RO132611A2 - Device for detection and determination of chemical substance traces concentration with optoelectronic sensor with single-mode fiber optics with transverse through holes, using electromagnetic field modification for determining refraction index of the medium in which it is placed - Google Patents

Abstract

The invention relates to a device for detection and direct evaluation of concentration of traces of chemical substances in gaseous or liquid media. According to the invention, the device is based on the effect of modification of intensity distribution in electric and magnetic fields of luminous radiation propagating through fiber optics, and it comprises a source (1) of luminous radiation having wavelengths in visible or near infrared spectrum range, single-mode fiber optics (2) in which the radiation is injected and in which at least one transverse through hole is cut, so that the through hole zone (3) is placed in a medium (4) in which there are traces of substances (5) to be detected, a light detector (6) and an amplifier (7) coupled with an acquisition board (8) connected to a computer (9).

Description

DISPOZITIV DE DETECȚIE ȘI DETERMINARE A CONCENTRAȚIEI URMELOR DE SUBSTANȚE CHIMICE CU SENZOR OPTOELECTRONIC CU FIBRĂ OPTICĂ MONOMOD AVÂND GĂURI TRANSVERSALE STRĂPUNSE FOLOSIND MODIFICAREA CÂMPULUI ELECTROMAGNETIC PENTRU DETERMINAREA INDICELUI DE REFRACȚIE AL MEDIULUI ÎN CARE ESTE AMPLASATDEVICE FOR DETECTION AND DETERMINATION OF THE CONCENTRATION OF THE TRACKS OF CHEMICALS WITH OPTOPELECTRONIC SENSOR WITH FIBER OPTICS MONOMODO HAVING TRANSVERSAL HOLES THROUGH THE MODIFICATION OF THE ELECTRIC WIRE

Invenția se referă la un dispozitiv de determinare a concentrației urmelor de substanțe chimice aflate în mediu lichid sau gazos prin măsurarea indicelui de refracție al mediului în care se găsesc acestea folosind un senzor optoelectronic cu fibră optică monomod având găuri transversale străpunse funcționând pe baza modificărilor câmpului electromagnetic al luminii care se propagă prin fibra optică monomod în zona acestor găuri.The invention relates to a device for determining the concentration of traces of chemicals in liquid or gaseous environment by measuring the refractive index of the environment in which they are found using a single-mode fiber optoelectronic sensor having pierced holes functioning based on electromagnetic field changes. of light that propagates through fiber optics single-handedly in the area of these holes.

