Способ определения концентрации газов и паров

 

СОК>Э. СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК

„, БЛЛ „ц 753267 А1

15«)5 G01 N 21/25

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ::" -: - .- .,-.„«

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, последовательно посылают и регистрируют не менее трех импульсов излучения на фиксированной частоте, совпадающей с линией резонансного поглощения исследуемого вещества.

2.. Способ по п.1, о т л и ч à «о шийся тем, что посылают излучение мощностью не менее 10 — 10 Вт/см .

3. Способ поп.2, отл ича ю щийс я тем, что интенсивность излучения от посылки к посылке меняют в 1,5 — 2 раза.

d1

dz (Крез1 + Кнep)1 (2), Крее (1) в режиме насыщения описывается формулой

КРее(1) — Крез 1 + В 1 (3), где В - — для частоты излучения фиксиро1

1 «-«n П ««РНтПР ПИНИИ ПОГЛОЩЕНИЯ (21) 2723888/25 (22) 06.02.79 (46) 23.12.92. Бюл,¹ 47 (72) Ю,Н.Пономарев и А.А,Мицель (71) Институт оптики атмосферы Томского филиала СО АН СССР (56) Авторское свидетельство СССР № 325579, кл, G 01 N 1/11. 1967.

Патент США ¹ 3998557, кл. G 01 N 21/26, 1972. (54Х57) 1.СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ И ПАРОВ. путем посылки через исследуемую . среду оптического излучения и его приема, о т л иПредложенное техническое решение относится к области лазерного газоанализа, в т.ч. дистанционного газоанализа, и может быть использовано для контроля содержания определенного газа в газовых смесях и в атмосфере.

Целью предложенного технического решения является расширение функциональных возможностей способа.

Для реализации предложенного способа достаточного всего трех вариаций интенсивности посылаемого излучения для того. чтобы выделить сигнал, соответствующий поглощению исследуемого газа, по которому судят о концентрации последнего.

Коэффициент поглощения на единице длины в среде на фиксированной частоте лазерного излучения является суммой коэффициента резонансного поглощения (КРез) газа, концентрация которого измеряется, и коэффициента нереэонансного поглощения (Киер), ОбУСЛОВЛЕННОГО НаЛИЧИЕМ ДаЛЕКИХ крыльев линий и полос других газов, присутствием аэрозолей и т.д, K K . + Ko « 11

Для выделения вклада резонансного поглощения используется явление насыщения, которое состоит в следующем; при интенсивности излучения лазера 1 4 (1е— параметр насыщения, интенсивность, при которой коэффициент резонансного поглощения уменьшается в два раза. 1е зависит от силы перехода в молекуле и является вполне определенной величиной для каждого газа).

Крез изменяется с изменением 1, тогда как

Кнер от 1 не завиСит.

В этом случае ослабление интенсивности излучения в среде описывается нелинейным законом Бугера:

753267

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Л. Ливринц

Редактор

Заказ 5бб Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Решение (2) для горизонтальной однородной трассы длиной I и параллельного светового пучка имеет вид

К о

In()+ — — in x

Io Кнер о о I L

Кнер + Крез + Кнер (— I ) () s 1о х о о

Кнер + Крез + Кнер (— )

ls (Кнвр + Крез ) (4)

Оно содержит (в общем случае) три неизвестных величины Кре,, Кнер, Is. Трижды варьируя интенсивность излучения на входе в газовый объем, т.е. поочередно посылая и фиксируя (1ю, И3; (I2p, I25; (Iao, з, можно из (4) найти все величины, выделить вклад резонансного поглощениЯ Крез и по известным формулам рассчитать концентрацию поглощающего газа. .Как правило, значение параметров ts известно из лабораторных измерений и для

ОпРеДелениЯ Крез и Кнер в этОм случае ДОстаточно всего двух вариаций интенсивности.

Значения параметров генерации Is для газов, поглощающих в области генерации

СО2 — лазера, таких, как СО2, SFg, при атмосферном давлении составляют 10 Вт/см;

2.

5 такие мощности легко реализуются в импульсных C02 — лазерах.

Параметр насыщения для линий поглощения Н20 в области 0,69 мкм в условиях свободной атмосферы равен 10 Вт/cM . Та2 кие значения интенсивности реализуются в лазерных системах на рубине, Достоинством предложенного способа является возможность использования неперестраиваемых по частоте лазеров (т.е. более простых систем).

Кроме информации о резонансном поглощении концентрации резонансно-поглощающего вещества, возможно получение

20 информации о нерезонансном поглощении и параметре насыщения Is, который является важной характеристикой поглощающей среды, так как он несет информацию о величине матричного элемента перехода в молекуле или атоме и временах релаксации,