СПОСОБ КОНТРОЛИРОВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 2010 года по МПК G01L11/02 G01N21/35 

Изобретение направлено на обладающий новизной способ и устройство, и на различные их варианты осуществления - для контролирования давления газообразного вещества. Разработка изобретения вызвана необходимостью обеспечения быстрого контролирования содержания кислорода в закрытых контейнерах, таких как стеклянные или пластмассовые ампулы, например, для медицинских применений.

Согласно первому аспекту первого осуществления способа согласно настоящему изобретению контролирования газообразного вещества до максимального предварительного заданного значения давления этот способ включает в себя выполнение следующих этапов:

- пропускают через данное газообразное вещество лазерное излучение;

- периодически модулируют длину волны лазерного излучения в диапазоне длин волн, содержащем, по меньшей мере, одну линию поглощения данного газообразного вещества;

- оптико-электрическими средствами преобразуют пропускаемое лазерное излучение, тем самым формируя электрический выходной сигнал;

и также предусматривает, по меньшей мере, один этап из числа следующих этапов:

** первая фильтрация электрического выходного сигнала преобразования с такой характеристикой фильтра, которая имеет более низкую частоту среза фильтра, которая не ниже переходной частоты, и

** вторая фильтрация электрического выходного сигнала преобразования с такой характеристикой полосы пропускной способности фильтра, которая имеет более высокую частоту среза, не более высокую, чем переходная частота, и с нижней частотой среза выше частоты периодической модуляции длины волны.

- При этом переходную частоту в спектре электрического выходного сигнала преобразования определяют там, где каустическая функция зависимых от давления огибающих спектра данного электрического выходного сигнала достигает огибающей спектра при максимальном давлении.

- Выходной сигнал упомянутой, по меньшей мере, одной фильтрации оценивают как сигнал, характеризующий давление.

В одном из вариантов осуществления изобретения выполняют обе фильтрации, т.е. первую и вторую фильтрации.

В одном из вариантов осуществления изобретения первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию.

В одном из вариантов осуществления изобретения первую фильтрацию выполняют с более низкой частотой среза, которая превышает упомянутую переходную частоту.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию и определяют частоту фильтра выше нижней частоты среза упомянутой первой фильтрации, при этом производные зависимой от давления амплитуды спектра электрического выходного сигнала преобразования, по меньшей мере, приблизительно согласуются с требуемой характеристикой. Полосовую первую фильтрацию затем осуществляют с заданной частотой фильтра в качестве средней частоты полосы пропускания.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию, и ширину полосы частот этой полосовой фильтрации выбирают для обеспечения требуемого отношения сигнал-шум.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию, и требуемую чувствительность выходного сигнала полосовой первой фильтрации реализуют с учетом шума, и выполняют следующие этапы, по одному этапу или одновременно несколькими этапами, циклами:

(а) Частоту фильтра определяют выше нижней частоты среза первой фильтрации, при этом выводимая по зависимости амплитуды спектра от давления производная электрического выходного сигнала преобразования, по меньшей мере, приблизительно соответствует требуемой характеристике. Среднюю частоту полосы пропускания упомянутой полосовой первой фильтрации устанавливают на определяемой таким образом частоте фильтра.

(б) Ширину полосы частот полосовой первой фильтрации назначают требуемому отношению сигнал-шум.

Согласно еще одному варианту осуществления способа в соответствии с данным изобретением выбирают верхнюю частоту среза второй фильтрации ниже упомянутой переходной частоты.

Согласно еще одному варианту осуществления способа в соответствии с данным изобретением вторую фильтрацию выполняют со средней частотой, причем выводимая по зависимости амплитуды спектра от давления производная электрического выходного сигнала преобразования, по меньшей мере, приблизительно соответствует требуемой характеристике.

Согласно еще одному варианту осуществления способа в соответствии с данным изобретением вторую фильтрацию выполняют с шириной полосы частот, выбранной для требуемого отношения сигнал-шум.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения выполняют вторую фильтрацию, реализуя требуемую чувствительность выходного сигнала упомянутой второй фильтрации с учетом шума, путем выполнения следующих этапов последовательно сразу или циклами неоднократно:

(а) определяют среднюю частоту второй фильтрации, причем выводимая по зависимости амплитуды спектра от давления производная электрического выходного сигнала преобразования, по меньшей мере, приблизительно соответствует требуемой характеристике, и

(б) подстраивают (регулируют) ширину полосы частот второй фильтрации для требуемого отношения сигнал-шум.

Согласно второму аспекту настоящего изобретения обеспечен способ контролирования давления газообразного вещества в предварительно заданных пределах значений давления, т.е. между максимальным значением давления и минимальным значением давления. Причем согласно этому способу:

* через газообразное вещество пропускают лазерное излучение;

* периодически модулируют длину волны лазерного излучения в полосе длины волны, включающей в себя, по меньшей мере, одну линию поглощения данного газообразного вещества,

- оптико-электрическими средствами преобразуют пропускаемое лазерное излучение, тем самым формируя электрический выходной сигнал,

* затем осуществляют, по меньшей мере, один этап из числа следующих:

** первая фильтрация электрического выходного сигнала преобразования с характеристикой фильтра, которая имеет нижнюю частоту среза фильтра не ниже переходной частоты, и

** вторая фильтрация электрического выходного сигнала преобразования с характеристикой полосового фильтра, которая имеет верхнюю частоту среза, не более высокую, чем переходная частота, и с нижней частотой среза выше частоты периодической модуляции длины волны.

- При этом определяют упомянутую переходную частоту в спектре электрического выходного сигнала преобразования, причем огибающие спектра электрического выходного сигнала при минимальном и максимальном значениях давления пересекаются.

- Затем оценивают выходной сигнал, по меньшей мере, одной из числа упомянутых первой и второй фильтраций как сигнал, характеризующий давление.

Согласно одному варианту осуществления изобретения выполняют и первую, и вторую фильтрации.

• в соответствии со вторым аспектом.

Согласно еще одному варианту осуществления второго аспекта изобретения первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию.

Согласно еще одному варианту второго аспекта настоящего изобретения: первую фильтрацию осуществляют с нижней частотой среза, которая выше переходной частоты.

Согласно второму аспекту еще одного варианта осуществления изобретения выполняют первую фильтрацию как полосовую фильтрацию между переходной частотой и предельной частотой шума. Определяют предельную частоту шума; причем энергия шума электрического выходного сигнала преобразования равна энергии сигнала этого электрического выходного сигнала при заранее заданном значении минимального давления.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения выбирают полосовую первую фильтрацию, при которой разность энергий в фильтрованном спектре электрического выходного сигнала между прилагаемыми максимальным давлением и минимальным давлением становится максимальной.

Еще один вариант осуществления согласно этому второму аспекту изобретения предусматривает выбор полосовой первой фильтрации, при том условии, что энергия шума электрического выходного сигнала, при которой фильтрация является эффективной, становится самое большее равной энергии сигнала при заранее заданном максимальном значении давления.

Согласно еще одному варианту осуществления этого второго аспекта верхнюю частоту среза второй фильтрации выбирают ниже переходной частоты.

Еще один вариант осуществления согласно этому второму аспекту изобретения предусматривает выполнение второй фильтрации, при этом разница энергий в спектре электрического выходного сигнала преобразования является максимумом между приложением максимального значения давления и минимального значения давления, которые оба установлены для диапазона давления, контролируемого согласно второму аспекту изобретения.

Согласно третьему аспекту настоящее изобретение предусматривает способ контролирования давления газообразного вещества, согласно которому:

- пропускают через указанное газообразное вещество лазерное излучение;

- периодически модулируют длину волны лазерного излучения в полосе длин волн, содержащей, по меньшей мере, одну линию поглощения данного газообразного вещества;

- оптико-электрическими средствами преобразуют пропускаемое лазерное излучение, тем самым формируя электрический выходной сигнал;

- вводят сигнал, который зависит от электрического выходного сигнала преобразования, по меньшей мере, в первый и второй параллельный канал контролирования давления газа;

- в первом канале осуществляют первую фильтрацию и во втором канале осуществляют вторую фильтрацию;

- осуществляют первую фильтрацию, и при этом ее выходной сигнал изменяется с первой характеристикой в зависимости от давления упомянутого газообразного вещества;

- осуществляют вторую фильтрацию, и при этом ее выходной сигнал изменяется со второй характеристикой как функция упомянутого давления газообразного вещества;

- также осуществляют упомянутые первую и вторую фильтрации, и при этом первая характеристика становится отличающейся от второй характеристики.

- Из объединенных сигналов, которые зависят от выходных сигналов первой и второй фильтраций, оценивают сигнал, характеризующий давление.

В варианте осуществления этого третьего аспекта изобретения выполняют, по меньшей мере, либо первую, либо вторую фильтрацию в качестве полосовой фильтрации.

В варианте осуществления этого третьего аспекта изобретения первую и вторую фильтрации выполняют в неперекрывающихся частотных областях спектра электрического выходного сигнала.

В еще одном варианте осуществления согласно этому третьему аспекту изобретения первую и вторую фильтрации выполняют как полосовую фильтрацию.

В еще одном варианте осуществления согласно третьему аспекту настоящего изобретения первую и вторую фильтрации выполняют в соответствующих первом и втором частотных диапазонах, причем энергия электрического выходного сигнала имеет первую характеристику зависимой от давления энергии в первом частотном диапазоне, и имеет вторую характеристику зависимой от давления энергии во втором частотном диапазоне; причем первая и вторая энергетические характеристики отличаются друг от друга.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения во всех его аспектах: обеспечивают заранее запомненную первую эталонную характеристику, которая является первой характеристикой, и/или заранее запоминают вторую эталонную характеристику, которая является второй характеристикой. Упомянутые характеристики являются характеристиками, согласно которым выходной сигнал соответствующей фильтрации изменяется в зависимости от давления контролируемого данного газообразного вещества.

Затем мгновенные сигналы, зависящие от сигналов первой и/или второй фильтраций, соответственно, сравнивают с запомненными первой и второй эталонными характеристиками, при этом формируют первый и второй сигналы, характеризующие давление. Мгновенные преобладающие результаты фильтрации сравнивают с заранее заданными характеристиками зависимого от давления сигнала, чтобы установить из преобладающих сигналов значение давления, которому они соответствуют.

Согласно еще одному варианту осуществления третьего аспекта настоящего изобретения, но также применительно и к первому и второму аспектам, первая фильтрация формирует первый выходной сигнал, который имеет первые производные в зависимости от давления в предварительно заданных пределах давления. Вторая фильтрация формирует второй выходной сигнал, который имеет вторые производные в зависимости от давления в упомянутом предварительно заданном диапазоне давления. При этом абсолютные значения одной из упомянутых первой и второй производных являются меньшими, чем абсолютные значения другой из упомянутых производных, по меньшей мере, в одном общем поддиапазоне давления предварительно заданного диапазона давления. Упоминая производные сигнала, авторы намеренно не учитывают отношение сигнал-шум, который делает значения производной произвольными.

