Главная » Android » Лазерный газоанализатор. Лазерный оптико-акустический газоанализатор внутрирезонаторного типа. Функциональные возможности комплекса

Лазерный газоанализатор. Лазерный оптико-акустический газоанализатор внутрирезонаторного типа. Функциональные возможности комплекса

Характеристика

Прибор предназначен для проведения оперативного газоанализа атмосферного воздуха методом оптико-акустической лазерной спектроскопии

Принцип действия газоанализатора основан на генерации акустических волн в воздухе при взаимодействии модулированного лазерного луча с молекулами газовой примеси, поглощающей лазерное излучение на заданной длине волны. Акустические волны преобразуются микрофоном в электрические сигналы, пропорциональные концентрации поглощающего газа. Перестраивая длину волны лазера и используя известные спектральные данные о коэффициентах поглощения различных газов, можно определить состав детектируемой газовой примеси.

Отличительной особенностью данного газоанализатора является совмещение в единой конструкции перестраиваемого волноводного СО2-лазера и прокачного оптико-акустического детектора (ОАД) дифференциального типа. ОАД располагается внутри лазерного резонатора и образует единую конструкцию с лазером. Благодаря этому уменьшаются потери на оптических элементах, повышается мощность внутри рабочего канала ОАД и жесткость всей конструкции. В газоанализаторе используется автоматически перестраиваемый по линиям волноводный СО2-лазер с высокочастотным (ВЧ) возбуждением, в котором импульсно-периодический режим генерации задается модуляцией мощности ВЧ-генератора, что дает возможность оптимизировать энергопотребление путем регулировки скважности импульсов возбуждения. В конструкции используемого ОАД дифференциального типа имеется два резонансных акустических канала, в

которых формируются противофазные акустические волны, что позволяет при введении соответствующей обработки свести к минимуму шумыпри протекании воздуха через каналы.

Данные особенности прибора являются уникальными и в совокупности обеспечивают предельно высокую для оптико-акустических устройств чувствительность детектирования, низкий уровень аппаратурных шумов и относительно малое общее энергопотребление.

Газоанализатор способен регистрировать минимальные коэффициенты поглощения газовых примесей в атмосфере в потоке газа на уровне ~ 5 × 10-10 см-1 с высоким быстродействием, присущим оптическим методам газоанализа. Благодаря этим качествам, а также возможности перестройки длины волны лазерного излучения в области 9,3÷10,9 мкм газоанализатор позволяет проводить в реальном времени измерения малых концентраций атмосферных и антропогенных газов (на уровне 1 ppb и менее), таких как С2

Н4, NH3, O3, C6, SO2, SF6, N2

O, CH3, CH3и т.д.,

включая парыряда взрывчатых и отравляющих веществ (всего около 100 веществ).

Указанные свойства позволяют применять прибор для контроля концентраций химических молекулярных соединений в атмосферном воздухе и технологических процессах, проводить анализ выдыхаемого воздуха с целью выявления различных заболеваний и т.д.

Применение эффекта

Очевидные преимущества ОА-метода в сочетании с использованием достаточно мощных непрерывных перестраиваемых по частоте лазеров делают его особенно привлекательным для решения задач, требующих измерения слабого поглощения излучения молекулярными газами. В первую очередь это касается задач газового анализа при малых и сверхмалых концентрациях молекул в среде.

Статья в тему

Параметрический синтез антенны базовой станции по заданным требованиям к диаграмме направленности
Антенной называется радиотехническое устройство, предназначенное для изучения или приема электромагнитных волн. Антенна является одним из важнейших элементов любой радиотехнической системы, связанной с излучением или приемом радиоволн. К таким системам относят: системы радиосвязи, ра...

Владельцы патента RU 2613200:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред.

