WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 64 |

Приборы и методы контроля и мониторинга воздействия автотранспорта на атмосферный воздух северных городов

-- [ Страница 16 ] --

Вторым фактором, ограничивающим рост энергии зондирующего импульса, является оптический пробой воздуха, наступающий, как показывают эксперименты с лазерами на рубине и неодиомовом стекле, при 1010 – 1011 Вт/см. Этот фактор может оказаться важным при попытке достижения максимально возможной энергии импульса в исследуемом объеме при дистанционном зондировании, особенно в условиях плохой видимости.

Учитывая значительную длительность tex процесса флуоресценции, расчет размера области, из которой, приходит сигнал за время его детекции td следует проводить по формуле:

Таблица 20 - Оценка концентрационной чувствительности РФ-метода Этой величиной определяется предел пространственного разрешения измерений чувствительности РФ-метода при анализе малых примесей в воздухе.

2.3 Количественные оценки и сравнительный анализ концентрационной чувствительности [105,108,109,134,136,145]. Рассмотрим здесь ряд расчетных зависимостей, характеризующих зондирующие возможности лидаров, и проведем сравнительный анализ методов дифференциального поглощения (ДП-метод) и резонансной флуоресценции (РФ-метод). В качестве изучаемых компонентов загрязнения атмосферного воздуха были взяты NO2, SO2, C6H6.

Данные компоненты являются основными источниками загрязнения атмосферы от автотранспорта и промышленности и создают основу для образования фотохимического смога и кислотных дождей; бензол относится к углеводородам-загрязнителям, характерным для выбросов автотранспорта и предприятий нефтехимической промышленности. Для флуоресценции как основные методы обнаружения малых газовых примесей. Известны данные по численному изучению их зондирующих возможностей для NO2 и/или SO2 - как в отдельности, так и в сравнении. Мы расширяем этот анализ, вводя дополнительные параметры и распространяя его на различные метеорологические условия и время суток.

а) ДП-метод. Как уже отмечалось выше, в этом методе зондирование осуществляется парой импульсов, резонансным (е) и отстроенным ( е) на двух последовательных расстояниях R и R + L. Средняя концентрация N(R) на участке длины L, удаленном от лидара на расстоянии R, рассчитывается по формуле (2.70). Следуя стандартной теории ошибок и оставляя в формуле только квадратичные члены как наиболее важные для ошибки измерений, получаем выражение:

где M число повторения пар лазерных импульсов. Поскольку сигнал, регистрируемый детектором, подчиняется распределению Пуассона, а тепловой шум пренебрежим в оптическом диапазоне, то можно записать:

где h энергия сигнального фотона, квантовая эффективность фотодетектора, T = L/с, PN = P + Рв (Рв мощность фонового излучения на частоте приема; мощность темнового тока считается пренебрежимо малой. Далее делаем упрощающее предположение, справедливое при наших численных данных: пренебрегаем фоновым излучением по сравнению с величиной сигнала. Тогда, используя связь между рассматривать как уравнение относительно минимально обнаруживаемой концентрации (в моноимпульсном режиме, M = 1):

С учетом (2.72, 2.73) имеем:

Следующее справедливое упрощение сравнительно малое ослабление лазерного луча за счет резонансного поглощения на фоне доминирующего вклада аэрозольного рассеяния, которое в рассматриваемом примере считается изотропным [200].Тогда уравнение лидара для энергии детектируемого сигнала можно записать в виде:

Подставляя (2.74) в формулу (2.75) и сохраняя в ней только члены первого порядка по N 1, получаем для концентрации уравнение второго порядка, решение которого можно записать в виде:

б) ИФ-метод. Уравнение лидара для сигнала флуоресценции в пределе высокой прозрачности атмосферы (ТR 1), записанное в терминах счета фотонов, имеет вид:

Счет фоновых фотонов определяется выражением:

где N спектральная яркость фона, телесный угол поля зрения приемника, и ширина полосы пропускания приемника, остальные величины определены выше.

В моноимпульсном режиме справедливо следующее соотношение:

Решение этого уравнения относительно C имеет вид:

Вместе с (2.53) его можно рассматривать как уравнение для определения минимально обнаруживаемой концентрации.

В расчетах использовались следующие данные для детекции [200]: для лидара (А=0,1м2, =310–8ср–1, к=п=0,1, =100 нм, L=100 м, S=3), для параметров процесса поглощения ( e 450 нм, =4,810–23 м2); для параметров флуоресценции ( o = нм, = 650 нм, Q = 210–5, F = 0,2); для атмосферных условий ( a ясноенебо = 4,410–5м–1, a (v в случае поглощения Eo = 0,1 Дж, в случае флуоресценции Eo = 0,2 Дж.

