Раскрытие устройства

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании высокоточного способа фотоакустического анализа материалов и устройства для его реализации, позволяющих осуществлять неинвазивный квазинепрерывный мониторинг компонентов крови, преимущественно глюкозы.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в повышение точности измерений и разрешающей способности определения концентрации исследуемого компонента тестируемого материала и в расширении динамического диапазона и спектральной области мониторинга.

Указанная задача решается, а технический результат достигается благодаря тому, что в способе фотоакустического анализа материалов, включающем облучение поверхности исследуемого материала, содержащего представляющий интерес компонент, серией коротких эквидистантных импульсов света с заданной длиной волны, и регулируемых по длительности, энергии, числу и частоте их следования, возбуждение фотоакустических колебаний в исследуемом материале и их регистрацию, указанное облучение осуществляют зондирующим и опорным лучами с различными заданными длинами волн, при этом энергию, число и частоту следования импульсов выбирают достаточными для возбуждения фазово-сопряженных акустических колебаний в исследуемом материале таким образом, что зондирующий луч возбуждает фазово-сопряженные акустические колебания синфазно с собственными акустическими колебаниями в исследуемом материале, а опорный луч возбуждает акустические колебания преимущественно в противофазе или независимо от упомянутых колебаний, возбуждаемых зондирующим лучом, и определяют концентрацию представляющего интерес компонента в исследуемом материале на основании измерения амплитуды и частоты упомянутых фазово-сопряженных фотоакустических колебаний.

Возбуждение фазово-сопряженных фотоакустических колебаний с помощью зондирующего и опорного лучей с различными заданными длинами волн таким образом, что зондирующий луч возбуждает фазово-сопряженные акустические колебания синфазно с собственными акустическими колебаниями в исследуемом материале, а опорный луч возбуждает акустические колебания преимущественно в противофазе или независимо от упомянутых колебаний, возбуждаемых зондирующим лучом, позволяет устранить влияние концентрации других компонентов, полосы поглощения которых перекрываются с полосой поглощения искомого компонента, на точность измерения концентрации искомого компонента и увеличить чувствительность способа.

Для решения указанной задачи и достижения заявленного технического результата дополнительно выполняют регистрацию, по крайней мере, энергии, частоты и числа световых импульсов упомянутых зондирующего и опорного лучей и генерацию электрических сигналов, соответствующих упомянутым энергии, частоте и числу световых импульсов, применимых для действия обратной связи, при этом выполняют автоматическую настройку упомянутых энергии, частоты и числа световых импульсов упомянутых зондирующего и опорного лучей, достаточных для возбуждения упомянутых фазово-сопряженных акустических колебаний в исследуемом материале.

Длину волны упомянутого зондирующего луча выбирают соответствующую преимущественно максимуму полосы поглощения или из области полосы поглощения представляющего интерес компонента в исследуемом материале.

Длину волны упомянутого пробного луча выбирают соответствующую преимущественно минимуму полосы поглощения или вблизи минимума полосы поглощения представляющего интерес компонента в исследуемом материале.

Упомянутые зондирующий и опорный лучи направляют на тестируемую область вглубь исследуемого материала.

Для регистрации упомянутых фазово-сопряженных акустических колебаний используют преимущественно фотодетектор изменений рассеяния света, обусловленных фазово-сопряженными акустическими колебаниями в исследуемом материале либо для регистрации упомянутых фазово-сопряженных акустических колебаний через воздух используют микрофон. Осуществляют калибровку, при которой определяют эталонное значение концентрации представляющего интерес компонента; определяют соответствие значения концентрации, полученного заявляемым способом, с эталонным значением концентрации, и при их несовпадении вводят поправку на показания, полученные заявляемым способом, согласуя их с результатом, полученным путем инвазивных измерений.

Значения концентрации представляющего интерес компонента визуализируют.

