WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 64 |

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

-- [ Страница 18 ] --

Это позволяет создавать малогабаритные и переносные приборы, которые можно использовать для проведения контроля в полевых условиях. [105,108,109,134,136,145] Проведение интегрального дистанционного контроля автомагистралей в продольном направлении требует использования более мощных лазеров, так как величина дистанции при контроле может составлять 1-5 км. Подобные системы контроля могут быть как стационарными, так и передвижными. Подобные системы интегрального дистанционного контроля могут монтироваться на верхних этажах зданий, расположенных на противоположных концах автомагистралей. Так, например, подобную систему можно было бы смонтировать в Санкт-Петербурге, при этом мощное лазерное устройство можно установить на здании Адмиралтейства, а приемные устройства - на верхних этажах зданий, расположенных в противоположных концах от Адмиралтейства на проспектах Невском, Московском, Вознесенском и улице Гороховой. Это позволило бы одновременно определять степень загрязнения атмосферного воздуха практически над всей центральной частью города, а концентрации вредных веществ (СО, СН, СО2, NО2 и другие) показывать в цифровом виде на табло при въезде на эти автомагистрали. Данная информация может использоваться, например, для регулирования интенсивности движения автотранспорта, если концентрация вредных веществ на автомагистрали будет превышать ПДК. [105,108,109,134,136,145] Работа любого лидара основана на полном ослаблении за счет поглощения, рассеяния лазерного пучка на известном расстоянии. Используя закон Бугера, интенсивность пучка на приемнике после прохождения расстояния R до отражателя и обратно, равна:

где T(vo, R) функция пропускания участка атмосферы длины R.

В общем случае коэффициент поглощения определяется суммарным поглощением всех газовых компонент воздуха. Для того, чтобы определить вклад в поглощение примеси i-го вида, необходимо частоту лазерного излучения o настроить в резонанс с ее линией поглощения. Если отсутствует наложение линий поглощения со стороны других газов, то можно принять abs(o,r) = iabs(o,i,r). Отстраивая частоту от резонанса в пределах ширины линии поглощения, проводят измерение на частоте o = o,i+. Учитывая, что отстройка не влияет на величину коэффициента рассеяния, так что T(o, R) = Ti(o,iR) = T, результатом сравнения двух измерений может стать величина относительной разницы в ослаблении лазерного пучка :

где I(o), I(o,i) ослабления излучения на частотах o, o,i:

Принимая Io(o) = Io(o,i) и учитывая сравнительно небольшое ослабление за счет поглощения, имеем:

Лазерное зондирование в большинстве случаев дает лишь суммарное содержание компоненты вдоль трассы, т.е. определяются интегральные усредненные характеристики.

При таком контроле измеряется количество вещества i-го вида, на трассе длины:

В этом случае получаются статистически достоверные данные о средней плотности на трассе:

Схема дистанционного контроля на заданной базе при помощи лидара показана на рис. 15.

Рисунок 15 - Функциональная схема устройства для регистрации загрязнений воздуха с использованием уголкового отражателя 1 лазер, 2 полихроматор, 3 оптический многоканальный анализатор, 4 регистрирующее устройство (ЭВМ, самописец и др.), 5 телескоп, 6 уголковый отражатель, 7 делительная пластина Для улучшения расходимости пучок лазера (1) расширяют с помощью телескопа (5).

Уголковый отражатель (6) отражает пучок точно назад. Он попадает на делительную пластинку (7) и с нее на полихроматор (2) и спектрометр (оптический многоканальный анализатор) (3). Результаты измерений выводятся на самописец (4). С помощью набора фотодиодов, установленных в плоскости изображения спектрометра, можно одновременно регистрировать весь спектр лазера, генерирующего на многих линиях.

Можно организовать регистрацию таким образом, чтобы одна половина фотодиодов использовалась для регистрации спектра лазера, а другая половина для регистрации спектра отраженного пучка. Это дает возможность измерять ослабление для всех линий и, следовательно, одновременно получать по методике базового метода оценки средние концентрации газовых компонент, резонансно поглощающих лазерное излучение. Для таких многоцелевых измерений хорошо подходят НF-, CO2- и CO - лазеры, генерирующие одновременно на многих частотах. [105,108,109,134,136,145] Активные спектрально-оптические методы дистанционного контроля газового состава атмосферы основаны на использовании процессов поглощения, рассеяния и флуоресценции, инициируемых лазерным лучом при прохождении через атмосферу. Во многих ситуациях для задач зондирования затруднительно использовать отражатель. В этом случае для примера можно использовать сигнал, возникший в результате взаимодействия лазерного луча с воздушной мишенью-аэрозолем или газовой компонентой.

Иллюстрация основного принципа действия лидара приведена на рис. 16.

Интенсивный импульс оптической энергии, испущенный лазером (2), проходит через соответствующую оптическую систему (3), расширяется телескопом (4) и направляется на исследуемую газовую мишень (11), находящуюся на расстоянии R от лидара.

1 импульсное питание, 2 импульсный лазер, 3 оптическая система, 4 телескоп, 5 спектральный анализатор, 6 фотодетекторная система, 7 стробирующий усилитель, 8 линия задержки, 9 стробирующие импульсы, 10 регистрирующее устройство (ЭВМ, самописец и др.), 11 объект контроля (газовая мишень) Свет от частиц газовой мишени (11) собирается телескопом (4) и, проходя через приемную оптику (3) и спектральный анализатор, служит для выделения наблюдаемого интервала длин волн и тем самым дискриминирует фоновую радиацию на других волнах.