Соответствующие результаты для компонент SO2 и C6H6 получены в приближении простого пересчета с помощью переводного фактора fp(x):

Первое выражение было получено с учетом того, что при имеющихся данных b1, во втором выражении отношение с ( x) / c ( NO2 ) в вычислениях принималось равным 0,1, что вытекает из оценки спектрального поведения N. Для расчета фактора fp(x) использовались следующие данные: для SO2 ( = 3,3610–23 м2, о 290 нм, Q = 3,410–6, F = 0,1); для C6H6 ( = 1,310–22 м2, о 253 нм, Q = 1,610–4, F-0,1).

Результаты вычислений сведены в таблицу 21.

Таблица 21. Концентрация чувствительности (ррв) По детекции NO2 они качественно согласуются с оценками других работ и в основном не противоречат практическому выводу, сделанному в этих работах: ни один из методов не является абсолютно предпочтительным перед другим. Этот вывод становится тем более очевидным, так как чем длиннее трасса зондирования, тем большую чувствительность при дневных измерениях имеет ДП-лидар, особенно в условиях уменьшенной видимости. Ситуация, однако, меняется при измерениях ясными ночами в пользу ИФ-лидара. Это преимущество становится особенно отчетливым при детекции NO газа. Однако, как показывают оценки, такое положение дел не является неизменным.





Многое зависит от вида компоненты типа резонансного перехода характеристик возбужденного состояния. Например, возбужденное состояние бензола, возникающее в результате поглощения света длины волны о = 253 нм на переходе (X3Aгд А'Bги), характеризуется сравнительно небольшим временем жизни, малым тушением и, как следствие, значительным сечением флуоресценции. Это приводит к тому, что РФ-лидар для зондирования паров бензола может оказаться предпочтительнее ДП-лидара даже днем. Что касается общего поведения чувствительности, то на нее оказывают заметное влияние дистанционность измерений и прозрачность атмосферы. Однако, в зависимости от условий работы оптимальный вариант лидара способен «чувствовать» загрязнение рассмотренными газами на уровне ПДК.

Оценка зондирующих возможностей методов Как уже отмечалось выше, чувствительность существенно зависит как от рабочих характеристик лидара (мощность, длительность, частота следования лазерных импульсов, время детекции, площадь апертуры), так и от условий измерений (длина трассы, видимость, состав и распределение аэрозолей, фоновое излучение и т.д.). В этой связи реалистический анализ детектируемости важен в современных технических условиях. Известен анализ, условия измерения в однородной атмосфере, мы расширяем этот анализ, включив в него флуоресцентный лидар. Это позволяет провести сравнение двух методов в разнообразных ситуациях и сделать ряд полезных практических выводов. [105,108,109,134,136,145] а) Дифференциальное поглощение. Одним из основных показателей потенциала зондирования лидара является поведение длины серии облучений (импульсов) M, необходимых для уверенного приема полезного сигнала, в зависимости от различных параметров измерений. Здесь мы воспроизводим некоторые из этих зависимостей, используя основные формулы (2.70) и (2.71). Уравнение лидара запишем в терминах мощности:

где L = cto/2, i = e,w. Оно используется в окончательном выражении для расчета числа пар импульсов, получаемом с помощью формул (2.71 и 2.72):

Для сопоставительных целей были использованы данные [229]: лазерные параметры (Po = EoC/2L, где Eo = 0,1 Дж, e = 448,1 нм; w = 446,8 нм); лидарные параметры (S = 10, A = 0,07 м2; k = 0,1; = 0,3 нм; = 7 10–6; L = 120 м); параметры исследуемой компоненты (abs = 2,59 10–23 м2); параметры атмосферы (d = d/100; N(день) = 810–2 Втм–2cp–1мм–1;

N(ночь) = 10–3N(день).

б) Резонансная флуоресценция. Основная расчетная формула для детектируемости флуоресцентного лидара в режиме накопления импульсов имеет вид:

Выражая фотонные счета сfl и cb с помощью (2.52) и (2.53), это выражение можно преобразовать к расчетному виду:

x = R2/ N, T(oR) = T = exp(-aR) функция пропускания участка аэрозольной атмосферы длины R. Для расчета были использованы следующие дополнительные данные:

в) Обсуждение результатов и сравнительный анализ. Для получения статистически достоверных результатов лидарные системы, как правило, работают в режиме накопления импульсов. По этой причине важнейшие характеристики их работы чувствительность и оперативность измерений связаны с числом детектируемых импульсов М.

