Hur fungerar Opsis-tekniken?

Opsis-tekniken baserar sig på en vetenskaplig princip för att identifiera och mäta koncentrationer av olika gaser: Differentiell Optisk Absorptionsspektroskopi (DOAS), vilken i sin tur baserar sig på Beer-Lamberts absorptionslag. Denna lag ger förhållandet mellan mängden absorberat ljus och antalet molekyler i mätsträckan.

Eftersom varje molekyl, varje gas, har unika egenskaper i absorptionsspektrumet är det möjligt att identifiera och bestämma koncentrationen av flera olika gaser i mätsträckan samtidigt.

DOAS-tekniken går ut på att projicera en ljusstråle från en speciell ljuskälla – en högtryckslampa av xenon – över en sträcka och använda avancerade datorberäkningar för att utvärdera och analysera ljusförlusterna från molekyl- absorptionen längs denna sträckan. Ljuset från xenonlampan är mycket intensivt och innehåller både synligt spektrum och ultravioletta och infraröda våglängder.

Ljuset fångas upp av en mottagare och leds genom en optisk fiber till analysatorn. Den optiska fibern gör det möjligt att placera analysatorn på annan plats än mottagaren, som ibland är installerad i aggressiv miljö.

Analysatorn består av en spektrometer, en dator och tillhörande styrelektronik. Spektrometern delar ljuset i smala våglängdsområden med hjälp av ett optiskt gitter. Detta kan vridas så att önskade våglängder kan detekteras.

Ljuset omvandlas till elektriska signaler. En smal spalt sveper förbi detektorn i hög hastighet. Under svepet mäts signalen ett stort antal gånger. Resultatet blir ett spektrum. Denna spektralavläsning upprepas hundra gånger per sekund. Efter valfritt antal svep lagras ett medelvärde av spektrat på datorns hårddisk.

Utvärderingen görs för ett våglängdsområde åt gången genom att absorptionskurvor (referenser) jämförs med det absorptionsspektrum som just registrerats.

Datorn ändrar storleksfaktorn för varje referensspektrum tills den finner den bästa möjliga motsvarigheten med uppmätt spektrum. Tack vare detta kan olika gaskoncentrationer beräknas med stor noggrannhet.

En systemskiss över Opsis-tekniken.

Vad händer i datorn?

	1. När mätdata registreras lagras råspektrumet på hårddisken.
	2. Råspektrumet divideras med ett nollgasspektrum. Detta har tidigare spelats in utan att några absorptionsgaser använts, och ut- nyttjas som systemreferens.
	3. Därvid erhålls den totala ljusabsorptionen mellan sändare och mottagare. Detta resultat påverkas inte bara av gaserna utan också av till exempel stoft i rökgaskanalen eller smutsig optik. Därför måste ljusabsorptionen av de olika gaserna separeras från annan påverkan.
	4. Detta är möjligt tack vare det faktum att endast gasmolekyler ger snabba variationer i absorptions- spektrumet. De långsamma variationerna, som ger absorptionskurvans gradient, härstammar från ett stort antal kända och okända faktorer. Deras påverkan kan elimineras helt genom att matematiskt anpassa en kurva som inte följer de snabba variationerna i spektrumet.
	5. Efter en ny division återstår endast de snabba variationerna. Logaritmen av kurvan beräknas. Resultatet är ett rent differentiellt absorptionsspektrum. Detta spektrum är en summa av absorptionen för de olika gaser som finns mellan sändaren och mottagaren vid detektionstillfället. Detta kallas för Z i exemplet ovan.
	6-7. Gaserna som absorberar ljus i detta våglängdsområde är redan kända och ett förinspelat referensspektrum för varje gas är lagrat på hårddisken. I detta exempel används endast två gaser, X1 och X2. Nu skall andelarna av X1 och X2 bestämmas som ger bäst likhet med Z.
	Den ekvation som används i datorn uttrycks C1X1+C2X2 = Z, där C1 och C2 är proportionerna av varje gas. Genom att lösa ekvationen fås de C1 och C2 som ger bäst överensstämmelse med Z. Från C1och C2 är det möjligt att beräkna de aktuella koncentrationerna.
	8. Slutligen kontrolleras resultatet genom att bestämma skillnaden mellan de uppmätta och de beräknade kurvorna (det skuggade området). Detta betyder att varje mätresultat kan bestämmas med en standardavvikelse. Ju fler referenskurvor som lagras i datorns minne, desto noggrannare är resultatet av beräkningarna. Även om det finns okända interferenser, d.v.s. om mätningarna påverkas av en gas vars referensspektrum inte finns lagrad på hårddisken, så kan datorn utvärdera de gaser den är programmerad för att mäta. En okänd gas ger en ökning av standardavvikelsen hos mätresultatet.

Till Opsis hemsida

www.oresundsluft.com / Producerat av OPSIS AB.