Согласно еще одному варианту осуществления третьего аспекта настоящего изобретения, также применимого к изобретению в соответствии с первым и вторым аспектами изобретения, вторая фильтрация формирует второй выходной сигнал, который имеет только положительные или отрицательные зависимые от давления производные в заданном диапазоне давления.

Первая фильтрация формирует первый выходной сигнал с первыми зависимыми от давления производными, которые только положительные, по меньшей мере, в одном поддиапазоне давления и которые являются только отрицательными, по меньшей мере, в одном втором поддиапазоне упомянутого предварительно заданного диапазона давления. При этом абсолютные значения вторых производных меньше, по меньшей мере, в одном из упомянутых поддиапазонов давления, чем абсолютные значения первых производных, также учитываемых в упомянутом, по меньшей мере, одном из поддиапазонов, и также без учета шума.

Согласно варианту осуществления именно в соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения один из поддиапазонов давления определяют из сигнала, зависящего от второго выходного сигнала второй фильтрации.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения сигнал, характеризующий давление, определяют из этого поддиапазона давления и из первого выходного сигнала, т.е. первой фильтрации.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения еще один вариант осуществления включает в себя этапы, согласно которым:

- предварительно определяют максимальное давление, которое подлежит контролю;

- выполняют, по меньшей мере, один из следующих этапов:

** осуществляют вторую фильтрацию с характеристикой полосы пропускной способности фильтра, которая имеет верхнюю частоту среза не выше переходной частоты и которая имеет нижнюю частоту среза выше частоты модуляции периодической модуляции длины волны, и

** осуществляют первую фильтрацию с характеристикой фильтра, которая имеет нижнюю частоту среза фильтра не ниже переходной частоты.

- Тем самым упомянутую переходную частоту определяют в спектре электрического выходного сигнала, в котором каустическая функция зависимых от давления огибающих спектра электрического выходного сигнала достигает огибающей спектра при максимальном давлении.

При этом в одном из вариантов осуществления выполняют и первую, и вторую фильтрации.

Согласно еще одному из вариантов осуществления первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию.

Согласно еще одному варианту осуществления первую фильтрацию выполняют с нижней частотой среза фильтра, более высокой, чем переходная частота.

Согласно еще одному из вариантов осуществления первую фильтрацию выполняют как полосовую фильтрацию и определяют частоту фильтра, которая выше нижней частоты среза первой фильтрации, при этом выводимая из зависимости амплитуды спектра от давления производная электрического выходного сигнала преобразования, по меньшей мере, приблизительно согласуется с требуемой характеристикой. Затем полосовую первую фильтрацию осуществляют с определенной частотой фильтра в качестве полосовой средней частоты.

Согласно еще одному из вариантов осуществления выполняют первую фильтрацию как полосовую фильтрацию, при этом выбирают ширину полосы частот полосовой первой фильтрации, для достижения требуемого отношения сигнал-шум.

Согласно еще одному из вариантов осуществления выбирают верхнюю частоту среза второй фильтрации ниже переходной частоты.

Согласно еще одному из вариантов осуществления выполняют вторую фильтрацию со средней частотой, при этом выводимая из зависимости амплитуды спектра от давления производная электрического выходного сигнала, по меньшей мере, приблизительно соответствует требуемой характеристике.

Согласно еще одному из вариантов осуществления выполняют вторую фильтрацию с шириной полосы частот для требуемого отношения сигнал-шум.

Согласно еще одному из вариантов осуществления выполняют вторую фильтрацию и реализуют требуемую чувствительность выходного сигнала второй фильтрации с учетом шума при выполнении следующих этапов, последовательно или неоднократно одним или несколькими циклами:

а) определяют среднюю частоту второй фильтрации, при этом выводимая из зависимости амплитуды спектра от давления производная электрического выходного сигнала, по меньшей мере, приблизительно соответствует требуемой характеристике, и

б) подстраивают (регулируют) ширину полосы частот второй фильтрации для требуемого отношения сигнал-шум.

В соответствии с третьим аспектом варианта осуществления изобретения предусматривают выполнение следующих этапов:

* контролирование в предварительно заданном диапазоне давления между минимальным значением давления и максимальным значением давления;

* выполнение, по меньшей мере, одного из следующих этапов:

** вторая фильтрация с характеристикой полосы пропускной способности фильтра, имеющей верхнюю частоту среза не выше переходной частоты и имеющей нижнюю частоту среза выше частоты модуляции периодической модуляции длины волны;

** первая фильтрация с характеристикой фильтра, имеющей нижнюю частоту не ниже переходной частоты;

- при этом переходную частоту определяют в спектре электрического выходного сигнала; причем огибающие спектра электрического выходного сигнала при упомянутом минимальном значении давления и упомянутом максимальном значении давления пересекаются.

Еще один вариант осуществления содержит выполнение и первой, и второй фильтраций. Согласно еще одному варианту осуществления выполняют первую фильтрацию как полосовую фильтрацию.

Еще один вариант осуществления содержит выполнение первой фильтрации с нижней частотой среза, которая выше упомянутой переходной частоты. Согласно еще одному варианту осуществления первую фильтрацию выполняют между переходной частотой и предельной частотой шума. Предельной частотой шума является энергия шума электрического выходного сигнала, равная энергии сигнала электрического выходного сигнала при упомянутом минимальном значении давления.

Согласно еще одному варианту осуществления полосовую первую фильтрацию выбирают такой, чтобы разница энергий в фильтруемом спектре электрического выходного сигнала между приложением максимального значения давления и минимального значения давления стала максимальной.

Согласно еще одному варианту осуществления выбирают полосовую первую фильтрацию, согласно следующему ограничению: энергия шума электрического выходного сигнала, при которой первая фильтрация является эффективной, является самое большее равной энергии сигнала при заранее заданном максимальном давлении.

Согласно еще одному варианту осуществления верхнюю частоту среза второй фильтрации выбирают ниже упомянутой переходной частоты.

Согласно еще одному варианту осуществления вторую фильтрацию выполняют, когда разница энергий в спектре электрического выходного сигнала преобразования между приложением максимального предварительно заданного значения давления и минимального предварительно заданного значения давления является максимальной.

Согласно еще одному варианту осуществления во всех трех аспектах данного изобретения контролируемым газообразным веществом является кислород.

Согласно еще одному варианту осуществления во всех трех аспектах данного изобретения формируют эталонный сигнал, характеризующий давление - путем контролирования в соответствии с настоящим изобретением при предварительно заданном давлении газообразного вещества.

Согласно еще одному варианту осуществления формируют результирующий сигнал, характеризующий давление, в зависимости от разности эталонного сигнала, характеризующего давление, и сигнала, характеризующего давление.

Согласно еще одному варианту осуществления в соответствии со всеми аспектами настоящего изобретения контролируют пропускание лазерного излучения по пути, на который подается или будет подаваться, и при этом формируют сигнал, характеризующий пропускание. Затем выполняют взвешивание сигналов, от которых зависит характеризующий давление сигнал, в зависимости от характеризующего пропускание сигнала.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения во всех его аспектах также обеспечивают газ с данным газообразным веществом, по меньшей мере, в одном контейнере, прозрачном для упомянутого лазерного излучения.

Согласно еще одному варианту осуществления упомянутый контейнер обеспечивают и контролируют в атмосферном воздухе.

Согласно еще одному варианту осуществления контролирование прозрачности пути для лазерного излучения предусматривает упомянутый прозрачный контейнер; при этом формируют сигнал, характеризующий прозрачность. Затем выполняют взвешивание сигналов, от которых зависит сигнал, характеризующий давление, в зависимости от сигнала, характеризующего пропускание.

Согласно еще одному варианту осуществления обеспечивают третий параллельный канал в качестве калибровочного канала, и в упомянутом калибровочном канале формируют упомянутый характеризующий пропускание сигнал.

Согласно еще одному варианту осуществления эталонный сигнал формируют при осуществлении контролирования согласно настоящему изобретению по эталонному контейнеру с предварительно заданным количеством данного газообразного вещества, при этом получаемый в результате характеризующий давление сигнал формируют в зависимости от разности упомянутого эталонного сигнала и характеризующего давление сигнала.

Согласно еще одному варианту осуществления проверяют правдоподобие сигнала, характеризующего давление.

Согласно еще одному варианту осуществления контролируют давление кислорода в упомянутых контейнерах.

Согласно еще одному варианту осуществления упомянутые контейнеры наполнены продукцией.

Согласно еще одному варианту осуществления упомянутые контейнеры выполнены, по существу, из стекла или пластмассового материала. При этом согласно еще одному варианту осуществления эти контейнеры являются ампулами.

Согласно еще одному варианту осуществления контейнер, в котором контролируют содержание газообразного вещества, является одним из множества контейнеров, транспортируемых в потоке к, мимо и от упомянутого контролирования.

Согласно еще одному варианту осуществления контролируемый контейнер и пропускаемое через него лазерное излучение во время контролирования перемещаются синхронно.

Согласно еще одному варианту осуществления последовательно контролируют давление газообразного вещества во множестве контейнеров, транспортируемых последовательно к, мимо и от контролирования; при этом формируют эталонный сигнал, характеризующий давление, за счет контролирования, по меньшей мере, одного эталонного контейнера с предварительно заданным количеством контролируемого газообразного вещества - до контролирования одного контейнера из множества контейнеров. При этом формируют получаемый в результате сигнал, характеризующий давление, в зависимости от эталонного сигнала, характеризующего давление, и сигнала, характеризующего давление.

При этом согласно одному из вариантов осуществления эталонный сигнал, характеризующий давление, формируют каждый раз до контролирования одного контейнера из множества контейнеров.

Согласно еще одному варианту осуществления эталонные сигналы, характеризующие давление, от последовательного контролирования эталонных контейнеров с предварительно заданным количеством газообразного вещества усредняют, и упомянутую разность определяют в зависимости от результата этого усреднения.

Настоящее изобретение также предусматривает способ изготовления закрытых, возможно наполненных, контейнеров, пропускающих лазерное излучение и с предварительно заранее заданным максимальным количеством кислорода; причем согласно упомянутому способу изготовления изготавливают закрытые, возможно заполненные, и прозрачные контейнеры, и контролируют давление газообразного вещества в этих контейнерах согласно вышеизложенному и согласно одному из аспектов и вариантов осуществления настоящего изобретения, и отбраковывают контейнеры, если сигнал, зависимый от сигнала, характеризующего давление, характеризует давление кислорода в этом контейнере выше заданного максимального значения.

Настоящее изобретение также обеспечивает устройство для реализации настоящего изобретения в соответствии со всеми аспектами его способа.

