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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffkonzentrationen und/oder der Stroemungsgeschwindigkeit in Gasen, Aerosolen und Staeuben

Determining concentration and velocity in flowing gas, aerosol or dust is achieved by local laser plasma excitation at two or more points with spectroscopic analysis.
: Sturm, V.; Brysch, A.; Peter, L.; Noll, R.

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DE 1999-19957808 A: 19991201
DE 1999-19957808 A: 19991201
DE 19957808 C2: 20021010
Patent, Elektronische Publikation
Fraunhofer ILT ()

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Stoffkonzentrationen und/oder der Stroemungsgeschwindigkeit in Gasen, Aerosolen und Staeuben. Das Verfahren nutzt die Technik der Laser-Emissionsspektrometrie, bei der ein Plasma im Gas erzeugt und aus der emittierten Plasmastrahlung Informationen ueber die Stoffkonzentrationen im Gas und die Stroemungsgeschwindigkeit des Gases gewonnen werden. Bei dem Verfahren wird nach einem ersten Laserpuls zum Erzeugen eines Plasmas an einem ersten Ort im Gas ein zweiter Laserpuls in zeitlichem Abstand zum ersten Laserpuls am gleichen oder einem in Stroemungsrichtung beabstandet liegenden zweiten Ort in das Gas fokussiert, wobei der zweite Laserpuls eine ausreichende Intensitaet aufweist, um am zweiten Ort ein Plasma zu erzeugen. Die nach Einkopplung des zweiten Laserpulses emittierte Plasmastrahlung wird erfasst und ausgewertet, um die Stoffkonzentrationen und/oder die Stroemungsgeschwindigkeit im Gas zu ermitteln. Das vorliegende Verfahren ermoeglicht die genaue Bestimmung geringer Stoffkonzentrationen in Gasen bei Ueberdruck sowie die nahezu gleichzeitige einfache Bestimmung der Stroemungsgeschwindigkeit.


DE 19957808 A UPAB: 20010801 NOVELTY - Two laser pulses are delivered, separated by a sub-millisecond interval, each focused at the same or a different location (10, 11) along the flow path. The second laser pulse intensity is sufficient to produce a plasma. Radiation from this is measured and analyzed, to determine the concentration and/or velocity. DETAILED DESCRIPTION - An INDEPENDENT CLAIM is included for corresponding apparatus. Preferred features: The first laser pulse has greater energy than the second. Radiation is measured using a spectrometer (15). Intensity and/or the integral of spectral intensity and/or the spectral position of emission lines are taken into account in the evaluation.. During evaluation a subtraction of separately-measured background radiation and/or a calibration are undertaken, in terms of a reference material in the gas, aerosol or dust. The second location is spaced 0.1-10 mm from the first. Flow velocity is determined from the spatial separation between the points and the time interval between an instant of sudden intensity variation in the radiation measurement. To determine flow velocity, further laser pulses are made at different times and spacings in a similar procedure. The flow velocity is used as a correction factor during determination of concentration. A reference target, optionally made of a pure substance, is located at the first and second points. Ignition or excitation of the plasma takes place on its surface. The pure material is used as a reference in determining the concentrations in the gas, aerosol or dust. USE - To determine concentrations and flow velocities in gases, aerosols and dusts. Wide application is feasible; e.g. monitoring emissions from and operation of furnaces or other process plant. ADVANTAGE - The method usefully combines measurement of concentration and velocity, enabling mass flow rate to be determined in a single operation. Measurements of both high and low concentrations are feasible. Background effects are subtracted. Greater precision and sensitivity are achieved, in comparison with earlier methods. Detailed discussion is included.