Se cunosc metode și dispozitive construite pe baza unor principii de optică și fotonică utilizând fibre optice monomod, având învelișul cu diametrul de 125 pm și miezul cu diametrul de 5-10 pm, cu sau tară rețele de difracție înscrise în ele, ca atare sau incluse în montaje interferometrice sau utilizând nano-micro fibre, cu diametrul învelișului de 10 pm și miezul cu diametrul de până la 1 pm folosite pentru detecția și/sau determinarea concentrațiilor urmelor, cantitățiilor infinitezimale de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide, acestea din urmă fiind mai ales soluții apoase. Aceste dispozitive sunt cunoscute în literatura de specialitate ca senzori chimici și/sau biochimici. Aceste metode și dispozitive sunt caracterizate de un principiu comun: detecția și/sau determinarea concentrațiilor urmelor de substanțe rezultă din măsurarea valorii indicelui de refracție al mediului în care se găsesc aceste urme iar aceasta înseamnă contactul direct al acestui mediu cu materialul fibrei optice indiferent de tipul acesteia. Ca o consecință logică, acest contact direct al mediului de măsurat cu materialul fibrei optice echivalează cu înlăturarea, pe porțiuni cu lungimi de până la zeci de mm a acoperirii din acrilat pentru protecția mecanică a fibrei optice, implicând o fragilitate termomecanică deosebită a unor astfel de dispozitive. Aceste metode și dispozitive se bazează pe folosirea unor senzori optoelectronici cu preț de cost și de utilizare mare și complicat de montat și utilizat. în acest sens amintim brevetele S.U.A. nr. US5157457, US6358748 și US7702189 precum și brevetele U.E. nr. EP0453228A2, EP0534670A1 și EP2000795A2 care se referă la metode și aparate de detecție și/sau determinare a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide folosind montaje interferometrice cu fibre optice. Tot în acest sens amintim și breveteleMethods and devices built on the principles of optics and photonics using single-mode optical fibers are known, having the shell with a diameter of 125 µm and the core with a diameter of 5-10 µm, with or in the diffraction grids inscribed thereon, as such or included. in interferometric assemblies or using nano-micro fibers, with a shell diameter of 10 pm and a core with a diameter of up to 1 pm, used for the detection and / or determination of trace concentrations, infinitesimal quantities of chemicals in gaseous or liquid media, the latter being especially aqueous solutions. These devices are known in the literature as chemical and / or biochemical sensors. These methods and devices are characterized by a common principle: the detection and / or determination of the concentrations of traces of substances results from the measurement of the refractive index value of the environment in which these traces are found and this means the direct contact of this medium with the optical fiber material regardless of the type. it. As a logical consequence, this direct contact of the measuring medium with the fiber optic material is equivalent to removing, on portions up to tens of mm in length, the acrylate coating for the mechanical protection of the optical fiber, implying a special thermomechanical fragility of such fibers. devices. These methods and devices are based on the use of cost-effective and high-cost opto-electronic sensors and complicated to assemble and use. In this regard, we recall U.S. patents. no. US5157457, US6358748 and US7702189 as well as U.S. patents. no. EP0453228A2, EP0534670A1 and EP2000795A2 which relate to methods and apparatus for detecting and / or determining concentrations of traces of chemicals in gaseous or liquid media using fiber optic interferometric mounts. In this regard, we also mention patents

a 2016 00932to 2016 00932

29/11/2016 brevetul U.E. nr. EP/1/700/103B1 și intemaționale/mondiale nr. WO/2004/019115A2 și WO/2014/145745A1 care se referă la metode și aparate de detecție și/sau determinare a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide folosind nano- sau micro- fibre optice. Dezavantajul principal al acestor soluții este acela al necesității unor precauții mecanice și prețuri de fabricație mari datorate fragilității mecanice în care condițiile de utilizare pot să fie restricționate semnificativ tot datorită acestei fragilități termomecanice.11/29/2016 U.S. Patent no. EP / 1/700 / 103B1 and international / international no. WO / 2004 / 019115A2 and WO / 2014 / 145745A1 which relate to methods and apparatus for detecting and / or determining concentrations of trace substances in gaseous or liquid media using nano- or micro-fiber optics. The main disadvantage of these solutions is that of the need for mechanical precautions and high manufacturing prices due to the mechanical fragility where the conditions of use can be significantly restricted also due to this thermomechanical fragility.

Dispozitivul conform invenției înlătură dezavantajele arătate mai înainte prin aceea că permite detecția și evaluarea directă a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide. Acesta se realizează prin utilizarea senzorilor cu fibră optică ce folosesc efectul de modificare a distribuțiilor de intensitate ale câmpurilor electric și magnetic ale radiației luminoase care se propagă prin fibra optică datorită variației valorii indicelui de refracție a mediului în care este montat senzorul. Senzorul cu fibră optică destinat construcției unui dispozitiv conform invenției este constituit din fibră optică monomod care are găuri transversale străpunse pe diametrul secțiunii fibrei optice având simetrie cilindrică și un diametru pe axa fibrei optice mai mic decât diametrul miezului fibrei optice și care utilizează ca sursă de radiație luminoasă ce se propagă prin fibră având o lungime de undă din domeniile spectrale vizibil sau infraroșu apropriat un LED sau o diodă laser de mică putere. Senzorul cu fibră optică destinat construcției unui dispozitiv conform invenției este constituit din fibră optică monomod care are găuri transversale străpunse pe diametrul secțiunii fibrei optice de pe care stratul exterior de protecție termo-mecanică din material plastic, acrilat, nu este îndepărtat cu excepția zonelor de intrare și ieșire ale găurilor străpunse. Conform invenției propuse nu există specificații restrictive stricte referitoare la caracteristicile spectrale ale radiației luminoase folosite, în afară de faptul că are lungimea de undă situată în domeniile vizibil sau infraroșu apropriat.The device according to the invention removes the disadvantages shown above in that it allows the direct detection and evaluation of trace concentrations of chemicals in gaseous or liquid environments. This is achieved by using fiber optic sensors that use the effect of changing the intensity distributions of the electric and magnetic fields of the light radiation that propagates through the optical fiber due to the variation of the refractive index value of the environment in which the sensor is mounted. The fiber optic sensor for constructing a device according to the invention consists of single-mode fiber optics having cross-drilled holes on the diameter of the optical fiber section having cylindrical symmetry and a diameter on the optical fiber axis smaller than the optical fiber core diameter and using as a source of radiation. light that propagates through fiber having a wavelength from the visible or near-infrared spectral ranges an LED or a low power laser diode. The fiber optic sensor for the construction of a device according to the invention consists of single-mode optical fiber having cross-holes through the diameter of the optical fiber section from which the outer layer of thermo-mechanical plastic, acrylic material is not removed except for the input areas. and exit of pierced holes. According to the proposed invention there are no strict restrictive specifications regarding the spectral characteristics of the light radiation used, except that it has the wavelength located in the visible or near infrared fields.