В отношении контролирования давления кислорода можно соблюдать следующие правила выбора параметров.

Средняя частота второй полосы фильтрации, f_ZII, по отношению к частоте модуляции длины волны лазерного излучения, f_C:

10≤f_ZII/f_C≤20

Средняя частота полосы пропускной способности, применяемой для первой фильтрации, f_ZI, по отношению к частоте модуляции длины волны лазерного излучения, f_C:

50≤f_ZI/f_C≤120

Ширина полосы пропускной способности второй фильтрации по отношению к частоте модуляции:

1≤B_II/f_C≤18

Ширина полосы пропускной способности полосовой первой фильтрации, B_I, по отношению к частоте, f_C, модуляции:

50≤B_I/f_C≤1000

Отклонение Н модуляции длины волны лазера:

По меньшей мере, 5 промилле, при этом предпочтительно:

50 пм ≤ Н ≤ 500 пм.

Причем лазер, который может быть применен для настоящего изобретения, является вертикально-резонаторным лазером поверхностного излучения.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения и в соответствии со всеми изложенными выше аспектами: во время облучения газа лазерным излучением - лазерное излучение и поэтому соответствующий лазерный луч перемещаются относительно газа, содержащего газообразные вещества.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, помимо упомянутого относительного перемещения, облучаемым лазерным излучением газом является поток газа. Тем самым обеспечивается возможность контролирования газообразных веществ в данном газовом потоке и по месту контролирования давления.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутый поток газа находится в трубке.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения лазерное излучение и поэтому лазерный луч перемещаются относительно трубки, по которой идет поток газа, и при этом через газ проходит лазерное излучение.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения это перемещение лазерного излучения относительно трубки выполняют в виде колебаний.

При этом, и в качестве еще одного варианта осуществления изобретения, при перемещении лазерного излучения и поэтому лазерного луча относительно трубки, по которой идет поток газа, оценка характеризующего давление сигнала включает в себя этап усреднения.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения, которое основывается на излагаемом выше осуществлении, осуществляется относительное перемещение между лазерным излучением и газом, и газ находится в закрытой емкости. При этом для осуществления упомянутого относительного перемещения закрытая емкость перемещается относительно лазерного излучения.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения это перемещение представляет собой колебательное движение.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения газ, с одной стороны, содержится в закрытой емкости, и, с другой стороны, упомянутое относительное перемещение осуществляется между газом и закрытой емкостью и лазерным лучом, и оценка характеризующего давление сигнала включает в себя этап усреднения.

Изобретение излагается с помощью примеров и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 упрощенно и схематически показывает устройство согласно настоящему изобретению, выполняющее способ контролирования согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 - качественная характеристика, по оси длины волны: линии поглощения данного газообразного вещества для пояснения модуляции длины волны согласно настоящему изобретению;

Фиг.3 - спектры поглощения газообразного вещества в виде кислорода, при разных давлениях;

Фиг.4 - качественная характеристика спектра электрических сигналов, формируемых в результате оптико-электрического преобразования согласно настоящему изобретению;

Фиг.5 - качественная характеристика огибающих в спектрах согласно Фиг.4, при разных значениях давления газообразного вещества;

Фиг.6 - качественная характеристика огибающих в спектрах согласно Фиг.4, для разных давлений газа, определяющих каустическую функцию;

Фиг.7 - аналогия Фиг.6, поясняющая определение переходной частоты с помощью каустической функции;

Фиг.8 - схематически и с пояснением качественных характеристик показывает первую фильтрацию согласно настоящему изобретению в одной области частот относительно переходной частоты, в соответствии с Фиг.7;

Фиг.9 - упрощенная функциональная блок-схема, показывающая оценку результатов фильтрации согласно Фиг.8;

Фиг.10 - качественная характеристика примера прохождения выходного сигнала варианта осуществления согласно Фиг.9, в зависимости от контролируемого давления;

Фиг.11 - схематически в виде прохождения сигнала/функциональной блок-схемы показывает оценку сигнала, характеризующего давление, согласно настоящему изобретению, и с фильтрацией в соответствии с Фиг.9;

Фиг.12 - схематически и с отображением качественных характеристик показывает вторую фильтрацию согласно настоящему изобретению во второй области частот по отношению к переходной частоте, определяемой согласно Фиг.7;

Фиг.13 - упрощенное схематическое, в виде функциональной блок-схемы, представление выполнения фильтрации согласно Фиг.12;

Фиг.14 - пример качественной характеристики зависимости выходного сигнала варианта осуществления согласно Фиг.13 от контролируемого давления;

Фиг.15 - упрощенно и схематически, в виде функциональной блок-схемы прохождения сигнала, показывает оценку сигнала, характеризующего давление, в результате фильтрации согласно Фиг.13;

Фиг.16 - еще один вариант осуществления настоящего изобретения, согласно которому фильтрация в соответствии с Фиг.8 и фильтрация согласно Фиг.12 используются в комбинации;

Фиг.17 - качественная характеристика спектральных огибающих согласно Фиг.4 для разных значений давления: в целях пояснения настройки полосового фильтра согласно Фиг.8;

Фиг.18 - в представлении согласно Фиг.17: настройка полосового фильтра согласно Фиг.12;

Фиг.19 - также оценка параметров по давлению: качественная характеристика спектральных огибающих согласно Фиг.4 в соответствии со вторым аспектом изобретения для определения переходной частоты;

Фиг.20 - аналогично Фиг.8: настройка первой фильтрации в области частот выше переходной частоты, определяемой согласно Фиг.19;

Фиг.21 - аналогично Фиг.9: фильтрация согласно Фиг.20;

Фиг.22 - пример качественной характеристики зависимости от давления газообразного вещества выходного сигнала варианта осуществления согласно Фиг.21;

Фиг.23 - аналогия Фиг.11: оценка результата фильтрации согласно Фиг.21 для формирования сигнала, характеризующего давление;

Фиг.24 - аналогия Фиг.12: представление второй фильтрации в области частот ниже переходной частоты, определяемой согласно Фиг.19;

Фиг.25 - аналогия Фиг.13: упрощенная блок-схема выполнения фильтрации согласно Фиг.24;

Фиг.26 - аналогия Фиг.15: упрощенно и в виде функциональной блок-схемы прохождения сигнала показана оценка фильтрации согласно Фиг.25 для формирования сигнала, характеризующего давление;

Фиг.27 - качественные характеристики примера зависимости выходного сигнала согласно варианту осуществления, представленному на Фиг.25, от давления;

Фиг.28 - еще один вариант осуществления настоящего изобретения на основе переходной частоты, определяемой в соответствии с Фиг.19: комбинирование фильтраций согласно Фиг.20 и 24 для оценки сигнала, характеризующего давление;

Фиг.29 - схематически и упрощенно: осуществление двойного параллельного измерительного канала согласно варианту настоящего изобретения;

Фиг.30 - результат контролирования давления кислорода в соответствии с вариантом осуществления согласно Фиг.29 в одном диапазоне давления;

Фиг.31 - в представлении согласно Фиг.30: результаты во втором диапазоне давления;

Фиг.32 - в представлении согласно Фиг.30 и 31: результаты контролирования в большем диапазоне давления;

Фиг.33 - функциональная блок-схема прохождения сигнала, являющаяся частью блока оценки согласно настоящему изобретению, с использованием траекторий сигналов, показываемых, например, на Фиг.32;

Фиг.34 - максимально упрощенное представление устройства согласно настоящему изобретению, функционирующее согласно способу настоящего изобретения для проверки газового содержимого прозрачных закрытых контейнеров в потоке;

Фиг.35 - еще один вариант упрощенной функциональной блок-схемы прохождения сигнала, в блоке оценки; и

Фиг.36 - вариант изображаемого на Фиг.34 устройства согласно настоящему изобретению;

Фиг.37 - еще один упрощенно и схематически показываемый вариант согласно изобретению, по аналогии с Фиг.34, для контролирования идущего потоком газа;

Фиг.38 - еще один упрощенно и схематически показываемый вариант согласно изобретению, по аналогии с Фиг.37, для контролирования в трубке идущего потоком газа;

Фиг.39 - еще один упрощенный и схематически показываемый вариант осуществления изобретения, по аналогии с Фиг.37 и 38, согласно которому относительное перемещение лазерного излучения и контролируемого газа определено иначе по сравнению с вариантами согласно Фиг.37 и 38;

Фиг.40 - еще один вариант осуществления, в представлении согласно Фиг.37-39 и согласно которому контролируемый газ находится в закрытой емкости.

Фиг.1 показывает с помощью функциональной блок-схемы принципиальную конструкцию системы контролирования согласно настоящему изобретению для контролирования давления газообразного вещества. Система содержит лазерное устройство 1, генерирующее лазерный луч В, пропускаемый через образец 3 газа, содержащего газообразное вещество, давление которого контролируется. Лазерный луч В, пропускаемый через образец 3 газа, принимается на оптическом входе оптико-электрического преобразователя 5 и преобразуется в электрический сигнал S₅, который оперативно направляется на вход Е₇ блока 7 оценки. Выходной сигнал S₇ на выходе А₇ блока 7 оценки является сигналом, характеризующим давление, который характеризует давление газообразного вещества в образце 3 газа.

Лазерное устройство 1 выполнено с возможностью его модулирования по отношению к λ_L излучения луча В. Согласно схематическому изображению на Фиг.1 можно предположить, что оно имеет вход М регулирования длины волны, к которому оперативно подключен модулирующий генератор 9. Генератор 9 формирует периодический модулирующий сигнал во вход М лазерного устройства 1 на частоте f_C с максимальным значением уровня от пика к пику, равным А_рр. При этом луч В с длиной волны λ_L модулируется по длине волны с частотой f_C около значения λ_Lo, с величиной отклонения модуляции Н, зависимой от А_рр.

Фиг.2 показывает качественную характеристику линии поглощения E_abs(G) контролируемого газообразного вещества G. Лазерное устройство 1 уже модулировано по длине волны, и поэтому величина Н отклонения модуляции содержит, по меньшей мере, одну из линий поглощения газообразного вещества, согласно Фиг.2, например, только одну линию поглощения.

Показываемая на Фиг.2 линия поглощения является спектром поглощения, показываемым на Фиг.3. Показан пример газообразного вещества, давление которого контролируется, именно - кислород: спектры поглощения при давлении 200 мбар (а), 75 мбар (b) и 40 мбар (с) образца, содержащего только указанное газообразное вещество.

Спектр поглощения и его зависимость от давления на примере кислорода представлены на Фиг.3 в виде его качественной характеристики и свойств, имеющихся в большинстве видов газообразного вещества.