Среди разнообразных методов газоанализа особое место занимает метод, основанный на спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) света. Спектры КР объясняются рассеянием возбуждающего лазерного излучения молекулами на частотах, соответствующих их внутреннему строению, а интенсивность данных спектров линейно зависит от количества молекул. Таким образом, суть данного метода заключается в регистрации спектров КР и проведении по ним качественного и количественного анализа газовых сред. В первую очередь, данный подход отличает отсутствие расходных материалов и сложной пробоподготовки, высокое быстродействие, а также возможность одновременного контроля всех молекулярных соединений анализируемой газовой среды, содержание которых превышает порог чувствительности аппаратуры. Благодаря этим преимуществам данный тип газоанализаторов является одним из наиболее перспективных на сегодняшний день.

Необходимо отметить, что основным недостатком газоанализа с помощью спектроскопии КР является низкая интенсивность информативных сигналов, что напрямую отражается на величинах пороговых пределов обнаружения газовых компонентов и относительно невысокой достоверности проводимого газоанализа.

Известен лазерный анализатор, основанный на методе спектроскопии комбинационного рассеяния света [свидетельство на полезную модель №10462, 1999 г., G01N21/25]. Несмотря на то, что данное устройство предназначено для газоанализа природного газа, оно способно осуществлять диагностику и других газовых сред. Данный анализатор содержит лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, конденсорный объектив, деполяризующий клин, голографический фильтр, полихроматор, содержащий вогнутую дифракционную решетку, приемный блок, содержащий распределительный элемент и фотодиодные линейки, а также блок управления и ЭВМ. Суть его работы заключается в регистрации спектра комбинационного рассеяния света исследуемой газовой среды и проведении по нему качественного и количественного анализа. Основным недостатком данного устройства является низкая достоверность анализа, обусловленная низкой интенсивностью регистрируемых спектров КР. Данное обстоятельство, в свою очередь, обуславливается использованием объектива для сбора рассеянного света с малой светосилой (1:6) и спецификой полихроматора, использующего вогнутую дифракционную решетку и, соответственно, обладающего также малой светосилой.

Наиболее близким по принципу действия (прототипом) является анализатор состава природного газа [Патент РФ № 126136, 2013 г., G01N 21/00]. Данный анализатор также основан на спектроскопии комбинационного рассеяния света и имеет потенциал анализа любых молекулярных соединений. Данный анализатор частично лишен недостатка устройства, описанного выше, в части использования компонентов с малой светосилой. Указанное устройство имеет в своем составе лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету, фотообъектив со светосилой 1:1.8, голографический фильтр, блок управления, а также светосильный спектральный прибор с плоской дифракционной решеткой, сопряженный с ПЗС-матрицей.

Тем не менее основным недостатком данного анализатора газа является низкая достоверность анализа, обусловленная относительно низкой интенсивностью регистрируемых спектров КР.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение интенсивности регистрируемых спектров КР за счет увеличения плотности молекул в области взаимодействия лазерного луча и анализируемого газа.

Технический результат – повышение достоверности газоанализа.

Указанный результат достигается тем, что в системе, содержащей непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, обеспечивающий ослабление рассеянного излучения на длине волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, в отличие от прототипа, внутренние грани газовой кюветы выполнены таким образом, что они образуют прямоугольный параллелепипед, причем на грани, не имеющей окна и параллельной другой грани, также не имеющей окна, установлен акустический излучатель с частотой, создающий внутри кюветы стоячую звуковую волну, перпендикулярную лазерному лучу и обеспечивающую в области фокусировки область сжатия газа.

Известно, что акустическая волна представляет собой чередующиеся области сжатия и разрежения среды, в которой она распространяется. Выполнение внутренних граней кюветы таким образом, что образуется прямоугольный параллелепипед, а также обеспечение условий для образования внутри нее стоячей волны (см. соотношение 1) позволяет зафиксировать в пространстве данные области, причем за счет резонанса разница давлений в них увеличится.

где l – длина распространения акустической волны, λ – длина волны, n – целое нечетное число (1, 3, 5, …), ввиду того, что лазерный луч проходит через центр кюветы.