Problema tehnică pe care prezenta invenție își propune să o rezolve constă în detecția și evaluarea directă a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide. Detecția și evaluarea directă a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide se face măsurând variația puterii optice transmise printr-o fibră optică mono mod având găuri transversale supusă unui efect de modificare a distribuțiilor de intensitate ale câmpurilor electric și magnetic ale radiației luminoase care se propagă prin fibra optică în zonele găurilor transversale străpunse funcție de valoarea variabilă a indicelui de refracție al mediului în care se efectuează detecția și evaluarea concentrațiilor urmelor^ substanțe chimice.The technical problem that the present invention aims to solve is the direct detection and evaluation of trace concentrations of chemicals in gaseous or liquid environments. Direct detection and evaluation of trace concentrations of chemicals in gaseous or liquid environments is done by measuring the variation of the optical power transmitted through a single mode fiber optic having transverse holes subjected to an effect of changing the intensity distributions of the electric and magnetic fields of the light radiation. which propagates through the fiber optic in the areas of the transverse holes pierced as a function of the variable value of the refractive index of the environment in which the concentrations and traces of the chemical substances are detected and evaluated.

a 2016 00932to 2016 00932

29/11/201629/11/2016

Funcționarea unui senzor optoelectronic cu fibră optică având găuri transversale străpunse pe baza efectului de modificare a distribuțiilor de intensitate ale câmpurilor electric și magnetic ale radiației luminoase care se propagă prin fibra optică în zonele găurilor transversale străpunse poate fi analizată considerând ecuațiile de propagare ale câmpurilor electric și magnetic ale modurilor prin fibra optică mono mod ale radiației luminoase care se propagă în sensul pozitiv al axei fibrei optice optice, denumită axa z. Analiza are ca punct de start reproducerea situației experimentale, adică este considerat cazul unui semnal luminos având lungimea de undă λ injectat în miezul având raza a_x și indicele de refracție zii al unei fibre optice monomod ce are învelișul cu raza a₂ și indicele de refracție n₂, la z = 0. Relațiile matematice pe baza cărora se poate proiecta un senzor optoelectronic cu fibră optică având găuri transversale străpunse sunt obținute ca soluții posibile ale ecuațiilor Helmholtz, ca moduri posibile de propagare prin fibra optică, descriind propagarea luminii printr-o fibră optică. Este considerat cazul modului fundamental LP_Oi având amplitudinea care se propagă prin miezul fibrei optice, având componentele radială, E^cr°, și azimutală, Ef, ambele în plan transversal, ambele fiind funcții de coordonata radială, definite prin relațiile:The operation of an optoelectronic fiber optic sensor having cross-drilled holes based on the effect of changing the intensity distributions of the electric and magnetic fields of the light radiation propagating through optical fiber in the areas of the cross-drilled holes can be analyzed considering the propagation equations of the electric fields and magnetic mode of the optical modes mono mode of the light radiation that propagates in the positive direction of the optical fiber axis, called z axis. The analysis has as a starting point the reproduction of the experimental situation, that is, it is considered the case of a light signal having the wavelength λ injected in the core having the _x- ray and the refractive index of a single-mode optical fiber having the radius of the ₂ -ray and the refractive index. n ₂ , at z = 0. The mathematical relations based on which an optoelectronic fiber-optic sensor with pierced transverse holes can be designed are obtained as possible solutions of Helmholtz equations, as possible modes of optical fiber propagation, describing light propagation through a optical fiber. It is considered the case of the fundamental mode LP _O i having the amplitude that propagates through the fiber optic core, having the radial, E ^c r °, and azimuthal components, Ef, both in transverse plane, both being functions of radial coordinate, defined by the relations:

P^co ~ iP^co Ț v4i -b— exp(z^)exp[z(/fe-a>/)] £co ~ T?^co T φ — Α)1*^0P ^co ~ iP ^co Ț v4i -b— exp (z ^) exp [z (/ fe-a> /)] £ co ~ T? ^co T φ - Α) 1 * ^ 0

Vy/Ϊ -b— exp(z'^)ex ν[ί(βζ-ωή_ unde amplitudinea Ef_x este definită prin ecuația p^co ~Vy / Ϊ -b— exp (z '^) ex ν [ί (βζ-ωή_ where the amplitude Ef _x is defined by the equation p ^co ~

-^01 — ·- ^ 01 - ·

Z_ob (1) (2) (3) πη₂ yh + 2b\ a_xJ_xtyJ\-b) în Ecuațiile (1), (2) și (3) sunt introduși parametrii Z_o - impedanța caracteristică a vidului, având valoarea de 377 Ω, ω - frecvența unghiulară a radiației luminoase injectate, V frecvența spațială normată, b - valoarea normată a indicelui efectiv de refracție, n_eff - valoarea efectivă a indicelui de refracție al miezului fibrei optice, definite prin relațiile:Z _o b (1) (2) (3) πη ₂ yh + 2b \ a _x J _x tyJ \ -b) in Equations (1), (2) and (3) are introduced the parameters Z _o - characteristic vacuum impedance , having the value of 377 Ω, ω - the angular frequency of the injected light radiation, V the normalized spatial frequency, b - the normalized value of the effective refractive index, n _eff - the actual value of the refractive index of the optical fiber core, defined by the relations:

b.Sⁿ^~ⁿ^bS ⁿ ^ ~ ⁿ ^

Valoarea normată a indicelui efectiv de refracție b este o soluție a ecuației K_x(Vyib]The normed value of the actual refractive index b is a solution of the equation K _x (Vyib)

Vy/Mb ₌ Vy / Mb ₌

KAVy/b] (4) (5) (6)KAVy / b] (4) (5) (6)

a 2016 00932to 2016 00932

29/11/2016 unde J este funcția Bessel de primul tip iar K reprezintă funcția Bessel de tipul 2 modificată, în Ecuațiile (1) și (2) este introdusă constanta de propagare β definită prin relația 2π ^ρ-\χ >., ω11/29/2016 where J is the Bessel function of the first type and K represents the modified Bessel function of type 2, in Equations (1) and (2) the propagation constant β defined by the relation 2π ^ρ - \ χ>., Ω is introduced.

In mod similar sunt definite și modurile posibile de propagare prin învelișul fibrei optice de tip LPiv, având amplitudinea și componentele radială, E^cr‘, azimutală, E^CJ, și longitudinală,Likewise, the possible modes of propagation through the LPiv-type optical fiber shell, having the amplitude and radial, E ^c r ', azimuthal, E ^C J, and longitudinal components, are defined.

E^d , ale componentei câmp electric și componentele radială, H^d , azimutală, , și longitudinală, H^d ale componentei câmp magnetic pentru propagarea prin miez, adică având coordonata radialăr < a_t, pentru propagarea prin înveliș, adică având coordonataa_x <r <a₂ precum și pentru propagarea în exteriorul fibrei optice, adică având coordonata a₂<r .E ^d , of the electric field component and the radial components, H ^d , azimuthal,, and longitudinal, H ^d of the magnetic field component for propagation through the core, that is, having the radial coordinate <a _t , for propagating through the shell, that is, having the coordinate _x <r <a ₂ as well as for propagation outside the optical fiber, ie having the coordinate of ₂ <r.