При модуляции длины волны лазерного луча В согласно Фиг.1 и Фиг.2, и при пропускании лазерного луча В через образец 3 газа согласно Фиг.1, имеющей спектр поглощения согласно Фиг.3, преобразованный сигнал S₅ имеет дискретный энергетический спектр, качественные характеристики которого показаны на Фиг.4. Имеется обычно относительно высокая спектральная линия на нулевой частоте, когда составляющая постоянного тока (ДС) повысила частоту на спектральную линию на частоте f_C модуляции лазерного луча и на частотах f_C более высокого порядка. Дискретный энергетический спектр сигнала S₅ определяет огибающую EN спектра - как показано в виде качественной характеристики на Фиг.4 на примере газообразного вещества, т.е. кислорода.

На Фиг.5 показана зависимость давления р огибающей EN, т.е. EN(р), где огибающая согласно (а) соответствует спектру (а) поглощения 200 мбар согласно Фиг.3, и, соответственно, огибающие (b) и (с) - соответствующим спектрам поглощения (b) и (с) согласно Фиг.3. Следует отметить, что спектры и, соответственно, их огибающие EN(p) согласно Фиг.4 и 5 имеют логарифмическую масштабную инвариантность энергии по вертикальной оси, например, согласно логарифму энергии сигнала и энергии шума в дБ.

Согласно Фиг.6 показано, с точки зрения только качественной характеристики, множество огибающих EN(p), параметризованных давлением р данного газообразного вещества в образце 3 газа; причем стрелка «p_increase» показывает образование огибающих с увеличением давления р данного газообразного вещества. Совокупность всех огибающих EN определяет направление СА функции, с которым соприкасается каждая огибающая совокупности EN. Эта функция СА названа каустической функцией.

Авторы данного изобретения исследовали свойства сигнала S₅ в зависимости от давления р указанного газообразного вещества в образце 3 газа Фиг.1, и определили спектральные свойства в зависимости от давления в приводимых здесь примерах, не претендуя на научную точность.

Этот основной принцип использовался авторами разными способами, примеры которых приводятся ниже, с целью формирования на выходе блока 7 оценки согласно Фиг.1, сигнала S₇, характеризующего давление.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения и согласно Фиг.7 авторы установили, что при контролировании давления данного газообразного вещества до максимального давления p_max переходная частота f_Tmax имеет важное значение. Если согласно Фиг.6 выбрать максимальное давление p_max, до которого будет контролироваться давление р данного газообразного вещества, то, согласно Фиг.7, геометрическое место, в котором огибающая EN(p_max) касается каустической функции СА в спектральном представлении, определяет упомянутую переходную частоту f_Tmax. В обеих областях частоты, I выше f_Tmax, и II ниже T_max, зависимость давления S₅ согласно Фиг.1 является определенной. При этом следует отметить, что частота f_C модуляции практически всегда ниже f_Tmax, особенно для выбранных максимальных давлений p_max в практических условиях. Поэтому в первом варианте осуществления изобретения спектр S₅ оценивается в первой упомянутой области I частот, для формирования сигнала, характеризующего давление.

Следует отметить, что в общем подразумевается «область» частот, если имеется в виду односторонне открытый диапазон частот, и «полоса» частот упоминается в связи с двухсторонне закрытым диапазоном частот.

Согласно Фиг.8: в одном варианте осуществления изобретения оценивается только область I частот, т.е. с частотой f_I:

F_Tmax≤f_I

например, путем обеспечения высокочастотного фильтра с нижней частотой среза не ниже переходной частоты f_Tmax. Таким образом, блок 7 оценки согласно Фиг.1 содержит, по меньшей мере, согласно Фиг.9, узел F_I фильтра, действующий в области I частот в качестве низкочастотного фильтра с нижней частотой среза не ниже переходной частоты f_Tmax. Пример зависимости от давления р выходного сигнала S_FI фильтра F_I до максимального контролируемого давления p_max показан в виде качественной характеристики на Фиг.10. Энергия и давление линейно масштабированы в произвольных единицах.

Путем предварительного запоминания характеристики сигнал-давление согласно Фиг.11, обозначенной как S_FIref, в запоминающем устройстве 11_I, например, в справочной таблице; путем сравнения фактического выходного сигнала S_FIa узла F_I фильтра c этой характеристикой в блоке 13_I сравнения: фактическая величина давления р_а, показанная пунктиром на Фиг.10, оценивается как сигнал, характеризующий давление. Этот сигнал можно непосредственно использовать как выходной сигнал S₇ блока 7 оценки.

Во втором варианте осуществления изобретения и согласно Фиг.7 используется область II нижней частоты, которая фактически является полосой частоты. Фильтрацию осуществляют согласно Фиг.12 фильтром с верхней частотой среза не выше переходной частоты f_Tmax и с нижней частотой среза выше частоты f_C модуляции длины волны лазера. В этом варианте осуществления изобретения, в качестве второй возможной фильтрации, выполняют полосовую фильтрацию с характеристикой, имеющей верхнюю частоту среза не выше переходной частоты и нижнюю частоту среза выше частоты f_C модуляции периодической модуляции длины волны.

В этом варианте осуществления изобретения и согласно Фиг.13 блок 7 оценки содержит узел F_II фильтра с характеристикой фильтра согласно Фиг.12, и формируется выходной сигнал S_FII, в зависимости от которого формируют сигнал S₇, характеризующий давление. Здесь также сигнал S_FII уже как таковой является сигналом, характеризующим давление.

Аналогично Фиг.10: Фиг.14 показывает качественную зависимость выходного сигнала S_FII от контролируемого давления р данного газообразного вещества в образце 3 газа Фиг.1. Полностью аналогично Фиг.11 и в соответствии с Фиг.15: для формирования сигнала, характеризующего фактическое давление образца газа, характеристику S_FIIref выходного сигнала согласно Фиг.14 запоминают в запоминающем устройстве 11_II, например, в виде справочной таблицы. Эту характеристику S_FIIref сравнивают - как схематически показано в виде блока 13_II сравнения - c фактическим сигналом S_FIIa, при этом формируя на выходе блока 13_II сравнения сигнал согласно фактическому значению р_а давления в зависимости от сигнала S₇, характеризующего давление.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения скомбинированы варианты осуществления изобретения согласно Фиг.8-11 и Фиг.12-15. Это показано на Фиг.16, и здесь требуется только небольшое дополнительное пояснение в отношении соответствующего варианта осуществления изобретения с использованием одиночного фильтра. На выходе соответствующих блоков 13_I и 13_II сравнения сформированы сигналы, которые оба характеризуют фактически преобладающее давление р_а газообразного вещества в контролируемом образце газа. Но в соответствии с другим поведением характеристик на Фиг.10 и 14 избыточность наличия двух выходных сигналов, характеризующих одно и то же фактическое значение р_а давления, используется в вычислительном блоке 15 в основном для повышения точности давления, представленного сигналом S₇, характеризующим давление.

Как правило, при оценке обеих областей частот I и II путем фильтрации, ведущей к двум разным зависимостям сигнала от давления согласно S_FI и S_FII, эти две характеристики могут быть разными в отношении, например, чувствительности (крутизна характеристики), неоднозначности, отношения сигнал-шум и пр., становится возможным устранение недостатка одной характеристики, например неоднозначности, за счет преимущества второй характеристики, например однозначности, тем самым обеспечивая преимущество первой характеристики, например высокую чувствительность, с исключением недостатков второй характеристики, например низкой чувствительности. Таким образом, используя измерения фильтрации в двух областях частот - выше и ниже переходной частоты f_Tmax - достигается высокая гибкость для формирования точного сигнала, характеризующего давление, с требуемыми характеристиками, которыми обычно будут высокая чувствительность, однозначность и высокое отношение сигнал-шум. Согласно фильтрации в первой области I частоты в соответствии с Фиг.8, и как показано пунктирно-точечными линиями, один из вариантов выполнения этой первой фильтрации заключается в выполнении ее в виде полосовой фильтрации. Причина этого варианта следует из Фиг.6. Поскольку огибающая EN согласно выбранному максимальному давлению p_max пересекает нулевую линию в точке N на Фиг.6, поэтому энергия шума становится преобладающей. Поэтому за счет выполнения полосовой фильтрации в частотной области I энергия шума в сигнале S_FI снижается.

Обращаясь к комбинированию фильтрации в первой частотной области I с фильтрацией во второй области II согласно варианту осуществления в соответствии с Фиг.16: разделение двух фильтров обеспечивается выполнением первой фильтрации F_I с нижней частотой f_I- среза, которая превышает переходную частоту f_Tmax согласно Фиг.8, и/или выполнением второй фильтрации F_II, показанной пунктиром на Фиг.12, с верхней частотой f_II+ среза на частоте ниже переходной частоты f_Tmax. Если первая фильтрация включает в себя полосовую фильтрацию в полосе BP_I согласно Фиг.8, то все еще остается степень свободы, в которой будет определена средняя частота f_ZI этой полосовой фильтрации.

Фиг.17 показывает выполнение в соответствии с Фиг.6. С точки зрения спектрального представления в области I частоты: энергия в сигнале S_FI на частоте f фактически представлена, в зависимости от давления р, бесконечно малой площадью поверхности, заштрихованной на Фиг.17. Поэтому очевидно следует, что при преобладающем давлении р эта энергия пропорциональна преобладающей спектральной амплитуде частоты f по отношению к огибающей EN(p). При этом чувствительность представлена производной этой зависимой от давления амплитуды спектра. Также следует отметить (логарифмическая шкала), что когда зависимая от давления огибающая EN(p) спектра доходит до нулевой линии дБ, тогда энергия шума в сигнале S₅ становится равной энергии сигнала в ней, т.е. ниже нулевой линии дБ энергия шума становится преобладающей. Поэтому необходимо найти среднюю частоту f_ZI полосовой фильтрации в области I частоты для установления требуемой характеристики производной зависимой от давления амплитуды спектра и выбрать в качестве упомянутой средней частоты f_ZI согласно Фиг.8 ту частоту f, на которой эта производная соответствует, по меньшей мере приблизительно, требуемой характеристике. При этом следует отметить, что максимальная производная в зависимости от давления приводит к максимальной чувствительности. Поскольку характеристика амплитуды спектра в зависимости от давления на данной частоте f не является линейной, поэтому можно выбрать такую характеристику, при которой будут обеспечены диапазон давления, максимальная чувствительность, т.е. в которой будет реализована максимальная чувствительность диапазона давления.

При этом отношение сигнал-шум может быть дополнительным требуемым значением. Оно зависит от ширины полосы частот BP_I полосовой фильтрации в частотной области I. Чем большей будет выбрана ширина полосы частот BP_I, тем меньшей, как правило, будет чувствительность, поскольку производная энергии сигнала в зависимости от давления будет меньшей, но, с другой стороны, увеличится отношение сигнал-шум. Это наглядно представлено на Фиг.17, на которой полоса BP_I частот фильтра показана пунктиром. Производная энергии спектра сигнала S_FI представлена заштрихованной спектральной площадью BP_I, производная которой в зависимости от давления уменьшается с увеличением ширины полосы частот BP_I; при этом энергия шума, характеризуемая площадью BP_I ниже нулевого дБ, становится относительно меньшей с увеличением ширины полосы частот.

