WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |   ...   | 64 |

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

-- [ Страница 21 ] --

2) спутники представляют собой две системы линий, расположенных по обе стороны от возбуждающей линии;

3) с повышением температуры интенсивность «фиолетовых» спутников быстро возрастает.

Риунок 19 - Диаграмма энергетических уровней и переходов в молекуле при рэлеевском и комбинационном рассеянии света — — реальные энергетические уровни; - - - виртуальные энергетические уровни Возможны также обероны, равные 2vi, 3vi, и т.д., а также составные колебания. На рисунке 20 изображены сдвиги колебательно-вращательных линий КР типичных молекул, содержащихся в атмосфере, по отношению к линии возбуждающего излучения.

На рисунке 20 приведены также линии молекул азота, кислорода и водяных паров, присутствующих в атмосфере в больших количествах. Оценку абсолютной концентрации каждой молекулярной компоненты можно получить, сравнивая интенсивность КР «назад»

от этой компоненты с интенсивностью сигнала на линии молекул N 2, находящихся в том же объеме.

Рисунок 20 - Частотные сдвиги Q-ветвей колебательно-вращательных спектров КР относительно частоты возбуждающего лазерного излучения для молекул Правила отбора переходов КР для двухатомных линейных молекул имеют вид v = 0, 1 и j = 0, ± 2, где v и j колебательное и вращательное квантовое числа.

Переходы с v = 0,j = ± 2 соответствуют вращательному спектру КР, переходы сv = 1 и j = ± 2 колебательно-вращательному спектру КР, переходы с v = 0, j = рэлеевскому рассеянию.

рассеяния Принцип работы лидаров состоит в следующем: в атмосферу посылается, как правило, дополнительно коллимированный лазерный пучок и ведется наблюдение за светом, рассеянным в обратном направлении. При этом спектральное смещение сигнала независимыми от состояния атмосферы (наличия в ней частиц аэрозоля, флуктуации температуры). В этом заключается решающее достоинство лидара, основанного на явлении СКР (комбинационного лидара). [42,48-51,68,70-73,79-81,94,97,106,108,109,110,134,136].

Типичный прибор состоит из импульсного лазера, способного генерировать мощные моноимпульсы или последовательность импульсов (что важно для осуществления непрерывного слежения за атмосферой и повышения чувствительности метода); телескопа, расширяющего возбуждающий световой пучок, а значит, и уменьшающего его расходимость; телескопа, собирающего рассеянное излучение на входной щели спектрального аппарата или на блоке подобранных узкополосных и отсекающих интерференционных фильтров; системы приема, регистрации и обработки информации.

Установка монтируется стационарно в помещении либо в кузове автомашины.

Различают моностатические и бистатические лидарные системы. Моностатические системы основаны преимущественно на использовании рассеяния (лидар на КР, резонансных эффектах, дифференциальном поглощений рассеянного излучения), их (разнесенные) системы характеризуются тем, что имеют либо раздольно расположенные лазерный передатчик и приемный телескоп, либо лазер и телескоп, расположенные в одном месте, но разнесенные на некоторое расстояние. Схема бистатического комбинационного лидара показана на рисунке 21. [105,108,109,134,136,145] Основное уравнение комбинационного лидара для мощности возвращенного сигнала записывается следующим образом:

где Рл — мощность возбуждающего излучения лазера; и — длительность импульса;

пк— число рабочих импульсов; k1 — общий коэффициент пропускания оптики; Т0и Тс — коэффициенты потерь излучения при его однократном прохождении через атмосферу в области возбуждающей и смещенной линии соответственно; Апу — коэффициент, суммарно учитывающий параметры приемно-усилительной системы; Афп — эффективная площадь приемника; k2 — коэффициент, учитывающий перекрывание возбуждающего и возвращенного пучков; N (R) — плотность атмосферы; с — сечение рассеяния в обратном направлении; R — расстояние (высота).

Риунок 21 - Функциональная схема (а) и внешний вид (б) типичного лидара 1 – импульсный рубиновый лазер; 2 – кристалл-удвоитель частоты; 3 – фотодиод для измерения импульса; 4 – полупрозрачное зеркало; 5 – зеркало приемного телескопа; 6 – диафрагма; 7 – осветительная оптика; 8 – двойной монохроматор с ФЭУ, усилительной и регистрирующей системами Одним из основных требований к исследованию спектров КР является возможность измерения отношений J / J0и (J / J0)0. Относительная интенсивность рэлеевского рассеяния составляет 10–3 – 10–4 от интенсивности возбуждающего излучения, в то время как интенсивность спектров КР в 10–3 – 10–4 раз слабее. Следовательно, по сравнению с ЛДА для излучения спектров КР требуются более интенсивные лазерные источники света преимущественно с длиной волны излучения в видимой и ультрафиолетовой области спектра, так как интенсивность линии КР пропорциональна –4. Для выделения в спектре КР нужных линий используется монохроматор с очень высокой избирательностью, чтобы максимально ослабить сигнал от сравнительно интенсивной линии, обусловленной рэлеевским рассеянием, и паразитного рассеяния внутри прибора. Простой монохроматор ослабляет этот свет до уровня 10–4, а двойной – до уровня 10–10 – 10–12. Возможно также использование интерференционных фильтров с узкой полосой пропускания.

Преимущества и недостатки схемы лазерных локаторов, основанных на КР:

1. В отличие от методов резонансного рассеяния, не требуется применение определенной частоты лазерного излучения. Поэтому можно работать на частоте, слабо поглощаемой в атмосферных газах, хотя для повышения чувствительности предпочтительнее работать на более коротких длинах волн.