Pentru modurile posibile de propagare prin cladding-ul fibrei optice de tip LPiv, sunt definite distribuția radială de intensitate a radiației care se propagă ca mod LP|_V prin miezul fibrei optice, /_z(r), precum și puterea integrată, P, prin relațiile, z fiind versorul axei z:For the possible modes of propagation by the cladding of the optical fiber of the LPiv type, the radial distribution of the intensity of the radiation that propagates as the LP mode is defined | _V through the fiber optic core, / _z (r), as well as the integrated power, P, through the relations, z being the z axis versor:

l\r)= | Rc(R x fi»)· î = iRefo'tff - H(E^dt} (8)l \ r) = | Rc (R x fi ») · î = iRefo'tff - H (E ^d t} (8)

P =%e \df\rdr(E;H/ - HfE^dtV\ (9)P =% e \ df \ rdr (E; H / - HfE ^d tV \ (9)

Pentru analiza funcționării unui dispozitiv conform invenției, de detecție și măsurare a concentrațiilor urmelor de substanțe aflate în medii gazoase sau lichide, la o lungime de undă dată λ a radiației injectate prin miezul fibrei optice, din ecuațiile (8) și (9) se poate defini un parametru de interes, și anume puterea optică totală transmisă prin fibra optică, inclusiv prin zona găurii transversale, funcție de coordonata z pe axa fibrei optice:For analyzing the operation of a device according to the invention, for detecting and measuring the concentrations of traces of substances in gaseous or liquid media, at a given wavelength λ of the radiation injected through the fiber optic core, from equations (8) and (9) define a parameter of interest, namely the total optical power transmitted through the optical fiber, including through the area of the transverse hole, depending on the z-coordinate on the optical fiber axis:

P(z)= (10) unde γ este un coeficient de atenuare care poate să fie calculat ca funcție de dimensiunile fibrei optice, indicii de refracție ai miezului și cladding-ului fibrei optice precum și de dimensiunile găurii transversale străpunse.P (z) = (10) where γ is an attenuation coefficient that can be calculated as a function of optical fiber dimensions, refractive indices of the core and fiber optic cladding as well as the dimensions of the pierced transverse hole.

Metoda folosită de dispozitivul conform invenției pentru detecția și determinarea rapidă și directă a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide, constă în aceea că se măsoară variația puterii emise de o sursă de radiație luminoasă, de tipul diodă laser sau LED, având lungimea de undă situată în domeniul spectral al modurilor posibile de propagare a radiației luminoase prin fibra optică, în domenile spectrale vizibil și infraroșu apropriat, unde atenuarea este mult redusă, la propagarea prin fibra optică având o gaură transversală străpunsă cu o geometrie cilindrică al cărei axThe method used by the device according to the invention for the rapid and direct detection and determination of trace concentrations of chemicals in gaseous or liquid environments, consists in measuring the variation of the power emitted by a light source, such as a laser diode or LED, having the wavelength located in the spectral domain of the possible modes of propagation of light radiation by optical fiber, in the visible and near infrared spectral domains, where the attenuation is much reduced, at the propagation by optical fiber having a transverse hole pierced with a cylindrical geometry whose axis

a 2016 00932to 2016 00932

29/11/2016 intersectează axa fibrei optice și diametrul minim în miezul fibrei optice, pe axa acesteia, valoarea diametrului minim al găurii străpunse fiind de 0.25 - 0.40 din diametrul miezului, prin gaura transversală străpunsă putând să circule gazul sau lichidul în care se găsesc urmele de de substanță de detectat și ale căror concentrații urmează să fie determinate. Este o măsurare relativă, determinându-se, în etape succesive, cu un fotodetector, puterea luminoasă transmisă prin fibra optică având gaura străpunsă și plasată în mediul lichid sau gazos neinfestat cu urme de substanțe unde urmează să fie utilizat dispozitivul și prin fibra optică având gaura străpunsă și plasată în mediul lichid sau gazos infestat cu urme de substanțe.29/11/2016 intersects the axis of the fiber optic and the minimum diameter in the core of the fiber optic, on its axis, the value of the minimum diameter of the pierced hole being 0.25 - 0.40 from the diameter of the core, through the transverse hole through which the gas or liquid in which they are found can circulate. traces of substance to be detected and whose concentrations are to be determined. It is a relative measurement, being determined, in successive stages, with a photodetector, the luminous power transmitted by the optical fiber having the hole pierced and placed in the liquid or gaseous environment not infested with traces of substances where the device is to be used and through the optical fiber having the hole pierced and placed in the liquid or gaseous environment infested with traces of substances.