Поэтому один из способов выбора средней частоты f_ZI с учетом отношения сигнал-шум заключается в выполнении одного или нескольких циклов следующих этапов:

а) определяют среднюю частоту f_ZI полосовой фильтрации путем нахождения частоты f, на которой производная зависимой от давления амплитуды спектра наиболее соответствует требуемой характеристике;

б) выбирают ширину BP₁ полосы частот для средней частоты, найденной дополнительно с учетом отношения сигнал-шум и чувствительности; повторно регулируют, как возможный вариант, среднюю частоту и ширину полосы частот, чтобы реализовать требуемое оптимальное соотношение между чувствительностью и отношением сигнал-шум.

Выше изложен способ реализации фильтрации в частотной области I. Далее следует описание фильтрации в частотной области II.

В соответствии с описанием со ссылкой на Фиг.12: фильтрацию в частотной области II осуществляют с помощью полосовой фильтрации с верхней частотой f_II+ среза при не более f_Tmax, и с нижней частотой f_II- среза выше частоты f_C модуляции длины волны лазера.

Согласно Фиг.18 и в отношении выбора средней частоты полосовой фильтрации действуют те же соображения, излагаемые в отношении Фиг.17 для полосовой фильтрации в частотной области I. Т.е. согласно Фиг.18 и 12 средняя частота f_ZII выбрана путем нахождения частоты f, на которой производная зависимой от давления амплитуды спектра, по меньшей мере приблизительно, соответствует требуемой характеристике. При этом помимо выбора полосы BP_II частот полосовой фильтрации F_II также учитывается отношение сигнал-шум, хотя в этом случае оно меньшее значение, чем в частотной области I, - как это с очевидностью следует из Фиг.18. При этом также, в качестве одной из целей, для обеспечения чувствительности и отношения сигнал-шум, в качестве второй цели, осуществляют следующие этапы:

а) определяют среднюю частоту F_ZII фильтра F_II путем определения места, где производная зависимой от давления амплитуды спектра сигнала S_FII (Фиг.13) по меньшей мере приблизительно соответствует требуемой характеристике, и

б) подстраивают (регулируют) ширину BP_II, для требуемого отношения сигнал-шум однократно или несколько раз циклами.

Выше настоящее изобретение изложено в соответствии с аспектом задания верхнего максимального давления p_max, по которому осуществляется контролирование давления данного газообразного вещества.

Далее следует изложение еще одного аспекта, согласно которому диапазон давления задают между максимальным давлением p_max и минимальным давлением p_min, и в этом диапазоне давление газообразного вещества контролируется согласно настоящему изобретению.

Фиг.1-5 и пояснения в отношении этих чертежей для этого аспекта также остаются в силе.

Фиг.19 представляет аналогию Фиг.6. Показана огибающая спектра для максимального контролируемого давления EN(p_max) и также огибающая спектра для минимального контролируемого давления EN(p_min). При этом будет контролироваться диапазон давления Δр, включая предельные значения при p_max и p_min. В этом случае определяют переходную частоту f_TΔ_p, при которой огибающая EN(p_min) пересекает огибающую EN(p_max) спектра. По аналогии с f_Tmax: эта переходная частота f_TΔ_p ограничивает области IΔ_p и IIΔ_p частот.

В одном из вариантов осуществления изобретения и согласно Фиг.20: в частотной области IΔ_p выполняют фильтрацию как высокочастотную фильтрацию с нижней частотой fΔ_pI-среза, которая не ниже переходной частоты f_TΔ_p.В результате этого обеспечивается вариант осуществления настоящего изобретения согласно Фиг.21, где фильтр FΔ_pI функционирует в частотной области IΔ_p согласно Фиг.19 как высокочастотный фильтр. Сигнал S₇, характеризующий давление и выдаваемый блоком 7 оценки, зависит от выходного сигнала фильтра FΔ_pI, S_FΔ_pI. Эти результаты являются качественным примером выходного сигнала S_FΔ_pI фильтра FΔ_pI согласно Фиг.22. Энергия и давление также линейно масштабированы в произвольных единицах.

На Фиг.23 по аналогии с Фиг.11 показана структура блока 7 оценки для оценки сигнала S_FΔ_pI фильтра для формирования сигнала S₇, характеризующего давление. Ссылаясь на пояснения в отношении Фиг.11: Фиг.23 и соответствующий вариант осуществления изобретения становятся ясными специалистам в данной области техники, без дополнительных пояснений.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения и ссылаясь на Фиг.19: используется область IIΔ_p более низкой частоты, которая также является фактически полосой частот. При этом фильтрация выполняется согласно Фиг.24 фильтром с верхней частотой SΔ_pII+ среза не выше переходной частоты f_TΔ_p и с нижней предельной частотой SΔ_pII-среза, которая выше частоты f_C модуляции волны лазера.

В этом варианте осуществления изобретения и согласно Фиг.25: блок оценки - аналогично варианту осуществления согласно Фиг.13 - содержит узел FΔ_pII фильтра с характеристикой фильтра согласно Фиг.24, и при этом формируется выходной сигнал S_FΔ_pII, в зависимости от которого формируется сигнал S₇, характеризующий давление. Сигнал S_FΔ_pII также является сигналом, характеризующим давление.

По аналогии Фиг.15: Фиг.26 показывает структуру блока оценки 7, использующего выходной сигнал S_FΔ_pII фильтра FΔ_pII для установления сигнала S₇, характеризующего давление. Здесь также дополнительные пояснения для специалиста в данной области техники не требуются. Фиг.27 также по аналогии с Фиг.14, в аспекте качественной характеристики, приводит пример зависимости выходного сигнала S_FΔ_pII от давления р газообразного вещества в образце 3 газа согласно Фиг.1: между минимальным и максимальным давлениями p_min и p_max.

Фиг.28 показывает еще один вариант осуществления, комбинирующий вариант осуществления, поясняемый на Фиг.20-23, с вариантом осуществления, поясняемым в контексте Фиг.24-27. Цель комбинирования этих вариантов осуществления та же, что и объясняемая в отношении комбинированного осуществления согласно Фиг.16. С учетом Фиг.16 и соответствующих пояснений вариант осуществления согласно Фиг.28 не нуждается в дополнительных пояснениях для специалистов в данной области техники.

Ссылаясь на Фиг.8 и соответствующие этому чертежу пояснения: также и в случае фильтрации в частотной области IΔ_p согласно Фиг.20 и как показано пунктирно-точечными линиями, применяется полосовая фильтрация. При этом, также на основании пояснений в отношении Фиг.8: в одном из вариантов осуществления изобретения, в частности - в варианте осуществления с использованием фильтрации в обеих частотных областях IΔ_p и IIΔ_p, - нижняя частота fΔ_pI-среза фильтрации в частотных областях IΔ_p выше, чем переходная частота f_TΔ_p. Обращаясь к Фиг.12 и к соответствующим пояснениям: согласно еще одному варианту осуществления изобретения в соответствии с Фиг.24 - верхнюю частоту среза fΔ_pII+ выбирают ниже переходной частоты f_TΔ_р.

Несмотря на то что согласно Фиг.19 и 20 полосовая фильтрация F_FpI в частотной области IΔ_p может быть выполнена в отношении выбора средней частоты f_ZΔ_pI и ширины полосы частот, в соответствии с пояснениями в отношении Фиг.17 и 18: в данном случае очень важно выполнить полосовую фильтрацию между переходной частотой f_TΔ_p и предельной частотой f_N шума (см. Фиг.19), где при p_min энергия шума в сигнале S₅ равна энергии сигнала в нем. При этом эту полосовую фильтрацию можно выполнить таким образом, чтобы разность энергии в спектре между огибающей EN(p_max) и огибающей EN(p_min) стала максимальной.

Следует отметить, что, как упоминалось выше, огибающие EN(p) спектра, иллюстрируемые на разных чертежах, являются лишь качественными характеристиками. Тем не менее, на Фиг.19 ширина полосы частот BPΔ_pI произвольно показана с заштрихованной поверхностью, представляющей упомянутую разность энергии.

Полосовая фильтрация в частотной области IΔ_p, по существу, выполняется путем соответствующего выбора средней частоты f_ZΔ_pI (см. Фиг.20) и ширины полосы частот ВРΔ_pI, при условии, чтобы энергия шума выходного сигнала S₅, где фильтрация является эффективной, была самое большее равна энергии сигнала при оцениваемом максимальном давлении.

Что касается частотной области IIΔ_p и обращаясь к Фиг.24: полосовую фильтрацию осуществляют с нижней частотой fΔ_pII- среза выше частоты f_e модуляции периодической модуляции длины волны, и с верхней частотой fΔ_pII+ среза, которая самое большее равна переходной частоте f_TΔ_p. Обращаясь к Фиг.19: среднюю частоту и ширину полосы этой фильтрации выбирают с возможностью выполнения полосовой фильтрации; чтобы разность энергии в спектре огибающей сигнала S₅ между приложением максимального контролируемого давления p_max и минимального контролируемого давления p_min стала максимальной. Соответствующая разность энергии показана на Фиг.19 в заштрихованной частотной области f_IIΔ_р.

Изложены варианты осуществления изобретения для оценки сигналов, характеризующих давление, с помощью одной фильтрации выше или ниже переходной частоты f_Tmax и f_TΔ_p соответственно, или для комбинирования фильтрации в двух параллельных каналах, тем самым выполняя фильтрацию в обеих частотных областях выше или ниже соответствующей переходной частоты f_Tmax и f_TΔ_p. Таким образом, в последнем варианте осуществления изобретения, и как показано на Фиг.29: по меньшей мере два канала, а именно первый контролирующий канал K_I и второй контролирующий канал K_II, созданы с фильтрацией F_I и F_II, соответственно настраиваемых в зависимости от способа определения переходной частоты f_T. Т.е. Фиг.29 является вариантом осуществления согласно Фиг.16 и 28.

Поэтому сигнал, характеризующий давление, вычисляют в зависимости от выходного сигнала соответствующих первой и второй фильтраций F_I и F_II в соответствующих каналах K_I и K_II.

Результат соответствующих первой и второй фильтраций в каналах K_I и K_II становится разным. Т.е. выходной сигнал фильтра F_I изменяется в зависимости от контролируемого давления данного газообразного вещества по-другому, чем результат второй фильтрации F_II.

Фиг.30 показывает результат контролирования давления образца газа, кислорода, например показан выходной сигнал S_FI и S_FI фильтрации в соответствующих каналах K_I и K_II согласно Фиг.29. Сигналы S_FI,II масштабируются в произвольных, но в равных единицах.