2. Обеспечивается исследование газовых компонент атмосферы с высоким разрешением по дальности. Длина волны может перестраиваться для наблюдений изолированных комбинационных спектров отдельных молекулярных соединений. Это обусловлено правилами отбора, которые существенно отличаются от правил отбора для обычных спектров излучения и поглощения.

3. Схема не ограничена определенными типами молекул. Она может применяться для обнаружения почти всех химических соединений, содержащихся в атмосфере. Для изучения соединений, спектр которых заранее неизвестен, желательно, чтобы детектирование всех частот комбинационного спектра осуществлялось одновременно либо как можно быстрее.

4. Полностью устраняется неопределенность в данных обратного рассеяния в случае, когда частота рассеянного сигнала равна частоте излучения лазера. Схема позволяет установить вид рассеяния принимаемого сигнала (рэлеевское или рассеяние на частицах). В результате обеспечиваются независимые измерения профиля аэрозоля и профилей плотности газовых компонент атмосферы.

5. Рассеянные сигналы всегда содержат комбинационное эхо от основных атмосферных газов (N2 и О2), поэтому абсолютною молекулярную плотность любого соединения легко получить, сравнивая интенсивности рассеянных сигналов, принятых из одной и той же области атмосферы.

6. Основным недостатком является невысокая чувствительность при больших дальностях. Это обусловлено тем, что поперечное сечение КР на три порядка меньше рэлеевского. Следовательно, необходимы лазеры с высокой мощностью излучения в более коротковолновом диапазоне длин воли. [79-81,94,97,106,108,109,110,134,136].

Измерение концентрации и температуры газов С помощью КР исследовано несколько газов промышленной чистоты. Давление, а, следовательно, и плотность (Tconst) изменялись по величине на три порядка. В качестве источника возбуждающего излучения использовался рубиновый лазер типа TRG модели 104А с модулированной добротностью ( = 694,3 нм). Энергия импульса излучения была кДж при длительности около 10 нс (по полуширине), что соответствовало пиковой мощности 100 МВт. Излучение было линейно поляризовано в вертикальной плоскости. В экспериментах использовался спектрограф модели М-401. Регистрация спектров КР на выходе спектрографа осуществлялась с помощью высокочувствительного ФЭУ (модель RCA № 031000) и высокоскоростного осциллографа. Ширина входной щели спектрографа регулировалась в пределах 25-100 мкм.

Рисунок 22 - Интенсивность стоксовой компоненты КР О2 (1), N2 (2) и СО2 (3), измеренная в воздухе, при комнатной температуре с помощью спектрографа, фильтрами, На рисунке 22 приведены результаты измерения интенсивностей линии КР в чистых газах. Для выделения комбинационных линий в спектре рассеянного света использовались два узкополосных фильтра. Для СО2, имеющего четыре стоксовы компоненты, спектрограф регистрирует общую интенсивность колебательно-вращательных полос на длинах волн 768,3 и 769,6 нм. Проводились также раздельные измерения интенсивности на полосах 710,2 и 762,3 нм, которая составляла 8,110–8 Вт при интенсивности возбуждающего излучения 75 МВт. Измеренная и расчетная интенсивности линий в диапазоне изменения плотности газа на 2,5 порядка хорошо согласуются. Погрешность измерений понижается при более высоких давлениях газа и увеличивается до 15-20% при низких. Нижний предел измеренного давления для N2 составил 1,3 кПa, что выше, чем для О2 и СО2 (0,4-0,53 кПа).

Это объясняется тем, что эффективное сечение света для N2 меньше, чем для О2 и СО2. При низком давлении интенсивность рассеянного света находится в пределах шума ФЭУ и не может быть измерена.

Графики, приведенные на рисунке 22, можно рассматривать как калибровочные и использовать их для определения парциальных концентраций веществ в различных газовых смесях, состав которых заранее известен. [106,108,109,110,134,136].

Параметры КР молекул многих веществ либо неизвестны, либо измерены неточно.

Типичным примером является вода, содержание которой в атмосфере и профиль ее распределения являются важнейшими параметрами формирования погодных условий. В связи с важностью константы (Н2О) проведен цикл измерений поперечного сечения колебания молекулы воды в жидкой и газообразной фазах с максимальным учетом возможных погрешностей. В качестве эталонных линий использовались линии КР газообразного азота 2331 см–1 и жидкого бензола 992 см–1, сечения которых определены точно. Спектр КР возбуждался аргоновым лазером (Рп = 1 Вт). В результате многократных записей интегральной интенсивности полосы 3400 см–1 жидкой воды и линии 992 см– бензола получено Ж(Н2О) = (9 ± 2) 10–30 см2 ср–1 мол–1. В туманах и спектре КР в области полосы v1 из-за сильной водородной связи наблюдается широкая полоса со сравнительно острым пиком на частоте 3652 см–1. При соответствующей обработке такой полосы можно определить содержание воды в жидкой и парообразной фазах. При измерении сечения КР линии 3052см–1 парообразной воды использовались те же эталонные линии. Поперечное сечение уменьшается почти в шесть раз при переходе из жидкой фазы в газообразную.

Аналогичная картина наблюдается и для многих органических веществ, но их поперечное сечение при переходе в пар уменьшается в 2-3 раза.

Проведены лабораторные измерения количественных характеристик КР от границы раздела «воздух – вода» с целью изучения загрязненности воды и выяснения возможностей устанавливаемого на борту самолета или спутника. КР паров воды зависит от энергии падающего фотона (в качестве эталона использовался N2).

На рисунке 23 приведены поперечные сечения для смеси паров углеводородов, входящих в состав нефти, которые в 115 раз больше поперечного сечения КР для азота.

На границе раздела спектр КР очень близок к спектру от объема жидкости.



Pages:     | 1 |   ...   | 19 | 20 || 22 | 23 |   ...   | 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.