытин и С.А.Иишигин
I (54) (57) 1 . СПОСОБ ИЗИЕРЕНИ 9 КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА, состоящий в пропускании лазерного излучения через исследуемую среду, причем о концентрации газа судят по распространению этого излучения в исследуемой среде, о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, с цеИзобретение относится к способам измерения излучением концентрации газов и может быть использовано для измерения концентрации газов атмосферы, например, при решении задач, связанных с изучением загрязнения атмосферы, для обнаружения малых концентраций примесей.
Известны способы измерения концентрации газов с применением лазерного эмиссионного спектрального анализа. fin этим способам с помощью лазера испаряют вещества пробы и возбуждают их спектр, который регистрируют приемником, Недостатком способа является низкая точность измерения концентрации.
Наиболее близок к предлагаемому способ - измерения концентрации газа., при котором с концентрации газа судят по распространению лазерного излучения в исследуемой среде.. S U „„660461 А1
G 01 ri 21/Я1 лью повышения точности и чувствительности измерений, через исследуемую среду пропускают попарно пикосекунднне импульсы монохроматических излучений, частоть; которых перестраивают
» в пределах +1 см от частоты линии поглощения исспедуемого газа, à о концентрации газа судят пс максимальному отставанию одного импульса от другого в паре импульсов, 2. Способ по п.l, о т л и ч а ющ l1 Й с я тем, ITc, частоты излучений настраивают по максимальному отставанию импульса.
Сущность способа заключается в том, что концентрацию вещества определяют по степени затухания зондирующего излучения, частота которого совпадает с линией поглощения исследуемого вещества.
К недостаткам данного способа относятся низкая точность измерения из-за влияния рассеяния зондирующего излучения аэрозолем и сопутствующими газами и низкая чувствительность измерений из-за шумов приемных устройств.
Целью изобретения является повыше- а ние точности и чувствительности измерений.
Поставленная цель достигается тем, что через исследуемую среду пропускают попарно пикосекундные импульсы монохроматических излучений, частоты которых перестраивают а пределах
+1 см от частоты линии поглощения
66046! ;сслелуемого " аза, а о концентрации
;-аза судят по максимальному отставанию одного импульса от другого в паре импульсов, Редактор О.филиппова Техред й.йоргентал Корректор tl.Ãeðåøè
Заказ 1095 Тираж Подписное
ВНИМПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
11 035, Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101
Частоты излучений настраивают по максимальному отставанию импульса.
Лазеры настраивают на экстремальные точки изменения коэффициента преломления по максимальному отставанию одного импульса от другого в паре импульсов. Для более точного измерения отставания одного импульса от другого в паре импульсов длительность импульсов выбирают пикосекундной. Перестраивая частоты лазеров в пределах + 1 см от частоты линии поглощения исследуемого газа излучение попадает на частоты, при которых коэффициент преломления имеет экстремальные значения вблизи линии поглощения большинства газов. Различие коэффициентов преломления для данных импульсов приводит к различию скоростей распространяюцихся импульсов.
Один импульс двигается быстрее, чем другой. По расхождению двух импульсов
Й вЂ” к„ прошедших путь в газе, можно определить концентрацию исследуемого газа по полученной формуле где 5 - диэлектрическая проницаемость;
35 и масса электрона; время отставания одного импульса относительно другого; с — скорость света, е - заряд электрона;
Я - частота центра линии поглоц ения исследуемого газа, f.„ — сила осциллятора, Л, — вероятности спонтанного из лучения.
Расчеты показывают, что при точности измерения отставания импульсов, прошедших путь Z = --1 м и Z = — 1 км в среде, равной 1 нс, минимальное значение концентрации, измеряемое предлагаемым способом, равно соответственно 10 см з и 10 4 см-з. и
Число молекул воздуха нижних слоев атмосферы в единице обьема порядка
10" 1/смз.
Отсутствие влилния флуктуации интенсивности лазеров шумов приемника, взаимодействия зондирующего с аэрозолем с сопутствуюцими газами среды на измерения концентрации исследуемого газа дает возможность более точных измерений и позволяет измерять малые доли процентов концентрации газов при любых больших концентрациях буферных газов, т.е. увеличивать чувствительность измерений.
Использование предлагаемого изобретения в целях зондирования атмосферы в метеорологии позволит изучать газовый состав атмосферы, обнаружить загрязняющие газовые компоненты с более высокой точностью.