Для фильтрации в частотной области I используется полосовой фильтр. Фильтры не оптимизируются по отношению к чувствительности и отношению сигнал-шум. Нижняя частота среза полосового фильтра в канале K_I и также верхняя частота среза полосового фильтра в канале K_II, тем не менее, выбираются таким образом, чтобы они явно отстояли от обеих переходных частот f_Tmax и f_TΔ_p.

Представлено, что формируется первый выходной сигнал S_FI первой фильтрации, который имеет - в поддиапазоне Δp_S давления от 0 мбар до 50 мбар в общем контролируемом диапазоне Δр давления в пределах 0 мбар - 75 мбар - зависимую от давления производную, абсолютное значение которой больше, чем абсолютное значение характеристики «производная-давление» у сигнала S_FII, т.е. характеристики фильтрации в канале K_II. Фиг.31 показывает, аналогично Фиг.30, соответствующие выходные сигналы S_FI и S_FII соответствующей канальной фильтрации в другом диапазоне давления, как пример - давления кислорода, т.е. в приблизительном диапазоне 75-200 мбар. Согласно Фиг.31: в поддиапазоне Δp_S давления, т.е. в диапазоне около 110-190 мбар, абсолютное значение производной сигнала S_FI в зависимости от давления больше, чем эта производная сигнала S_FII. Поэтому можно сказать, что в двухканальном методе согласно Фиг.29 первой фильтрацией F_I формируется первый сигнал с первой зависимой от давления производной в заданном диапазоне Δр давления, и посредством второй фильтрации F_II - сигнал со второй зависимой от давления производной в предварительно заданном диапазоне Δр давления; при этом абсолютные значения одной из производных меньше, чем абсолютные значения других производных, по меньшей мере, в одном поддиапазоне Δp_s давления в предварительно заданном диапазоне Δр давления. При этом производные рассматриваются без учета шума, т.е. путем сглаживания соответствующих выходных сигналов, поскольку шум предусматривает произвольные производные в зависимости от характеристик давления.

Фиг.32, аналогично Фиг.30 и 31, показывает прохождение сигнала SF_I и S_FII в предварительно заданном контролируемом диапазоне давления от 0 до 195 мбар. Видно, что первая фильтрация F_I в канале K_I, которая соответствует фильтрации в частотной области I выше переходной частоты f_Tmax или f_TΔ_p, имеет зависимые от давления производные, которые являются исключительно положительными в поддиапазоне Δp_s1 давления и исключительно отрицательными во втором поддиапазоне Δp_S2 давления в общем предварительно заданном поддиапазоне Δр давления. Причем производные второго сигнала S_FII являются производными только одного знака в общем диапазоне Δр давления.

Абсолютные значения производных первого сигнала S_FI являются более высокими, по меньшей мере, в поддиапазоне Δp_s1, опять же без учета шума.

Сигнал согласно Фиг.30-32 типичен для газообразных веществ и соответствующей фильтрации в двух частотных областях выше и ниже переходной частоты.

Иллюстрируемые результаты получены при контролировании газообразного кислорода. Ссылаясь на характеристики сигнала согласно Фиг.32 в диапазоне Δр контролируемого давления, очевидно, что сигнал S_FI имеет чувствительность в поддиапазонах Δp_s1 и Δp_s2 давления более высокую, чем чувствительность сигнала S_FI в соответствующих поддиапазонах давления. С другой стороны, сигнал S_FI неоднозначен в том смысле, что одно значение сигнала S_FI может характеризовать два значения давления, которые существенно отличаются друг от друга. Например, согласно Фиг.32, значение S_o сигнала в сигнале S_FI может характеризовать давление около 25 мбар, но также и давление около 170 мбар. Несмотря на то что сигнал S_FII имеет меньшую чувствительность, он не является неоднозначным в диапазоне Δр, включая поддиапазоны Δp_s1 и Δp_s2.

Согласно одному варианту осуществления изобретения вычисление сигнала с помощью блока 15, показываемого на Фиг.29, можно выполнить согласно Фиг.33.

В принципе, из сигнала, зависимого от второго сигнала S_FII из канала K_II согласно Фиг.29, который соответствует результатам фильтрации в частотной области II, определяют преобладающий поддиапазон давления для в данное время преобладающего результата первой фильтрации S_FI. Согласно схематическому представлению на Фиг.33 преобладающее фактическое значение сигнала S_FII сравнивают с заранее запомненной эталонной характеристикой S_FIIref в блоке 11_II с помощью блока 13_II сравнения. Результат сравнения в не являющейся неоднозначной характеристике S_FIIref характеризует оценочное значение р_е давления и вводится в компаратор 20. В нем оценочное значение р_е давления, т.е. сигнал, характеризующий это значение, сравнивается с предельными значениями для поддиапазонов Δp_s давления согласно Δp_s1 и Δp_s2, указываемых на Фиг.32. Результатом этого сравнения является выходной сигнал, характеризующий поддиапазон Δp_s давления, т.е. согласно Фиг.32: либо Δp_s1, либо Δp_s2. Выходной сигнал блока 20 компаратора управляет, с помощью управляющего входного сигнала С₂₁, активацией либо запоминающего устройства 23а, либо 23b, оба - в справочных таблицах, например. В одном запоминающем устройстве 23а заранее запоминают характеристику S_FIref выходного сигнала первой фильтрации F_I в первом поддиапазоне давления согласно Δp_s1 - Фиг.32; причем в запоминающем устройстве 23b, также, например, в виде справочной таблицы, заранее запоминают характеристику S_FIref результата первой фильтрации F_I в поддиапазоне p_s2 давления.

Сигнал p_s, характеризующий поддиапазон давления, определяет одну из двух заранее запомненных характеристик, которую сравнивают в еще одном компараторе 25 с получаемым в результате преобладающим сигналом S_FI первой фильтрации F_I. Это схематически представлено на Фиг.33 блоком 27 управляемого выбора.

Таким образом, после определения - из сигнала, зависимого от второй фильтрации F_II, - преобладающего поддиапазона p_s давления: из сигнала, который зависит от результата первой фильтрации F_I, в поддиапазоне p_s определяют сигнал, характеризующий давление.

Перед описанием других вариантов осуществления настоящего изобретения целесообразно определить заданные указания величин, использованные для контролирования давления кислорода:

- средняя частота f_ZII второго полосового фильтра F_II относительно частоты f_c модуляции:

10≤f_ZII/f_c≤20

- средняя частота f_ZI первого полосового фильтра F_I:

50≤f_ZI/f_c≤120

- ширина полосы частот второго полосового фильтра BP_II:

1≤B_II/f_c≤18

- ширина полосы частот первого полосового фильтра BP_I:

50≤B_I/f_c≤1000

- Производная Н длины волны согласно Фиг.1 лазерной модуляции, по меньшей мере, 5 промилле, предпочтительно:

50 пм ≤ Н ≤ 500 пм

Был использован модулируемый вертикально-резонаторный лазер поверхностного излучения, модулируемый при f_c≈800 Гц.

Далее следует описание изобретения согласно всем описываемым выше различным вариантам осуществления применительно к практической системе, с изложением прочих вариантов осуществления.

Фиг.34 схематически показывает систему контролирования давления газообразного вещества в закрытых контейнерах, прозрачных для лазерного излучения в модулированном диапазоне волн, и которые могут быть наполненными или не наполненными. Эти контейнеры, давление кислорода в которых должно точно контролироваться, являются, например, стеклянными или пластмассовыми ампулами с наполняющим материалом, который не должен подвергаться воздействию кислорода.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения контролируемое газообразное вещество находится в закрытом и прозрачным для лазерного излучения контейнере. Согласно Фиг.34 эти контейнеры, например, стеклянные или пластмассовые ампулы 27, транспортируются после заполнения и герметичной укупорки, и, возможно, после краткого или длительного хранения в атмосферном воздухе, посредством конвейера 29, например круговым транспортером, к станции 31 контролирования давления газообразного вещества, в частности, давления кислорода. Согласно Фиг.1 предусмотрено лазерное устройство 1, модулируемое, как упомянуто выше, модулирующим генератором 9. Лазерный луч В с модулированной длиной волны, пройдя проверяемый контейнер 27 в виде пропущенного луча B_Tr, поступает в приемное устройство 29 с оптико-электрическим преобразователем 5 согласно Фиг.1 и в следующий за ним блок 7 оценки. В зависимости от конструкции системы проверяемый контейнер 27 продолжает транспортироваться транспортером 29 во время контролирования давления газообразного вещества, и при этом лазерное устройство 1 и приемное устройство 29 перемещаются по предварительно заданной траектории синхронно с транспортируемым и контролируемым контейнером 27.

В другой конструкции проверяемый контейнер 27 останавливается, и лазерное устройство 1 и приемное устройство 29 могут быть неподвижными.

На энергию пропускаемого лазерного луча B_Tr может влиять преобладающая прозрачность всего фактического пути пропускания между лазерным устройством 1 и портом оптического входа приемного устройства 29; особенно может влиять изменяющаяся прозрачность контейнера - как по причине допусков материала контейнера, так и по причине загрязненности стенки контейнера, и пр.

Выполняют, по существу, измерение, характеризующее пропускание. Поскольку пропускание влияет на энергию фильтруемых сигналов и также на значение эталонных характеристик в справочных таблицах, с которыми сравнивают фактические результаты фильтрации, поэтому характеризующий пропускание сигнал используют для взвешивания этих сигналов.

Несмотря на то что преобладающую прозрачность на пути 3 пропускания согласно Фиг.1 можно измерять с помощью отдельного лазерного луча, в одном варианте осуществления изобретения сам лазерный луч В используется для обеспечения информации, характеризующей прозрачность. Со ссылкой на Фиг.4 было дано объяснение о том, что спектр сигнала S₅ содержит определенную спектральную линию на частоте f_c модуляции. В зависимости от способа реализации модуляции длины волны лазерного луча: спектральная составляющая на частоте f_c будет иметь большую или меньшую энергию. При использовании, например, вертикально-резонаторного лазера поверхностного излучения, в котором центральная длина волны спектра излучения регулируемая и поэтому модулируемая с помощью амплитудной модуляции прямого тока согласно: H.P.Zappe et al. «Narrow-linewidth vertical-cavity surface-emitting lasers for oxygen detection», Appl. Opt. 39 (15), 2475-2479 (May 2000), энергия пропускаемого лазерного луча на частоте f_c является довольно большой. Из этого следует, что энергия сигнала S₅ как таковая сама характеризует пропускание. Как упомянуто выше, во всех режимах фильтрации для оценки информации, характеризующей давление, в сигнале S₅ энергия на частоте f_c не учитывается при выборе всей фильтрации на низшей частоте среза выше частоты f_c модуляции.

