Способ измерения концентрации газа Советский патент 1993 года по МПК G01N21/31 

Изобретение относится к способам измерения излучением концентрации газов и может быть использовано для измерения концентрации газов атмосферы например, при решении задач связанных с изучением загрязнения атмосферы, для обнаружения малых концентраций примесей.

Изоестны способы измерения концентрации газов с применением лазерного эмиссионного спектрального анализа. По этим способам с помощью лазера испаряют вещества пробы и возбуждают их спектр, который регистрируют приемником.

Недостатком способа является низкая точность измерения концентрации.

Наиболее близок к предлагаемому способ- измерения концентрации газЗр при котором о концентрации газа судя по распространению лазерного излучения в исследуемой среде.

Сущность способа заключается в том, что концентрацию вещества определяют по степени затухания зондируюи его излучения, частота которого совпадает с линией поглощения исследуемого вещества.

К недостаткам данного способа относятся низкая точность измерения из-за влияния рассеяния зондирующего излучения аэрозолем и сопутствующими газами и низкая чувствительность измерений из-за шумов приемных устройств.

Целью изобретения является повышение томности и чувствительности измерений .

Поставленная цель достигается тем что через исследуемую среду пропускают попарно пикосекундные ммпульсы монохроматических излучений, частоты которых перестраивают з пределах ±1 см от мастоты линии поглощения ис.следуемогч газа, а о концентрации газа судят по максимальному отстава нию одного импульса от другого в па ре импульсов. Частоты излучений настраивают по максимальному отставанию импульса. Лазеры настраивают на экстремальные точки изменения коэффициента преломления по максимальному отставанию од ного импульса от другого в паре импульсов. Для более точного измерения отставания одного импульса от другого в паре импульсов длительность импульсов выбирают пикосекундной. Перестраивая частоты лазеров в пределах i 1 от частоты линии поглощения исследуемого газа излучение по падает на частоты, при которых коэффициент преломления имеет экстремал ные значения вблизи линии поглощения большинства газов„ Различие коэффициентов преломления для данных импульсов приводит к различию скоростей распространяющихся импульсов. Один импульс двигается быстрее, чем другой. По расхождению двух импульсо Z, прошедших путь в газе, можно определить концентрацию исследуемого газа по полученной формуле Е (4Ag,CO - А,) , 2е25о2 Га диэлектрическая проницаемостьмасса электрона , t-Q- время отставания одного импульса относительно другого; с - скорость света; е - заряд электрона; СОд- частота центра линии поглощения исследуемого газа, сипа осциллятора; Л) - вероятности спонтанного излучения. Расчеты показывают, что при точности измерения отставания импульсов, прошедших путь Z 1 м и Z 1 км в среде, равной 1 не, минимальное значение концентрации, измеряемое предлагаемым способом, равно соответственно 10 и . Число молекул воздуха нижних слоев атмосферы в единице объема порядка 10 1/смЗ. Отсутствие влияния флуктуации интенсивности лазеров шумов приемника, взаимодействия зондирующего с аэрозолем С сопутствующими газами среды на измерения концентрации исследуемого газа дает возможность более точных измерений и позволяет измерять малые доли процентов концентрации газов при любых больших концентрациях буферных газов, т.е. увеличивать чувствительность измерений. Использование предлагаемого изобретения в целях зондирования атмосферы в метеорологии позволит изучать газовый состав атмосферы, обнаружить загрязняю1чие газовые хомпоненты с более высокой точностью.