ДАТЧИК НАВОДОРОЖЕННОГО ГАЗА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРОДА В УСЛОВИЯХ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ И ПОВЫШЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

2
2
2
2
1. Газоанализатор, основанный на спектроскопии перестраиваемым лазером, для измерения концентрации как минимум одной газовой составляющей в детектируемом газе (500), включающем основную газовую массу с возможностью содержания газа, создающего помехи; анализатор включает передатчик (600) и приемник (650), причем передатчик (600) включает перестраиваемый лазер (2000), предназначенный для излучения лазерного света в виде лазерного луча (2100); лазерный луч проходит по оптическому пути, и длина его волны перестраивается и модулируется по спектральной линии поглощения как минимум одной газовой составляющей, подлежащей измерению; лазерный луч (2100) проходит через детектируемый газ (500) и попадает на фотодатчик (2500), включающий приемник (650); фотодатчик генерирует сигнал поглощения (2510), который может включать вставки сигнала поглощения от газовой составляющей, подлежащей измерению, а также от газа, создающего помехи; блок дискретизации (2600), выполняющий оцифровку сигнала поглощения (2510), причем оцифрованный сигнал поглощения из этого блока вводится в блок обработки (2700), и последний выполняет вычисление измеренной концентрации газовой составляющей, подлежащей измерению, в детектируемом газе (500) на основании этого оцифрованного сигнала поглощения, отличающийся тем, что он измеряет концентрации газообразного водорода, H, при давлении окружающей среды или повышенном давлении; длина волны лазерного света перестраивается по спектральной линии поглощения Н со значением, близким к 2 122 нм, причем амплитуда модуляции лазера установлена так, чтобы спектральная линия поглощения Н со значением, близким к 2 122 нм, усиливалась, а спектральные линии поглощения возможных газов, создающих помехи, подавлялись за счет применения цифрового фильтра более высокого порядка, приспособленного для усиления спектральной линии поглощения Н и подавления вставок возможных газов, создающих помехи, в сигнал; а также приспособлен для вычисления концентрации составляющей газообразного водорода в блоке обработки (2700) на основании отфильтрованного сигнала.
2
2
2. Газоанализатор по п. 1, в котором применяется метод СМДВ или цСМДВ для периодического измерения концентрации Н и другого газа, а амплитуда модуляции длины волны и применение как минимум одного цифрового фильтра как минимум с производной 2-го порядка приспособлены для периодического измерения либо концентрации H, либо концентрации другого газа.
2
3. Газоанализатор по п. 2, отличающийся тем, что другой газ представлен СО.
4. Газоанализатор по любому из пп. 1-3, в котором применяется экстрагирующее приспособление с ячейкой, содержащей детектируемый газ, и этот газ хранится в ячейке или проходит через нее.
5. Газоанализатор по п. 4, отличающийся тем, что ячейка представлена одним из типов:
- однопоточная,
- двухпоточная,
- многопоточная.
2
6. Газоанализатор по любому из пп. 1, 4 или 5, отличающийся тем, что для измерения Н и подавления сигналов от других газов нагнетается давление детектируемого газа.
7. Газоанализатор по любому из пп. 2-5 или 6, отличающийся тем, что давление в ячейке периодически изменяется в зависимости от газа, подлежащего измерению.
2
8. Газоанализатор по п. 7, отличающийся тем, что давление соответствует давлению окружающей среды или повышенному от значения давления окружающей среды до 5 бар (абс.) для измерения H, а также регулируется приблизительно до давления окружающей среды для измерения другого газа.
9. Газоанализатор по любому из пп. 1-8, предназначенный для спектроскопии с модуляцией длин волн, СМДВ, с повышенной модуляцией частоты СМДВ при наибольшем значении сканирования линейно изменяющегося сигнала (1000), с аналоговым блоком обработки (2400), включающим аналоговый функционал смешения, генерирующий гармонический сигнал.
2
10. Газоанализатор по п. 9, отличающийся тем, что амплитуда модуляции СМДВ настроена так, чтобы спектральная линия поглощения H усиливалась, а спектральные линии поглощения от других возможных газов, создающих помехи, подавлялись.
2
11. Газоанализатор по п. 10, отличающийся тем, что амплитуда модуляции при СМДВ приблизительно в 2,2 раза превосходит половинную ширину на уровне половинной амплитуды, ПШПА, спектральной линии поглощения H в детектируемом газе (500).