Согласно Фиг.35 поэтому предусмотрен третий канал K_CAL в качестве калибровочного канала, в котором непосредственно или возможно, и как показано пунктирной линией, с помощью избирательной полосовой фильтрации на частоте f_c формируется сигнал S_Tr, характеризующий пропускание. Этот сигнал, характеризующий пропускание, используется, по существу, для взвешивания сигналов, от которых зависит сигнал, характеризующий давление. В вариантах осуществления изобретения, описываемых со ссылкой на Фиг.35, где получаемые в результате фильтрации сигналы S_FI и S_FII используются для нахождения соответствующего зависимого от давления значения в справочных таблицах 11_I и 11_II, безотносительно выбранной переходной частоты f_Tmax или f_TΔ_p: сигнал S_Tr, характеризующий пропускание, прилагают к калибровочным устройствам 33 на выходе справочных устройств 11_I и 11_II, и также на выходах устройств F_I и F_II фильтрации.

Поэтому выходные сигналы на выходах соответствующих устройств 13 сравнения становятся независимыми от преобладающих в данный момент характеристик пропускания пути 3 пропускания согласно Фиг.1 и согласно Фиг.34 - независимо от возможно изменяющегося пропускания контролируемых на линии контейнеров 27, т.е. в потоке последующих контейнеров; для контролирования давления определенного газообразного вещества в них, т.е., как упоминалось выше, кислорода.

Еще один вариант осуществления настоящего изобретения предусматривает контролирование давления газообразного вещества согласно вышеизложенному для образца газа с предварительно заданным известным давлением: как для проверки общего функционирования и точности описываемой системы, так и для обеспечения эталонного сигнала, характеризующего давление, для проверяемого газообразного вещества. Обращаясь к Фиг.34: упомянутое стандартное контролирование можно всегда выполнять после проверки предварительно определенного числа контейнеров 27, и даже до проверки каждого контейнера 27 в отношении преобладающего газообразного вещества, в данном случае - кислорода.

Фиг.35 показывает один вариант осуществления изобретения для выполнения стандартного, или эталонного, контролирования, как описано выше, перед контролированием давления газообразного вещества в каждом из контейнеров 27.

Согласно Фиг.36 каждый проверяемый и одновременно транспортируемый транспортером 29 на станцию 31 контролирования контейнер 27, согласно Фиг.34, захватывается элементом 35 переноса. Элемент 35 переноса может содержать показываемый на чертеже трубчатый элемент с управляемым захватным устройством 37 и со сквозным проходом 39 для лазерного луча. Элемент 35 переноса выполнен с возможностью перемещения перпендикулярно к траектории перемещения транспортера 29 вверх и вниз, как показано двойной стрелкой F, и приводится в движение регулируемым образом с помощью привода 41. Лазерное устройство 1 и оптико-электрический преобразователь 5 расположены над транспортером 29; и при захвате контейнера 27 для его проверки в показанном положении, и при его последующем подъеме с помощью привода 41 и элемента 35 переноса в положение контролирования: проход 39 открывает путь прохождения для лазерного луча В. На Фиг.36 элемент 35 переноса показан в его нижнем положении, в котором будет захвачен очередной проверяемый контейнер 27. Элемент 35 переноса также удерживает стандартный, или эталонный, контейнер 27_ST, в котором присутствует предварительно заданное количество контролируемого газообразного вещества, обеспечивая предварительно заданное давление при данной температуре. Стандартные контейнеры 27_ST в элементе 35 переноса заменяются редко. Вместе с элементом 35 переноса контейнер перемещается посредством регулируемого привода 41 вверх и вниз, и при этом в элементе 35 переноса обеспечен второй проход 39_ST в положении, соответствующем установочному положению стандартного контейнера 27_ST; когда элемент 35 переноса находится в положении, показываемом на Фиг.36, лазерный луч В проходит через стандартный контейнер 27_ST. Тем самым осуществляют эталонное контролирование. Пунктирная линия на Фиг.36 показывает положение стандартного контейнера 27_ST, когда проверяемый контейнер 27 поднимается в положение контролирования.

Поскольку давление газообразного вещества в замкнутых контейнерах зависит от температуры, которая, по существу, одинаковая в данной окружающей среде у всех проверяемых контейнеров и у стандартного контейнера 27_ST в элементе 35 переноса, поэтому указанное газообразное вещество в стандартном контейнере 27_ST будет подвергаться изменениям давления по причине тех же изменений температуры, что и газообразное вещество, возможно содержащееся в проверяемых контейнерах 27. Согласно Фиг.36: после оптико-электрического преобразования сигнала пропускаемого лазерного луча В выполняется обработка данных согласно изложенному выше подробному описанию в вычислительном блоке 15 сигнала. Сигнал, сформированный на выходе А₁₅ вычислительного блока 15, является, как указано выше, сигналом, характеризующим давление определенного газообразного вещества, в данный момент контролируемого. Согласно Фиг.36 стандартный, или эталонный, контейнер 27_ST также проверяется по давлению газообразного вещества, и результат на выходе А₁₅ запоминается в запоминающем устройстве 41. Затем последующий результат контролирования, формируемый для проверяемого контейнера, подается в средство 43 формирования разности вместе с запомненным в запоминающем устройстве 41 значением эталонного результата. Поэтому на выходе средства 43 формирования разности формируется выходной сигнал D_p, который характеризует разность давлений между сигналом, характеризующим давление газообразного вещества, полученным при контролировании эталонного или стандартного контейнера 27_ST, и следующего транспортируемого для контролирования контейнера 27.

Регулятор времени 45 управляет, как это схематически показано на Фиг.35, запоминанием выходного сигнала вычислительного блока 15 в запоминающем устройстве 41, приложением преобладающего выходного сигнала блока 15 вместе с запомненным эталонным сигналом к блоку 43 формирования разности, и управляет перемещением F вверх/вниз элемента 35 переноса с помощью регулируемого привода 41.

Затем, согласно схематическому изображению на Фиг.36, полученный сигнал D_p разности подается в блок 45 порогового значения, который проверяет, достиг ли данный сигнал предварительно заданного порогового значения, заданного блоком 47 задания порогового значения. В зависимости от результата сравнения D_p с заданным пороговым значением: проверяемый в данное время контейнер 27 будет считаться удовлетворяющим заданным условиям относительно содержания газообразного вещества и затем будет считаться укупоренным прозрачным контейнером, содержащим количество газообразного вещества не больше заранее определенного максимального количества, в частности - кислорода, и поэтому будет определен как соответствующий требованиям контейнер. Контейнеры, не отвечающие упомянутым условиям и имеющие поэтому слишком высокое содержание кислорода, отбраковываются - как показано на Фиг.36, с помощью бракующего переключателя S₄₅, срабатывающего на проверку порогового значения в блоке 45 порогового значения.

Согласно еще одному варианту осуществления запоминающее устройство 41 заменено усредняющим средством, в котором последовательные эталонные сигналы, характеризующие давление, контролируемые для стандартных контейнеров 27_ST, усредняются, и усредненный результат подается в блок 43 формирования разности. При этом, если стандартный контейнер 27_ST по какой-либо причине не соответствует норме, то его контролирование не изменит резко усредненный результат, и поэтому преобладающий результат D_p разности будет еще оставаться точным для некоторых контейнеров 27, и поэтому проверяемые контейнеры 27 не будут ошибочно считаться отвечающими заданным условиям данного газообразного вещества. Поэтому, (не показано) если результат контролирования стандартного контейнера 27_ST выходит за предел заранее заданного диапазона сигнала, то может включиться сигнализация, указывающая на несоответствующее состояние стандартного контейнера 27_ST.

Фиг.34 и 35 показывают варианты осуществления одиночной проверочной станции. Для повышения производительности проверяемых контейнеров 27 можно обеспечить не одну проверочную станцию 31, которые будут функционировать параллельно, и при этом время цикла проверки будет поделено несколькими параллельными проверочными станциями, что позволит повысить скорость транспортирования контейнеров 27 транспортером 29.

С помощью описываемой здесь методики контролирования давления газообразного вещества для проверки содержания кислорода в стеклянных или пластмассовых ампулах были обеспечены циклы длительностью менее 0,3 с, что, соответственно, позволяет проверять идущие потоком контейнеры и при этом проверять каждый отдельный контейнер 27.

На чертежах Фиг.37-40 показаны прочие осуществления изобретения, признаки которых фактически могут присутствовать во всех описываемых выше осуществлениях. По существу, эти осуществления, показываемые на этих чертежах, предусматривают относительное перемещение лазерного излучения и контролируемого газа, облучаемого пропускаемым лазерным излучением.

Согласно Фиг.37 генерирующее лазерное излучение, т.е. лазерный луч В, лазерное устройство 1 и принимающий блок 30 станции 31 контролирования являются неподвижными по отношению к машинно-механической системе 50 отсчета. Газ, возможно содержащий контролируемое газообразное вещество, представлен для станции 31 контролирования в виде потока 53 газа, и через него пропускают лазерный луч В из лазерного устройства 1 в приемный блок 30.

При этом давление проверяемого газообразного вещества контролируют, когда оно, возможно, изменяется в потоке 53 газа.

Фиг.38 показывает еще один вариант осуществления изобретения, по существу, отличающийся от варианта осуществления согласно Фиг.37. Согласно этому варианту осуществления поток 53 идет в трубке 55. По меньшей мере часть стенки трубки 55 прозрачная для лазерного луча В, и поэтому идущий в этой трубке газ может облучаться пропусканием лазерного излучения. Это «окно» показано на чертеже Фиг.38 пунктирными линиями 57. Согласно пунктирным линиям 50а: лазерное устройство 1 и также приемный блок 50 тоже неподвижные по отношению к машинным системам отсчета.

Пропускаемое лазерное излучение обеспечивает возможность контролирования давления газообразного вещества в потоке газа - согласно приводимому выше пояснению.

Дополнительное пропускаемое излучение будет зависеть от прозрачности стенки трубки и возможного присутствующего на ней загрязнения.

Для учета состояния прозрачности стенки трубки 55, которое может иметь местные изменения, может быть целесообразным дополнительное относительное перемещение лазерного излучения и поэтому луча В по отношению к стенке 55, как показано двойной стрелкой m. Это можно осуществить, например, при помощи перемещаемого приводом зеркала в лазерном устройстве 1, или даже возможным перемещением лазерного устройства 1. Поскольку в осуществлении согласно Фиг.38 лазерное устройство 1 может быть нестационарным по отношению к машинной системе отсчета, она на чертеже Фиг.38 обозначена пунктирными линиями.

Привод 59, схематически показываемый на чертеже Фиг.38, представляет собой обычный привод для перемещения лазерного луча В согласно стрелке m. Несмотря на возможность выполнения этого перемещения только как направленного одиночного прохождения лазерного луча В вдоль окна 57 для одного цикла контролирования в целях формирования характеризующего давление сигнала, в другом осуществлении лазерный луч В колебаниями перемещается вдоль трубки и окна 57, и при этом, согласно еще одному осуществлению, перемещается периодически для или в течение одного цикла контролирования.

