Patent RU-84987-U1 (RU)
Title: Устройство для одновременного определения концентрации молекул со и со2
IPC: G01N21/63
Filed: 2008-11-20
Granted: 2009-07-20
Abstract: Полезная модель направлена на создание устройства для одновременного определения концентрации молекул СО и CO 2  с использованием перестраиваемого диодного лазера, которое было бы применимо для одновременного определения содержания молекул СО и СO 2  и анализа их относительного содержания в газообразной среде, и, в частности, в выдыхаемом воздухе, которое обеспечивало бы чувствительность, точность, селективность, динамический диапазон анализа, наглядность полученных результатов, было бы надежным в эксплуатации, эргономичным по составу конструктивных элементов. 
     Технический результат достигнут тем, что предложено устройство для одновременного определения концентрации молекул СО и СО 2 , 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, 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 СO 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 указанного 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 расчета абсолютного и относительного содержания молекул СО и СO 2  в анализируемой среде, выполненную с возможностью осуществления расчета концентрации молекул СО и СО 2  в анализируемой среде, а также их относительного содержания, 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 СО 2 , система детектирования лазерного излучения, выполненная с возможностью детектирования прошедшего через анализируемую среду лазерного излучения с помощью фотодиода, 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, а именно с возможностью использования не перекрывающихся с линиями поглощения паров воды линий поглощения СО из фундаментальной колебательно-вращательной полосы 1-0 или обертона этой фундаментальной полосы поглощения 2-0, или обертона этой фундаментальной полосы поглощения 3-0, расположенных вблизи 4.7 мкм, 2.35 мкм, 1.57 мкм, соответственно, и линий поглощения СO 2  полос 20001-01101 или 00021-01101, или 30012-00001, расположенных, соответственно, в этих же спектральных областях и перекрывающихся с соответствующими полосами поглощения СО, с использованием в качестве объекта спектрального анализа, содержащего СО и СО 2 , газообразной среды, в том числе выдыхаемого воздуха, для выполнения последующего расчета абсолютного и относительного содержания молекул СО и СO 2  в анализируемой среде с возможностью повышения чувствительности определения абсолютной и относительной концентрации молекул, обеспечивая регистрацию первой и/или второй производной спектров пропускания молекул, а также предусматривая многоходовые схемы прохождения излучения через анализируемую среду, с возможностью использования для каждой спектральной области разных по химическому составу перестраиваемых диодных лазеров и разных фотодиодов. 
     Предлагаемая полезная модель промышленно применима в области лазерной спектроскопии и анализа и может применяться в биотехнологии, в медицине, в фармацевтике, энергетике и других областях народного хозяйства