Dispozitivul conform invenției este alcătuit dintr-o sursă de radiație în infraroșu apropiat (diodă laser sau LED) ce injectează radiația în miezul fibrei a optice având o gaură transversală străpunsă, provocând modificarea puterii radiației transmise prin fibra optică, modificare înregistrată de o fotodiodă care generează o tensiune măsurată printr-o placă de achiziție conectată la un computer.The device according to the invention is composed of a near-infrared radiation source (laser diode or LED) that injects radiation into the fiber optic core having a pierced transverse hole, causing the radiation power transmitted through the fiber to be modified, a modification recorded by a photodiode that generates a voltage measured by a purchasing board connected to a computer.

Invenția prezintă următoarele avantaje:The invention has the following advantages:

- Dispozitivul folosește o metodă neinvazivă în raport cu sistemul de măsurat, nefiind nevoie să se scoată probe de analizat din sistemul pe care se efectuează măsurătorile.- The device uses a non-invasive method in relation to the measuring system, as it is not necessary to remove samples to be analyzed from the system on which the measurements are made.

- Metoda folosită este mai sensibilă decât alte metode destinate aceluiași scop, fiind sensibilă la valori extrem de mici ale concentrațiilor urmelor de substanță.- The method used is more sensitive than other methods for the same purpose, being sensitive to extremely low values of the concentrations of the traces of the substance.

- Dispozitivul este ieftin, folosirea lui nu necesită cheltuieli deosebite de realizare, montare și exploatare.- The device is cheap, its use does not require special expenses for implementation, installation and operation.

- Dispozitivul păstrează caracteristicile mecanice ale fibrei optice monomod deoarece învelișul mecanic de protecție de plastic (acrilat) nu este îndepărtat de pe fibră decât în zonele de orificiilor de intrare și de ieșire ale găurii transversale străpunse, fiind posibilă realizarea principiului de bază de construcție a senzorilor cu fibră optică cu rețele de difracție încorporată, acela al contactului dintre mediul de determinat, învelișul și miezul fibrei optice.- The device retains the mechanical characteristics of the single-mode fiber optic because the mechanical plastic protective coating (acrylate) is removed from the fiber only in the areas of the inlet and outlet holes of the pierced transverse hole, it is possible to achieve the basic principle of sensor construction. with fiber optics with embedded diffraction networks, that of the contact between the environment to be determined, the shell and the fiber optic core.

în fig. 1 este prezentă schematic o fibră optică având găuri transversale străpunse pentru care se înregistrează efectul de modificare a distribuțiilor de intensitate ale câmpurilor electric și magnetic ale radiației luminoase care se propagă prin fibra optică în zonele găurilor transversale străpunse. în fig. 1 se pot observa, în secțiune longitudinală, stratul de acrilat de protecție mecanică a fibrei optice 1, învelișul fibrei optice 2, miezul fibrei optice 3, degajările 4 din zonele capetelor găurii transversale străpunse prin fibra optică 5, gaura transversală străpunsă de simetrie cilindrică având cea mai mică valoare a diametrului la intersecțj miezul fibrei optice, o valoare de 0,25 - 0,40 din diametrul miezului fibrei optice.in FIG. 1 is schematically present an optical fiber having pierced transverse holes for which the effect of changing the intensity distributions of the electric and magnetic fields of the light radiation propagating through the optical fiber in the areas of the pierced transverse holes is recorded. in FIG. 1 can be seen, in longitudinal section, the acrylate layer of mechanical protection of the optical fiber 1, the optical fiber shell 2, the optical fiber core 3, the openings 4 in the areas of the ends of the transverse hole pierced by optical fiber 5, the transverse hole pierced by cylindrical symmetry the smallest value of the diameter at the intersection of the optical fiber core, a value of 0.25 - 0.40 of the diameter of the optical fiber core.

a 2016 00932to 2016 00932

29/11/2016 IM11/29/2016 IM

O formă preferată de realizare a invenției se prezintă în continuare, în legătură cu fig.A preferred embodiment of the invention is further illustrated in connection with FIG.