Он может быть в форме монохроматора, полихроматора или набора узкополосных спектральных фильтров вместе с фильтром, блокирующим лазерную волну (если не интересуются аэрозольным или молекулярным решением).

Выбор фотодетекторов часто диктуется рабочим спектральным районом, который, в свою очередь, определяется видом применения и типом используемого лазера. Промежуток времени между моментами испускания лазерного импульса и регистрацией обратного сигнала определяется временем задержки t = 2R/C.

Включение приемника на время от t до t+td, осуществляемое стробируемыми импульсами (9), фиксирует свет, испущенный в i-ом процессе в интервале от R до R+L.

Стробирующая система, куда входят импульсное питание (1), линия задержки (8), стробирующий усилитель (7), может варьировать как время задержки, так и время детекции td, а поэтому и глубину зондирования R, и ширину сигнального интервала L i.

Локация и пространственное разрешение достигаются за счет выделения в приемнике той части сигнала, которая проходит от частиц, распределенных в пределах некоторого ограниченного объема. Это позволяет с помощью лидарных методов измерять концентрацию загрязняющих веществ с точностью разрешения в любой заданной точке пространства в конкретный момент времени. Такие методы обычно называются дифференциальными. Далее мы будем иметь дело только с этими методами.

Основные параметры лазерных источников, которые могут быть использованы для измерений параметров окружающей среды, приведены в таблице 22.

Таблица 22 - Импульсные лазеры для дистанционного зондирования окружающей среды Активная Длина Длительность Частота повто- Размеры пучсреда волны, мкм Одномодов Многомодов импульса, мкс рения, имп/с ка, мм (мрад) Аргонкриптон Диоксид углерода стекло Некоторые типы лазеров могут излучать импульсы, обладающие очень высокой расходимостью. Лазеры с такими свойствами являются почти идеальными приборами для зондирования окружающей среды, но они должны работать при высокой частоте повторения импульсов.

Для того, чтобы иметь более широкие возможности, следует использовать генерацию второй гармоники и параметрическое преобразование. Твердотельные лазеры могут быть использованы по исследованию Мu и комбинационного рассеяния света.

Особый интерес для индикации параметров окружающей среды представляют мощные азотные лазеры, работающие на 337,1 нм. Благодаря короткой длине волны излучения азотного лазера, он пригоден для возбуждения флуоресценции в различных материалах. [42,48-51,68,70-73,79-81,94,97,106,108,109,110,134,136].

Разработка перестраиваемых лазеров на органических красителях привела к созданию методов возбуждения электронных переходов в атомах и молекулах и к использованию методов резонансного рассеяния и дифференциального поглощения для дистанционного зондирования. Инверсия населенности в красителе создается оптической накачкой при помощи импульсной лампы вспышки или другого лазера.

полупроводниковые лазеры. [42,48-51,68,70-73,79-81,94,97,106,108,109,110,134,136].

С точки зрения зондирования параметров окружающей среды перестраиваемые инфракрасные лазеры обладают тем достоинством, что многие вещества имеют колебательновращательные переходы, селективно возбуждаемые инфракрасным излучением.

В области коротких волн (менее 300 нм) у многих веществ также имеется богатый набор переходов, однако отсутствие подходящих лазеров ограничивает диапазон их применения в дистанционном зондировании.

Разработка новых лазеров на основе галогенидных соединений инертных газов будет способствовать созданию целого класса лазеров, которые в состоянии обеспечить высокую мощность излучения при длине волны ниже 337 нм. Такие лазеры по своей сущности являются перестраиваемыми. Например, лазер на основе фторида криптона имеет мощность излучения 100 мВт в импульсе при 248,4 нм, а его выходное излучение можно перестраивать в пределах 4 нм.

Хотя такие разработки открывают новые интересные возможности в области дистанционного зондирования благодаря отсутствию солнечного фона при этих длинах волн, а также позволяют получить резонансное комбинационное рассеяние света, но чрезвычайно высокая чувствительность живых организмов к такому излучению может помешать их использованию, за исключением ограниченных случаев.

Представляет интерес вариант использования для зондирования атмосферы твердотельных лазеров с пиротехнической накачкой на базе фосфатных стекол с неодимом (эрбием) или на основе гранатов типа ИСГГ. Такой лазер перспективен для лидарных систем в бортовом исполнении, в связи с незначительным потреблением электрической энергии при малой массе и габаритах лазера.

Наиболее эффективными широкополосными перестраиваемыми лазерами для дистанционного контроля атмосферы являются лазеры на красителях, которые позволяют охватить область длин волн от ближайшей ультрафиолетовой до ближайшей инфракрасной. [42,48-51,68,70-73,79-81,94,97,106,108,109,110,134,136].

Отечественной промышленностью серийно выпускаются широкополосные лазеры на жидких растворах красителей с ламповой и когерентной накачкой.

Лазеры на жидких растворах красителей позволяют получать импульсы с большой энергией (при ламповой накачке) и импульсы малой длительности (при когерентной накачке), и обеспечивают перестройку длин волн в широком диапазоне. Однако им присущи эксплуатационные недостатки, связанные с прокачкой красителя и возможностью испарения растворителя.

В последнее время ведутся обширные исследования по разработке твердотельных лазеров на красителях. Значительное число исследований в области разработки широкополосных лазеров на красителях находится на уровне создания новых активных сред на основе активированных красителями полимерных (термопластичных и термореактивных) матриц и до настоящего времени не вышли из рамок лабораторных исследований. Исключение составляет широкополосный лазер на основе активированного красителями ПММА, выпуск которого налажен отечественной промышленностью в году. [42,48-51,68,70-73,79-81,94,97,106,108,109,110,134,136].



Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 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.