Для получения показаний концентрации промышленные предприятия используют анализаторы или химические датчики. Одним из важных автоматизированных измерений на нефтехимических объектах является контроль, чтобы кислород не попадал в трубопровод факела между сепаратором и жидкостным затвором, что помогает предотвратить взрывоопасные смеси.

Многие традиционные аналитические методы адаптированы для измерения газов, таких как кислород, либо с извлечением проб, либо непосредственно в потоке процесса, что позволяет избежать лабораторного анализа. К таким технологиям относятся параметрический метод (для измерения кислорода), недисперсионная инфракрасная спектроскопия (NDIR), ультрафиолетово-видимая спектроскопия (UV-vis) и электрохимические методы. Особенно набирает популярность метод настройки диодного лазерного поглощения (TDLAS или TDL).

Хотя TDL изначально был преимущественно методом с извлечением проб, он эволюционировал. В настоящее время различные производители предлагают конструкции для измерений in situ, включая установки с перекрестным потоком и зондовые системы. METTLER TOLEDO также представила адаптацию для производства полупроводниковых пластин, которая работает в узких трубопроводах диаметром всего 5-10 см (2-4 дюйма).

Рассмотрим методы абсорбционной спектроскопии и то, как метод настройки диодного лазера (TDL) сопоставим с другими, например, УФ-видимой спектроскопией (UV-vis). Одним из значительных преимуществ TDL является узкая линия поглощения, которая часто уникальна для конкретного аналитa и идеально совпадает с узким спектральным диапазоном лазерного излучения. С другой стороны, такие технологии, как параметрические анализаторы, могут быть подвержены помехам и не проводят измерения непосредственно в технологическом процессе.

Закон Бера-Ламберта указывает, что одной из основных проблем при достижении низкоуровневых (ppm и ppb) измерений с помощью TDL являются ограничения общей длины оптического пути (ДОП). Проблема при получении измерений TDL связана с коммерческой доступностью лазеров необходимых длин волн. Например, кислород слабо поглощает свет в ближнем инфракрасном диапазоне доступных лазеров, что делает необходимым поиск способов увеличения длины оптического пути для точных измерений.

В промышленности одним из значительных ограничений часто является физический размер трубопроводов, в которых находится газовый образец. Для крупных труб (1–3 м) длина оптического пути (ДОП) не представляет серьезной проблемы, даже для слабо поглощающих газов, таких как кислород. Однако при диаметре трубы менее 38 см (15 дюймов) измерение кислорода ниже 5000 ppm (0,5%) становится гораздо сложнее.

В настоящее время существует несколько конструкций для увеличения ДОП при извлечении проб с помощью TDL, но лишь одна заметная адаптация доступна для измерений непосредственно внутри труб малого диаметра. Кроме того, если перекрестное сечение устанавливается вдоль трубы, газ-продувка, предназначенный для защиты оптики от загрязнений, может разбавлять поток пробы, что усложняет точное измерение нижнего предела взрываемости (LEL) кислорода.

Этот подход уникален тем, что ему не нужны зеркала для работы в хорошо подготовленном потоке пробы; вместо этого он удваивает или утраивает длину лазерного пути с помощью оптических призм. Вторая призма изолирована от технологического газа, что делает этот метод идеальным для суровых условий, подверженных загрязнению оптики. Кроме того, этот метод более компактен, что облегчает установку в ограниченных по пространству местах.

Одна и та же вторичная оптическая призма используется как для двухкратного (MR2), так и для трёхкратного (MR3) увеличения длины оптического пути. Для трёхкратного отражения применяется прочная, химически совместимая не покрытая сапфировая линза «кошачий глаз», которая минимизирует проблемы, связанные с плоскими отражающими поверхностями, способными влиять на точность измерений.