2
2
12. Газоанализатор по любому из пп. 9-11, отличающийся тем, что цифровой фильтр представлен фильтром высшего порядка, приспособленным для усиления спектральной линии поглощения Н и подавления вставок газов, создающих помехи, таких как СО.
13. Газоанализатор по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что вторым функциональным этапом цифрового фильтра является индивидуализированная функция цифровой фильтрации.
14. Газоанализатор по п. 12, отличающийся тем, что функциональные этапы цифрового фильтра в сущности вместе представляют собой как минимум фильтр Савицкого-Голея 4-й производной и в сумме как минимум 4-го порядка.
15. Газоанализатор по любому из пп. 1-8 предназначен для цифровой спектроскопии с модуляцией длин волн, цСМДВ, с повышенной модуляцией частоты при наибольшем значении сканирования линейно изменяющегося сигнала (1000), а блок дискретизации (2600) включает цифровой функционал демодуляции, генерирующий цифровой сигнал, эквивалентный гармоническому.
16. Газоанализатор по п. 15 включает блок дискретизации (2600), выполняющий оцифровку с разрешением свыше 20 бит с выборкой как минимум одно дискретное значение на пять пикометров (пм), а предпочтительно одно дискретное значение на один пм или более при сканировании по длине волны.
2
17. Газоанализатор по п. 15, отличающийся тем, что амплитуда модуляции СМДВ настроена так, чтобы спектральная линия поглощения Н расширялась, а спектральные линии поглощения от других возможных газов, создающих помехи, подавлялись.
2
18. Газоанализатор по п. 17, отличающийся тем, что амплитуда модуляции приблизительно в 2,2 раза превосходит половинную ширину на уровне половинной амплитуды, ПШПА, спектральной линии поглощения Н в детектируемом газе.
2
2
19. Газоанализатор по любому из пп. 16-18, отличающийся тем, что цифровой фильтр представлен любым фильтром высшего порядка, приспособленным для усиления спектральной линии поглощения Н и подавления вставок газов, создающих помехи, таких как СО.
20. Газоанализатор по п. 19, отличающийся тем, что второй функциональный этап цифрового фильтра основывается на любой индивидуализированной функции цифрового фильтра.
21. Газоанализатор по п. 19, отличающийся тем, что функциональные этапы цифрового фильтра в сущности вместе представляют как минимум фильтр Савицкого-Голея 4-й производной и как минимум 4-го порядка.
22. Газоанализатор по любому из пп. 1-8 предназначен для выключения модуляции (1050) по длине волны с более высокой частотой за счет применения прямой абсорбционной спектроскопии, при которой выполняется выборка сигнала поглощения (2510) с высоким разрешением относительно спектрального разрешения и разрешения по амплитуде.
23. Газоанализатор по п. 22, отличающийся тем, что блок дискретизации (2600) выполняет фиксацию высокого разрешения по амплитуде с разрешением свыше 20 бит и фиксацию спектрального разрешения с выборкой как минимум одно дискретное значение на пять пм (пикометров), а предпочтительно одно дискретное значение на один пм или более при сканировании линейного изменяющегося сигнала (1000).
2
2
24. Газоанализатор по п. 22 или 23, отличающийся тем, что как минимум одним цифровым фильтром на одном функциональном этапе фильтруется сигнал поглощения, за счет чего усиливается спектральная линия поглощения Н и подавляются спектральные линии других газов, создающих помехи, таких как СО.
25. Газоанализатор по п. 24, отличающийся тем, что как минимум один функциональный этап цифрового фильтра основывается как минимум на фильтре Савицкого-Голея 6-й производной и как минимум 6-го порядка.
26. Газоанализатор по п. 24, отличающийся тем, что первый функциональный этап цифрового фильтра основывается на сглаживающем фильтре Савицкого-Голея второго порядка, а дополнительный второй функциональный этап - на фильтре Савицкого-Голея 2-й или 4-й производной, и третий функциональный этап цифрового фильтра основывается на любой другой индивидуализированной огибающей функции.
27. Газоанализатор по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что как минимум один функциональный этап цифрового фильтра включает как минимум два отдельных подэтапа цифрового фильтра.