Таким образом, в области фокусировки лазерного луча внутри кюветы обеспечивается область сжатия газа, характеризующаяся повышением плотности молекул и, соответственно, их концентрацией, что обеспечивает повышение интенсивности сигналов КР в силу соотношения 2.

I=I 0 NΩσ, (2)

где I – интенсивность сигналов КР, I 0 – интенсивность возбуждающего лазерного излучения, Ω – угол сбора рассеянного излучения, N – концентрация молекул данного сорта, σ – сечение рассеяния.

В свою очередь повышение интенсивности информативных сигналов КР гарантированно ведет к повышению достоверности проводимого газоанализа.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого лазерного газоанализатора (вид сбоку).

На фиг. 2 приведена блок-схема газоанализатора (вид сверху).

Лазерный газоанализатор содержит лазер (1), работающий в непрерывном режиме, фокусирующую линзу (2), газовую кювету (3), оснащенную окном для ввода лазерного излучения (4) и окном для вывода рассеянного света (5), акустический излучатель (6), фотообъектив (7) для сбора рассеянного излучения, голографический фильтр (8), спектральный прибор (9), ПЗС-матрицу (10) и блок управления (11).

Предлагаемый лазерный газоанализатор работает следующим образом. Возбуждающее излучение от лазера 1 фокусируется линзой 2 в центре газовой кюветы 3, проходя сквозь входное окно 4. Внутри кюветы 3 установлен акустический излучатель 6, генерирующий акустические волны. В силу его расположения от противоположной грани кюветы на расстоянии, кратном половине длины акустической волны, внутри кюветы образуется стоячая акустическая волна с областью сжатия в области фокусировки лазерного луча. Лазерное излучение, в свою очередь, рассеивается на молекулах анализируемого газа, находящегося внутри кюветы. Данное рассеянное излучение, наибольшая плотность мощности которого находится в центре кюветы, выходит через окно 5 и собирается фотообъективом 7. Данный объектив направляет собранное излучение на входную щель спектрального прибора 9, сквозь голографический фильтр 8, роль которого ослабить интенсивность упругого рассеяния света на частоте возбуждающего излучения. Спектральный прибор 9 разлагает попавший в него свет в спектр, который далее регистрируется ПЗС-матрицей 10. Последняя передает электрические сигналы в блок управления 11, где возможны их обработка и хранение.

Непосредственно вычисление качественного и количественного состава анализируемой газовой среды по зарегистрированному спектру КР может быть осуществлено либо в блоке управления, либо передано из него на компьютер.

Предлагаемое изобретение характеризуется более высокой достоверностью анализа, обусловленной регистрацией спектров КР газов с более высокой интенсивностью и, соответственно, более высоким соотношением сигнал/шум.

Лазерный газоанализатор, содержащий непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, обеспечивающий ослабление рассеянного излучения на длине волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, отличающийся тем, что внутренние грани газовой кюветы выполнены таким образом, что они образуют прямоугольный параллелепипед, причем на грани, не имеющей окна и параллельной другой грани, также не имеющей окна, установлен акустический излучатель с частотой, создающий внутри кюветы стоячую звуковую волну, перпендикулярную лазерному лучу и обеспечивающую в области фокусировки область сжатия газа.

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицине, а именно к терапии и кардиологии, и может быть использовано для диагностики ишемической болезни сердца. Ткань ногтевых пластин с пятых пальцев кистей правой и левой рук возбуждают линейно поляризованным лазерным излучением длиной волны 532 нм.

Изобретение относится к способу определения компонента в сепарационном блоке, расположенном ниже по потоку относительно реактора получения уксусной кислоты, включающему (i) подачу сырьевого потока в ректификационную колонну для перегонки низкокипящих фракций, где сырьевой поток содержит следующие компоненты: йодистый метил, воду, метанол, метилацетат, ацетальдегид, уксусную кислоту, алканы и пропионовую кислоту, (ii) разделение с помощью ректификационной колонны для перегонки низкокипящих фракций сырьевого потока на первый погон выходящего потока и выходящий поток кубового остатка, где первый погон выходящего потока содержит следующие компоненты: от 30% мас.