Расчетные формулы (2.83) и (2.85) позволяют проследить ход кривых поведения М в различных условиях работы лидара. Здесь представлены графики функции lgМ от таких практических переменных, как дистанция зондирования R (рисунок 11, 12) и величина средней концентрации N газа-загрязнителя (рисунки 13, 14) при различных условиях видимости и времени суток.

Отметим некоторые общие закономерности и особенности этих зависимостей. Начнем с влияния фонового излучения. Как показали расчеты с имеющимися данными, фон оказывает заметное влияние только на чувствительность РФ-лидара, поэтому все РФкривые были продублированы (кривые, относящиеся к дневным измерения, обозначены сплошной линией, «ночные» кривые пунктиром). Например, «дневные» кривые lgM(R) РФ-метода.

Рисунок 11. Зависимость логарифма числа Рисунок 12. Зависимость логарифма числа Рисунок 13. Зависимость логарифма числа Рисунок 14. Зависимость логарифма числа пар импульсов lgM от концентрации пар импульсов lgM от концентрации Детекция на расстоянии зондирования Детекция на расстоянии зондирования R = 1 км с относительной ошибкой = 1/10 R = 1 км с относительной ошибкой = 1/10.

Кривые, представленные на рисунке 12, лежат выше ДП-кривых, отображенных на рисунке 11. То же можно сказать и о «ночных» кривых, однако только в условиях уменьшенной видимости (V 10 км). При хорошей видимости (V 10 км) «ночные» РФкривые, опускаясь, уже располагаются ниже ДП-кривых. Такая тенденция связана, во-первых, с ростом величины РФ-сигнала при улучшении видимости, а во-вторых, с нерегулярным влиянием видимости на ДП-сигнал, о чем пойдет речь ниже. Продолжая анализ, можно отметить общий рост lgM с увеличением R, более заметный для ДП-метода. При этом видимость по-разному влияет на расположение кривых. В РФ-методе наблюдается регулярный спад lgM с увеличением дальности видимости, что, конечно, связано с уменьшением ослабления полезного сигнала. Для ДП-метода в этом отношении характерна нерегулярность:

резкий спад в промежутке от V = 2 км до V = 10 км и постепенный подъем с увеличением V.

Такую тенденцию можно объяснить характером поведения функции aexp (-aR), описывающей сигнал рассеяния на аэрозоле: в области большое a (малые V) уменьшение a (увеличение видимости) вызывает рост сигнала, что приводит к уменьшению ошибки измерений и, как следствие, уменьшение необходимого числа пар импульсов области малых a (большие V), ситуация меняется на противоположную. Такая особенность может привести к тому, что, начиная с некоторых расстояний, РФ-лидар даже днем может оказаться более предпочтительным, чем ДП-лидар, однако при условии, если день ясный. В целом можно отметить, что ночное зондирование РФ-лидаром обладает большей оперативностью при NV 10 ( N дается в ррm, а V в км).



Pages:     | 1 |   ...   | 14 | 15 || 17 | 18 |   ...   | 64 |
 


Похожие работы:

« ЛЮБЧИК АННА НИКОЛАЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Е.И. Крапивский САНКТ-ПЕТЕРБУРГ -2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СТАДИИ СИНТЕЗА ПРОИЗВОДСТВА ЭТАНОЛАМИНОВ И РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНЫХ СИСТЕМ КОРРЕКЦИИ ЕГО ФРАКЦИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ ...»

« ПЕНКИН КОНСТАНТИН ВЛАДИМИРОВИЧ Математические модели стадии синтеза этаноламина и разработка оптимальных систем коррекции его фракций Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сажин С.Г. Дзержинск – 2014 г. 2 Оглавление Введение Глава 1. Анализ технологического процесса синтеза этаноламинов как ...»

«Величко, Александр Павлович Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы Москва Российская государственная библиотека diss.rsl.ru 2007 Величко, Александр Павлович.    Разработка ИК­радиометрического комплекса, обеспечивающего дистанционный контроль и исследование облаков и прозрачности атмосферы [Электронный ресурс] : дис. . канд. техн. наук : 05.11.13. ­ Москва: РГБ, 2007. ­ (Из фондов Российской ...»

« Пастухов Юрий Викторович ИНФОРМАЦИОННО – ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОМЫШЛЕННОЙ КОРРОЗИИ С ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении) Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – докт. техн. наук, профессор Муха Ю. П. Волгоград - 2014 2 Оглавление Введение.... 5 Глава 1. Современное состояние ...»

« Фесько Юрий Александрович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Тымкул Василий Михайлович Новосибирск – 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение 1 Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы по оптическим и оптико-электронным ...»

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.