Для решения вопроса местных изменений и неизвестности прозрачности стенки трубки 55, например в окне 57, общая оценка характеризующего давление сигнала включает в себя усреднение. Возможное осуществление этого усреднения схематически показано на чертеже Фиг.38, где характеризующий давление сигнал S₇ усредняется по времени в блоке 61, с получением среднего сигнала S₇, который в конечном счете используется как характеризующий давление сигнал, по существу, независимый от изменений прозрачности. Разумеется, усредняющий блок 61 может находиться на маршруте обработки сигнала и в другом местоположении в оценочном блоке 30. Усредняющий блок 61 можно также осуществить как часть блока обработки цифрового сигнала.

После пояснений с обращением к чертежам Фиг.37 и 38 варианты осуществления изобретения согласно Фиг.39 и Фиг.40 будут легко понятны специалисту в данной области техники. В соответствии с вариантом осуществления согласно Фиг.39 лазерный луч В перемещают согласно движению m относительно газа 54, содержащего контролируемое газообразное вещество, и при этом газ неподвижен относительно машинной системы отсчета.

При этом либо можно контролировать неравномерные распределения давления газообразного вещества в неподвижном газе 54, либо этой неоднородностью можно пренебречь путем усреднения характеризующего давление сигнала S₇ при помощи усредняющего блока 61, который на чертеже Фиг.39 показан также пунктирными линиями.

В варианте осуществления изобретения согласно Фиг.40 газ 54 содержится в укупоренной емкости 63. Лазерное излучение при этом перемещается относительно укупоренной емкости 63 либо в направлении m при перемещении лазерного луча В, и/либо за счет перемещения емкости 63. При этом лазерный луч В проходит по емкости 63, в результате чего усредняются локальные изменения прозрачности стенки емкости 63. При этом также относительное перемещение между емкостью 63 и лазерным лучом В осуществляется колебаниями и, согласно еще одному варианту осуществления изобретения, периодически.

Эти упоминаемые последними варианты осуществления изобретения особо целесообразны, когда емкости 63 транспортируются согласно Фиг.34 по одной прямой к и через станцию 31, и когда имеется значительная неопределенность в отношении локальной прозрачности стенок емкостей, например прозрачности стенок ампул.

Изобретение предназначено для контролирования давления газообразного вещества до величины не более предварительно заданного максимального значения давления. Через данное газообразное вещество пропускают лазерное излучение, периодически модулируют длину волны лазерного излучения на полосе частот длин волн, содержащей, по меньшей мере, одну линию поглощения данного газообразного вещества. Формируя электрический выходной сигнал, выполняют первую фильтрацию электрического выходного сигнала с характеристикой фильтра, имеющей нижнюю частоту среза не ниже переходной частоты, и вторую фильтрацию с характеристикой полосового фильтра, имеющей верхнюю частоту среза не выше упомянутой переходной частоты, и нижнюю частоту среза выше частоты модуляции периодической модуляции длины волны. Выходной сигнал, по меньшей мере, одной из фильтраций оценивают как сигнал, характеризующий давление. При этом обеспечивают перемещение лазерного луча (В) относительно газопровода и получают (S7) средний сигнал. Изобретение применимо для быстрого контролирования как свободного газа, так и газа, транспортируемого в газопроводе (55). 5 с. и 25 з.п. ф-лы, 40 ил.

1. Способ контролирования давления газообразного вещества до величины не более предварительно определенного максимального значения давления, согласно которому:
пропускают лазерное излучение через указанное газообразное вещество;
периодически модулируют длину волны указанного лазерного излучения на полосе частот длин волн, содержащей, по меньшей мере, одну линию поглощения упомянутого газообразного вещества;
осуществляют оптико-электрическое преобразование упомянутого пропускаемого лазерного излучения, при этом формируя электрический выходной сигнал;
осуществляют, по меньшей мере, один из числа следующих этапов:
** первая фильтрация упомянутого электрического выходного сигнала с характеристикой фильтра, имеющей нижнюю частоту среза фильтра не ниже переходной частоты; и
** вторая фильтрация упомянутого электрического выходного сигнала с характеристикой полосового фильтра, имеющей верхнюю частоту среза фильтра не выше упомянутой переходной частоты, и нижнюю частоту среза фильтра выше частоты модуляции упомянутой периодической модуляции длины волны,
при этом определяют упомянутую переходную частоту в спектре упомянутого электрического выходного сигнала; при этом каустическая функция зависимых от давления огибающих спектра упомянутого электрического сигнала достигает огибающей упомянутого спектра при упомянутом максимальном давлении;
осуществляют относительное перемещение упомянутого лазерного излучения и газа, содержащего газообразное вещество во время упомянутого облучения,
оценивают выходной сигнал, по меньшей мере, одной из упомянутых фильтраций в качестве сигнала, характеризующего давление.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что включает в себя этап облучения потока упомянутого газа лазерным облучением.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что включает в себя этап облучения упомянутого потока упомянутого газа в трубке упомянутым лазерным излучением.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что включает в себя этап перемещения упомянутого лазерного излучения относительно упомянутой трубки во время упомянутого облучения.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этап выполнения упомянутого перемещения в виде колебаний.

6. Способ по п.4 или 5, отличающийся тем, что упомянутый этап оценки включает в себя этап усреднения.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутый газ содержится в укупоренной емкости.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что упомянутое перемещение представляет собой колебательное движение.

9. Способ по одному из пп.7 или 8, отличающийся тем, что упомянутый этап оценки включает в себя этап усреднения.

10. Способ контролирования давления газообразного вещества в предварительно определенных пределах давления между максимальным значением давления и минимальным значением давления, содержащий следующие этапы:
пропускают лазерное излучение через указанное газообразное вещество;
периодически модулируют длину волны упомянутого лазерного излучения на полосе частот длины, содержащей, по меньшей мере, одну линию поглощения упомянутого газообразного вещества;
осуществляют оптико-электрическое преобразование упомянутого пропускаемого лазерного излучения, при этом формируя электрический выходной сигнал;
осуществляют, по меньшей мере, один из числа следующих этапов:
** первая фильтрация упомянутого электрического выходного сигнала с характеристикой фильтра, имеющей нижнюю частоту среза не ниже переходной частоты; и
** вторая фильтрация упомянутого электрического выходного сигнала с характеристикой полосового фильтра, имеющей верхнюю частоту среза не выше упомянутой переходной частоты, и нижнюю частоту среза выше частоты модуляции упомянутой периодической модуляции длины волны;
при этом определяют упомянутую переходную частоту в спектре упомянутого электрического выходного сигнала; при этом огибающие спектра упомянутого электрического выходного сигнала пересекаются на упомянутом минимальном и упомянутом максимальном значениях давления;
осуществляют относительное перемещение упомянутого лазерного излучения и газа, содержащего газообразное вещество во время упомянутого облучения,
оценивают выходной сигнал, по меньшей мере, одной из упомянутых фильтраций как сигнал, характеризующий давление.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что включает в себя этап облучения потока упомянутого газа лазерным облучением.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что включает в себя этап облучения упомянутого потока упомянутого газа в трубке упомянутым лазерным излучением.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что включает в себя этап перемещения упомянутого лазерного излучения относительно упомянутой трубки во время упомянутого облучения.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этап выполнения упомянутого перемещения в виде колебаний.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что упомянутый этап оценки включает в себя этап усреднения.

16. Способ по п.10, отличающийся тем, что упомянутый газ содержится в укупоренной емкости.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что упомянутое перемещение представляет собой колебательное движение.

18. Способ по одному из пп.16 или 17, отличающийся тем, что упомянутый этап оценки включает в себя этап усреднения.

19. Способ контролирования давления газообразного вещества, согласно которому:
пропускают лазерное излучение через указанное газообразное вещество;
периодически модулируют длину волны упомянутого лазерного излучения на полосе частот длины, содержащей, по меньшей мере, одну линию поглощения упомянутого газообразного вещества;
осуществляют оптико-электрическое преобразование упомянутого пропускаемого лазерного излучения, при этом формируя электрический выходной сигнал;
вводят сигнал, зависящий от упомянутого электрического выходного сигнала, по меньшей мере, в один из следующих каналов: первый и второй параллельный канал контролирования давления газообразного вещества;
осуществляют в упомянутом первом канале первую фильтрацию;
осуществляют в упомянутом втором канале вторую фильтрацию; осуществляют упомянутую первую фильтрацию, в результате чего выходной сигнал упомянутой первой фильтрации изменяется с первой характеристикой в зависимости от упомянутого давления;
осуществляют упомянутую вторую фильтрацию, в результате чего выходной сигнал упомянутой второй фильтрации изменяется со второй характеристикой в зависимости от упомянутого давления;
причем упомянутая первая характеристика отличается от упомянутой второй характеристики;
осуществляют относительное перемещение упомянутого лазерного излучения и газа, содержащего газообразное вещество во время упомянутого облучения,
путем объединения сигналов, зависимых от выходных сигналов упомянутой первой и упомянутой второй фильтраций, оценивают упомянутый сигнал, характеризующий давление.

20. Способ по п.19, отличающийся тем, что включает в себя этап облучения потока упомянутого газа лазерным облучением.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что включает в себя этап облучения упомянутого потока упомянутого газа в трубке упомянутым лазерным излучением.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что включает в себя этап перемещения упомянутого лазерного излучения относительно упомянутой трубки во время упомянутого облучения.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя этап выполнения упомянутого перемещения в виде колебаний.

24. Способ по п.22 или 23, отличающийся тем, что упомянутый этап оценки включает в себя этап усреднения.

25. Способ по п.19, отличающийся тем, что упомянутый газ содержится в укупоренной емкости.

26. Способ по п.25, отличающийся тем, что упомянутое перемещение представляет собой колебательное движение.

27. Способ по одному из п.25 или 26, отличающийся тем, что упомянутый этап оценки включает в себя этап усреднения.

28. Способ изготовления закрытых наполненных контейнеров, прозрачных для лазерного излучения и с предварительно заданным максимальным количеством кислорода, согласно которому изготавливают укупоренные, наполненные прозрачные контейнеры; осуществляют контролирование давления газообразного вещества в упомянутых контейнерах согласно одному из пп.1-27, и бракуют контейнеры, если сигнал, характеризующий давление, указывает, что давление кислорода в контейнере выше предварительно заданного максимального значения.

29. Устройство для контролирования давления газообразного вещества, содержащее средства для выполнения способа согласно, по меньшей мере, одному из пп.1-27.

30. Устройство по п.29, предназначенное для проверки содержания кислорода в поточно транспортируемых прозрачных ампулах в окружающей атмосфере.