Способ обнаружения вещества

ОПИСАНИЕ РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ (19) ВУ (п) 4655 ИЗОБРЕТЕНИЯ И з, (31 К ПАТЕНТУ 0(71) Заявитель Белорусский государственный университет (ВУ)(73) Патентообладатель Белорусский государ ственный университет (ВУ)Способ обнаружения вещества путем посылки через исследуемую среду и регистрации светового излучения на двух длинах волн, лежащих соответственно в области линии поглощения обнаруживаемого вещества и вне е, отличающийся тем, что световое излучение источников посьшают навстречу друг другу при помощи примников излучения, расположенных в местах нахождения источников излучения, регистрируют излучение, прошедшее через исследуемую среду, и излучение, обратно отраженное, в точках местоположения противоположно расположенных источников, а о концентрации обнаруживаемого вещества судят по величинам зарегистрированных сигналов, соответствующих излучению, прошедшему через исследуемую среду, и обратно отраженному излучению, по формулеМ 1 ш Р 3 Р 4 Р,Р 2 а в 1 У 2 п (к, - но Р Рад б) где Ы - концентрация обнаруживаемого вещества,а а - сечение поглощения обнаруживаемого вещества на длине волны поглощения, Кд, К - координаты местоположения соответственно первого и второго источников, Р), Р - величины зарегистрированных сигналов, соответствующих излучению первого и второго источников, прошедшему через исследуемую среду на длине волны, лежащей в области линии поглощения обнаруживаемого вещества, Р 1 Р - величины зарегистрированных сигналов, соответствующих излучению первого и второго источников, прошедшему через исследуемую среду на длине волны, лежащей вне линии поглощения обнаруживаемого вещества, Р 3 Р 4 - величины зарегистрированных сигналов, соответствующих излучению первого и второго источников, обратно отраженному в точках местоположения противоположно расположенных источников на длине волны, лежащей в области линии поглощения обнаруживаемого вещества, Р 3 Р 4 - величины зарегистрированных сигналов, соответствующих излучению первого и второго источников, обратно отраженному в точках местоположения противоположно расположенных источников на длине волны, лежащей вне линии поглощения обнаруживаемого вещества.Предлагаемое изобретение относится к области охраны окружающей среды, аналитического приборостроения, контроля технологических процессов и т.п.Известны способы обнаружения вещества путем посылки излучения через исследуемую среду на линии поглощения исследуемого вещества и через сравнительный канал, который содержит смесь, состав которой идентичен анализируемой 1. Однако точность их сравнительно мала из-за зависимости от колебаний температуры и питающих напряжений, неполной идентичности элементов оптической схемы в рабочем и сравнительных каналах, загрязнений оптических элементов и т. п.Наиболее точные методы обнаружения вещества по измерению проходящего излучения на двух длинах волн, лежащих в полосе поглощения исследуемого вещества и вне ее (на кръше линии поглощения) 2. Недостатком способа является зависимость точности измерений от разброса аппаратурных констант приемно-излучающих устройств (энергий посылаемого излучения и спектральной чувствительности приемников), что в свою очередь требует частых калибровочных измерений.Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ 3, заключающийся как и 2 в посылке излучения через исследуемое вещество и регистрации проходящего излучения на двух длинах волн, лежащих в полосе поглощения исследуемого вещества и вне ее. И в этом способе сохраняется зависимость точности измерений от разброса аппаратурных констант приемно-излучающих устройств и необходимость, вследствие этого, частых калибровочных измерений. На результат измерений будет влиять и состояние стенок кювет, если исследуемое вещество располагают в кюветах. Кроме того, в случае исследования сред малой оптической толщины (длины измерительной базы) и чувствительности метода, оказывается недостаточной.Блок-схема устройства, реализующего предлагаемое изобретение, приведена на фиг. 1. Включает источники излучения 1, 2 (например, лазеры, светодиоды), приемники излучения 3, 4Работает следующим образом. При посылке через исследуемую среду световых потоков источниками 1 и 2 в противоположных направлениях для величин зарегистрированных сигналов приемниками 3 и 4, находящимися в точках местонахождения источников, можно записать следующие выражениядля прошедшего через исследуемую среду излучения на длине волны линий поглощения 7.0для обратно отраженного в точках местоположения противоположно расположенных источников на длине волны линий поглощения м, 13111132) А 1(7 о)Ро 1(7 о)12 е 2 181 МНГ (3)ДЛЯ ПРОШСДШСГО через ИССЛСДУВМУЮ среду на ДЛИНС ВОЛНЫ вне ЛИНИИ ПОГЛОЩСНИЯ к Р(к 11,) А 2(о 1 Аж)1,( т щек - вило к АЩбг (5) КДЛЯ обратно отраженного В ТОЧКЗХ МВСТОПОЛОЖСНИЯ ПРОТИВОПОЛОЖНО РЗСПОЛОЖСННЬШ ИТОЧНИКОВ на ДЛИНС ВОЛНЫ ВНС ЛИНИИ ПОГЛОЩЕНИЯгде Ад, Ад, А 1, А - соответственно аппаратурные константы приемников излучения 3 и 4 на длине волны жд и жом ж, Рт, Рщ, Ръд, Ре соответственно аппаратурные константы источников излучения 1 и 2 на длинах волн м, и мам, 1, 12, 11, к - соответственно коэффициенты отражения в точках К 1 и К на длинах волн Хо И ЖОАЖ, е(г, ж), е(г жотАж) - коэффициенты ослабления в точках г.Умножив (3) на (4) и разделив это произведение на произведение (1) и (2), получимАналогичное выражение получается, если (7) умножить на (8) и разделить его на произведения (5) и (6) Р Р их, ехр 2 е(о 1 мха, - к,) (10) 1 2 Разделив (9) на (10) и с учетом того, что в ( ж) в (ж )о ( ж), где ед - коэффициент поглощения на длине волны ж , с р - коэффициент рассеяния на длине волны ж, а а(ж )(1 е /с 1 ШЫ, где М концентраты исследуемого вещества, бед/о) - сечение поглощения, получаемДля небольших значений (в пределах контура линий поглощения) различием в спектральных значениях коэффициентов рассеяния о р(жо) и о (кот Аж), коэффициентов отражения К, и161, К и 1 С можно пренебречь и (11) после логарифмирования принимает вид -.1 ШЩ. (12)Как видно из (12), выражение для концентрации не содержит аппаратурных констант при емников, источников, значит устойчиво к их изменению. Повышается и чувствительностьпредлагаемого способа, поскольку регистрируется отраженное излучение, что равносильно уд линению пути сигнала. В данной схеме происходит поглощение излучения дважды одними итеми же молекулами, что соответственно приводит к более сильному изменению регистрируе мого сигнала на более коротком участке среды, т.е. участок (112-111) в данной схеме можетметод обладает и высокой точностью ввиду того, что погрешность его будет определятьсятолько погрешностью регистрируемых сигналов (выражение (12) для концентрации включает только измерительные сигналы и известное сечение рассеяния).1. Приборы контроля окружающей среды Под ред. В.Е. Монойлова. - М Атомиздат, 1980. - С. 62. 2. Лазерный контроль атмосферы /Под ред. Э.Д. Хинкли. М Мир, 1979. - 416 с.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.