Patent RU-84986-U1 (RU)
Title: Устройство для одновременного определения концентрации молекул со и со2 в газообразной среде
IPC: G01N21/62
Filed: 2008-11-20
Granted: 2009-07-20
Abstract: Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая полезная модель, является устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО 2  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 СО 2 , 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 СО 2 , 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 СО 2  в регистрируемом диапазоне спектра, систему вывода результирующих данных, выполненную с возможностью вывода и визуализации полученных данных абсолютного и относительного содержания молекул СО и СО 2  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 CO 2 , 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 СО 2  в объекте спектрального анализа с возможностью использования линий поглощения СО и линий поглощения СО 2 , 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 СО 2 , расположенных в спектральном диапазоне от 2100 см -1  до 2125 см -1 , с возможностью регистрации спектра пропускания СО и CO 2  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 СО 2 , газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха. 
     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