Способ определения концентрации газов и паров Советский патент 1992 года по МПК G01N21/00 

(,4Ь) 15. 12.92. Бюп. № 46

(21)3952955/25

(22)09.07.85

(71)Институт оптики атмосферы СО АН СССР и Сибирский физико-технический институт им. В.Д.Кузнецова при Томском государственном университете

им. В.В.Куйбышева

(72)Ю.В.Кистенев и Ю.Н.Пономарев

(56)Зуев В.Е., Покасов В.В., Пхала- гов Ю.А., Соснин А.В., Хмелевцев С.С. Известия АН СССР, сер. Физика атмосферы и океанов - 1968, т.А. № 1.

Захаров В.М., Костько O.K. Метеорологическая лазерная локация, - Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с.68-73, 79-. 81./

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ И ПАРОВ

(57)Изобретение относится к лазерному газовому анализу и может быть использовано для контроля содержания

газов и паров в газовых смесях и атмосфере. Целью изобретения является повышение точности и оперативности определения концентрации газов и паров. Сущность изобретения состоит в том, что среду зондируют последовательно двумя импульсами электромагнитного излучения разной длительности на длине волны линии поглощения исследуемого газа или пара. По различию в ослаблении этих двух импульсов с помощью соответствующего соотношения находят искомую концентрацию газа или пара. За счет использования эффектов нестационарности поляризации среды, проявляющейся при зондировании с весьма короткими импульсами электромагнитного излучения, исключается необходимость в измерении поглощения на разных длинах волн, что позволяет избавиться от погрешностей, связанных с нерезонансными потерями.

ь

б

(Л

со

О5

со

4

СХ)

со

Изобретение относится к ллчерному гязппому aFtnjm y н может быть исполь- эопяно для контроля содержания различных газов в газовых слоях и атмо- сфере,

Целью изобретения является повышение оперативности и точности измерений .

Физическая основа способ-а состоит в том, что поляризация среды, отсутствующая до прихода импульса электромагнитного излучения, не возникает мгновенно под действием импульса. Поэтому коэффициент резонансного погло- щения среды в случае прохождения очень коротких импульсов будет отличаться от коэффициента резонансного поглощения при зондировании более длинным импульсом.

Способ заключается п следующем.

В среДу, содержащую исследуемый газ, посылают импульс оптического излучения фиксированной частоты, попадающей в контур линии поглощения ис- следуемого газа. Повторное зондирование выполняют с помощью импульса оптического излучения равной интенсивности на той же частоте. При первом и втором зондировании длительности импульсов f, и ij соответственно выбирают различными, исходя из условий ,/ 7г;1П

N InJlJ/lll.

.(. е

- Г (с,- 7/с)

сойГлы(Г,-z/cJJ - )()Jj

где 1, и I. - измеренные интенсивности импульсов излучения при первом и втором зондированиях соответственно.

Технические преимущества изобретения заключаются в том, что не требуется перестраивать частоту источника зондирующего излучения (лазера) или использовать два источника, генерирующих на различных длинах волн. При

этом устраняются погрешности, связанные с Яерезонансными потерями. Кроме того, при реализации способа резко снижаются требования к ширине пропус- кания приемника излучения, что приводит к увеличению отношения сигнал/ /шум, а следовательно, к увеличению точности измерений.

rfi + )

где ы- разность частоты зондирования и частоты центра линии поглощения;

Г - полуширина линии поглощения. Концентрацию газа определяют по измеренным значениям интенсивности прошедшего через среду излучения. При зондировании более длинным импульсом (длительностью f,) в среде реализуется стационарный коэффициент поглощения К . . В случае зондирования коротким импульсом 2 поглощение в среде не успевает вырасти до стационарного значения и определяется вы-- ражеиием для коэффициента К поглощения при нecтaциoнapF oм взаимодействии:

-г(Т.-г/с)

К Кстаи,1-е ( i-z/c)J- -(j/rsinC w («,-z/c) ,

где z - длина зондируемого участка

среды; с - скорость света.

Указанные выражения вытекают из уравнений Максвелла для случая линейной резонансной поглощающей среды.

Зная сечение поглощения 6 зондируемой линии исследуемого газа, концентрацию N газа определяют по формуле

5

g

0

Формула изобретения

Способ определения концентрации газов и паров, включающий зондирование среды импульсом электромагнитного излучения с частотой, принадлежащей интервалу частот контура аналитической линии поглощения, измерение интенсивности прошедшего через среду импульса электромагнитного излучения, повторное зондирование импульсом электромагнитного излучения, интенсивность которого равна интенсивности при первом зондировании, и измерение интенсивности прошедш та через среду импульсов электромагнитного излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и точности измерений, частоту электромагнитного излучения при повторном зондирования выбирают равной частоте при первом зондировании, длительность зондирующих импульсоп выбирают из условий:

С./

, 10,

7

1

ГУи(лы/Г) где С и Oj - длительности при первом и

ц lQ iIl/IlL

гбе- - ч-г . {созГли,(Г,-г/с)- -f (

I, и Ij измеренные интенсивности прошедших импульсов излучения при первом и втором зондированиях соответственно;

аонлнропании соответственно;

4u разность частот зондирующего излучения и центра аналитической линии поглощения; Г - полуширина аналитической линии поглощения, концентрацию N исследуемого газа и пара определяют по соотношению

( - сечение поглощения на аналитической линии;

с - скорость света;

Z - длина зондируемого участка газовой среды.