2
2
2
2
2
28. Газоанализатор по одному из предшествующих пунктов, включающий эталонную газовую ячейку (550), содержащую газ, отличный от Н, с как минимум одной спектральной линией поглощения, расположенной вблизи спектральной линии поглощения Н таким образом, чтобы можно было сканировать спектральную линию поглощения Н и как минимум одну спектральную линию поглощения другого газа, отличного от Н, одним и тем же лазером (2000), используя как минимум одну спектральную линию поглощения другого газа в ячейке (550) для проверки соответствия длины волны лазера (2000) при сканировании интервалу, включающему спектральную линию поглощения Н.
2
29. Газоанализатор по п. 28, в котором эталонная газовая ячейка (550) содержит другой газ, представленный NO.
30. Газоанализатор по любому из пп. 28, 29, в котором эталонная газовая ячейка (550) постоянно установлена на оптическом пути.
31. Газоанализатор по любому из пп. 28, 29, отличающийся тем, что эталонная газовая ячейка (550) скомпонована так, чтобы устанавливаться на оптическом пути и убираться в сторону от него в зависимости от необходимой функции.
2
32. Газоанализатор по любому из пп. 30, 31, отличающийся тем, что информация по измерениям с помощью эталонной газовой ячейки (550) на оптическом пути применяется в контуре обратной связи для регулировки диапазона перестройки лазера так, чтобы центр спектральной линии поглощения Н в сигнале поглощения находился в том же положении относительно диапазона перестройки лазера.
33. Газоанализатор по любому из пп. 30-32, отличающийся тем, что информация по измерениям с помощью эталонной газовой ячейки (550) применяется для измерения диапазона перестройки лазера и для проверки его соответствия этому диапазону, причем выбранный диапазон перестройки включает длины волн выбранных спектральных линий поглощения.
34. Газоанализатор по предыдущему пункту, отличающийся тем, что информация по измерениям с помощью вставленной эталонной газовой ячейки (550) применяется в контуре обратной связи для регулировки диапазона перестройки лазера так, чтобы положение спектральных линий поглощения примерно совпадало с зоной выборки, а перестройка лазера была линейной или соответствовала другим предварительно заданным параметрам.
35. Способ, основанный на спектроскопии перестраиваемым лазером, для измерения концентрации как минимум одной газовой составляющей в детектируемом газе (500), включающем основную газовую массу с возможностью содержания газа, при этом метод предполагает использование анализатора, который включает:
- передатчик (600) и приемник (650), причем приемник (650) включает фотодатчик (2500), а передатчик (600) включает перестраиваемый лазер (2000),
причем способ включает следующие этапы:
- излучение лазерного света в виде лазерного луча (2100) передатчиком (600), причем лазерный луч (2100) проходит по оптическому пути,
- перестройка и модуляция длины волны лазерного света по спектральной линии поглощения как минимум одной газовой составляющей,
- прохождение лазерного луча (2100) через детектируемый газ (500) к фотодатчику (2500),
- генерирование фотодатчиком сигнала поглощения (2510), который может включать вставки сигналов поглощения от газовой составляющей, подлежащей измерению, и газа, создающего помехи,
- оцифровка сигнала поглощения (2510) блоком дискретизации (2600), обеспечивающим оцифрованный сигнал поглощения,
- ввод оцифрованного сигнала поглощения из блока дискретизации (2600) в блок обработки (2700),
- вычисление измеренной концентрации газовой составляющей на основании оцифрованного сигнала поглощения посредством блока обработки (2700),
метод, для которого характерны
2
- применение при давлении окружающей среды или повышенном давлении, причем как минимум одна газовая составляющая представлена газообразным водородом, Н,
2
- перестройка длины волны лазерного света выполняется по спектральной линии поглощения H со значением, близким к 2 122 нм,
2
- установка амплитуды модуляции лазера для расширения спектральной линии поглощения H со значением, близким к 2 122 нм, и подавление спектральных линий поглощения других возможных газов, создающих помехи,
2
- фильтрация блоком обработки (2700), причем оцифрованный сигнал поглощения фильтруется цифровым фильтром высшего порядка, приспособленным для усиления спектральной линии поглощения H и подавления вставок возможных газов, создающих помехи, в сигнале, а также обеспечение отфильтрованного сигнала и
- вычисление концентрации составляющей газообразного водорода в отфильтрованном сигнале.