Указанная задача решается, а технический результат достигается также благодаря тому, что в устройстве, предназначенном для фотоакустического анализа материалов, содержащем по крайней мере, один источник света, предназначенный для возбуждения фотоакустических колебаний в исследуемом материале, по крайней мере, один детектор, предназначенный для регистрации упомянутых фотоакустических колебаний и генерации электрических сигналов, соответствующих амплитуде и частоте упомянутых фотоакустических колебаний, и процессор, предназначенный для определения концентрации представляющего интерес компонента в исследуемом материале на основании поступающих в него электрических сигналов, упомянутый источник света обеспечивает излучение зондирующего и опорного лучей с различными заданными длинами волн коротких эквидистантных импульсов, регулируемых, по крайней мере, по энергии, числу и частоте их следования, достаточными для возбуждения фазово-сопряженных акустических колебаний в исследуемом материале таким образом, что зондирующий луч возбуждает упомянутые колебания синфазно с собственными акустическими колебаниями в исследуемом материале, а опорный луч возбуждает акустические колебания преимущественно в противофазе или независимо от колебаний, возбуждаемых зондирующим лучом, а также благодаря тому, что в него дополнительно включен, по крайней мере, один второй детектор, предназначенный для регистрации, по крайней мере, энергии, частоты и числа световых импульсов упомянутых зондирующего и опорного лучей и генерации электрических сигналов, соответствующих упомянутым энергии, частоте и числу световых импульсов, применяемых для действия обратной связи между элементами упомянутого устройства.

При этом источник света излучает зондирующий луч с длиной волны, значение которой соответствует преимущественно максимуму полосы поглощения или находится в области полосы поглощения представляющего интерес компонента в исследуемом материале, а опорный луч - с длиной волны, значение которой соответствует преимущественно минимуму полосы поглощения или находится вблизи минимума полосы поглощения представляющего интерес компонента в исследуемом материале.

Источник света излучает зондирующий и опорный лучи, состоящие преимущественно из серии коротких эквидистантных импульсов излучения, с регулируемой энергией, числом и частотой их следования достаточных для возбуждения фазово-сопряженных акустических колебаний в исследуемом материале.

Источник света является преимущественно двухволновым импульсным источником света, в состав которого входят, по крайней мере, два чипа импульсных лазерных диодов, излучающих упомянутые зондирующий и опорный лучи.

Первый детектор представляет собой фотодетектор, преимущественно фотодиод, предназначенный для регистрации изменений рассеяния света, обусловленных фазово-сопряженными акустическими колебаниями в исследуемом материале.

Устройство может дополнительно содержать измерительную оптическую ячейку, предназначенную для ограничения поверхности исследуемого материала и обеспечивающую попадание упомянутых зондирующего и опорного лучей в тестируемую область на поверхности исследуемого материала, ограниченную указанной оптической ячейкой.

Упомянутая оптическая ячейка позволяет регистрировать упомянутые фазово-сопряженные акустические колебания.

В качестве упомянутого первого детектора, предназначенного для регистрации упомянутых фазово-сопряженных акустических колебаний, может быть использован микрофон.

Устройство может дополнительно содержать измерительную акустическую ячейку, предназначенную для ограничения поверхности исследуемого материала и обеспечивающую попадание упомянутых зондирующего и опорного лучей в тестируемую область на поверхности исследуемого материала, ограниченную указанной акустической ячейкой.

Упомянутая акустическая ячейка позволяет регистрировать упомянутые фазово-сопряженные акустические колебания.

Второй детектор содержит, по крайней мере, один фотодетектор, преимущественно фотодиод. Устройство может дополнительно содержать светоделители, с помощью которых определенную часть упомянутых зондирующего и опорного лучей направляют к упомянутому второму фотодетектору.

Второй фотодетектор обеспечивает регистрацию длительности, частоты, энергии и числа световых импульсов определенной части упомянутых зондирующего и опорного лучей, применимых для действия обратной связи между элементами упомянутого устройства путем автоматической настройки энергии, частоты и числа световых импульсов, упомянутых зондирующего и опорного лучей достаточных для возбуждения упомянутых фазово-сопряженных акустических колебаний в исследуемом материале.

Устройство дополнительно содержит дисплей для визуализации значения концентрации представляющего интерес компонента.[3].