2. în fig. 2, este prezentată schema dispozitivului realizat conform invenției, unde se pot observa sursa de radiație luminoasă 1 (LED sau diodă laser) cu lungime de undă din domenile spectrale vizibil sau infraroșu apropiat, radiație care este injectată în miezul fibrei optice monomod cu găuri transversale străpunse 2, astfel încât zona găurii străpunse 3 să fie plasată în mediul 4 în care se găsesc urmele de substanțe 5 de detectat și ale căror concentrații sunt de măsurat prin determinarea modificărilor valorilor indicelui de refracție al mediului în zona 3 și care induc modificări în distribuțiile de intensitate ale câmpurilor electric și magnetic ale radiației luminoase care se propagă prin fibra optică, ceea ce are ca efect modificarea puterii radiației transmise prin fibra optică 2, modificarea astfel indusă fiind măsurată folosind fotodetectorul 6, realizat dintr-o fotodiodă cu siliciu montată într-un circuit de polarizare inversă, fotodetectorul generând o tensiune electrică procesată printr-un amplificator 7 cuplat cu o placă de achiziție 8 conectată la un computer 9.2. In FIG. 2, a schematic diagram of the device according to the invention is presented, where one can observe the light radiation source 1 (LED or laser diode) with wavelength from the visible or near infrared spectral fields, radiation that is injected into the fiber optic core monomodely with pierced transverse holes 2, so that the area of the pierced hole 3 is placed in the environment 4 where there are traces of substances 5 to be detected and whose concentrations are to be measured by determining the changes in the values of the refractive index of the environment in zone 3 and which induce changes in the distributions of intensity of the electric and magnetic fields of the light radiation that propagates through the optical fiber, which has the effect of modifying the power of the radiation transmitted through the optical fiber 2, the modification thus induced being measured using the photodetector 6, made from a silicon photodiode mounted in a reverse polarization circuit, photodetect the hour generating an electrical voltage processed by an amplifier 7 coupled with an acquisition board 8 connected to a computer 9.

Claims (1)

REVENDICARECLAIM Dispozitiv de detecție și evaluare directă a concentrațiilor urmelor de substanțe chimice aflate în medii gazoase sau lichide prin efectul de efectul de modificare a distribuțiilor de intensitate ale câmpurilor electric și magnetic ale radiației luminoase care se propagă printr-o fibră optică, caracterizat prin aceea că este alcătuit dintr-o sursă 1 de radiație luminoasă în vizibil sau infraroșu apropiat (diodă laser sau LED), o fibră optică monomod 2, în care se injectează radiația vizibilă sau infraroșie și în care este practicată cel puțin o gaură transversală străpunsă, astfel încât zona găurii străpunse 3 să fie plasată în mediul 4 în care se găsesc urmele de substanțe 5 de detectat și ale căror concentrații sunt de măsurat, un fotodetector 6, un amplificator 7 cuplat cu o placă de achiziție 8 conectată la un computer 9.Device for direct detection and evaluation of trace concentrations of chemicals in gaseous or liquid environments through the effect of the effect of changing the intensity distributions of the electric and magnetic fields of the light radiation that propagates through an optical fiber, characterized in that it is consisting of a source of visible or near-infrared light radiation (laser or LED diode), a single-mode fiber optic 2, in which visible or infrared radiation is injected and at least one through-hole is drilled so that the area the borehole 3 to be placed in the environment 4 in which are traces of substances 5 to be detected and whose concentrations are measurable, a photodetector 6, an amplifier 7 coupled with an acquisition plate 8 connected to a computer 9.