Изобретение относится к переносным устройствам для экспресс-оценки оптических характеристик растений на определенных волновых числах, закономерное изменение амплитуды которых является признаком влияния водорода, и может применяться для выявления зон эманации водорода за счет использования растений в качестве биоиндикаторов.

Изобретение относится к способу получения винилацетата, где указанный способ включает: (а) взаимодействие в реакторе (i) от 65 до 80 мол.% этилена, (ii) от 10 до 25 мол.% уксусной кислоты и (iii) от 5 до 15 мол.% кислородсодержащего газа в присутствии палладиево-золотого катализатора с получением винилацетата; (b) выведение из реактора газового потока, содержащего этилен, уксусную кислоту, винилацетат, воду и диоксид углерода; (c) разделение газового потока на поток этилена, включающий этилен и диоксид углерода, и первичный поток винилацетата, включающий винилацетат, воду и уксусную кислоту; (d) разделение потока этилена на поток регенерированного этилена и поток диоксида углерода; (e) разделение первичного потока винилацетата на поток винилацетата и поток регенерированной уксусной кислоты; (f) повторную подачу в реактор на стадию (а) потока регенерированного этилена со стадии (d) и потока регенерированной уксусной кислоты со стадии (е); (g) измерение концентрации компонентов, принимающих участие или связанных с одной или несколькими из перечисленных выше стадий, с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, где данная стадия измерения включает стадию идентификации сдвигов комбинационного рассеяния и интенсивностей сигналов компонентов, принимающих участие или связанных с одной или несколькими из перечисленных выше стадий; и (h) регулирование условий в реакторе или в любой из последующих стадий в соответствии с измеренными концентрациями компонентов для осуществления надлежащего управления реакцией или любой из последующих стадий.

Изобретение относится к области исследования свойств вещества оптическими средствами и касается анализатора комбинационного рассеяния. Анализатор включает в себя расщепитель оптического пучка, фильтр на атомных парах, прерыватель и фотодетектор.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и предназначено для качественного и количественного анализа природного газа (ПГ). Способ включает облучение газа линейно поляризованным монохроматическим лазерным излучением и одновременную регистрацию m спектров спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) эталонных газовых компонентов, входящих в состав ПГ, причем для них дополнительно регистрируется интегральная интенсивность облучающего лазерного излучения Ii, i=1..m, а величины относительных концентраций компонентов анализируемого ПГ из его спектра СКР определяются по формуле, в которую входят вклады спектров СКР эталонных газовых компонентов в зарегистрированный спектр СКР ПГ, вычисленные с помощью метода наименьших квадратов.

Изобретение относится к области оптических сенсоров, регистрирующих молекулярные группы и работающих в видимом диапазоне частот. Возобновляемая подложка для детектирования поверхностно-усиленного рамановского рассеяния состоит из наноструктурированной SERS-подложки и пассивирующего диэлектрического слоя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа газовых сред. Лазерный газоанализатор содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и окном для вывода рассеянного излучения под углом 90°, фотообъектив, голографический фильтр, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления. Внутренние грани газовой кюветы образуют прямоугольный параллелепипед, причем на грани, не имеющей окна и параллельной другой грани, также не имеющей окна, установлен акустический излучатель, создающий внутри кюветы стоячую звуковую волну, перпендикулярную лазерному лучу и обеспечивающую в области фокусировки область сжатия газа. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности газоанализа. 2 ил.

Лазерный газоанализатор «ЛГАУ-02» предназначен для измерения концентрации газообразных углеводородов в воздухе, прокачиваемом через газовую кювету прибора. Газоанализатор может использоваться как в автономном варианте, так и в составе мобильных авто- и авиалабораторий. В состав комплекса входят:

лазерный газоанализатор «ЛГАУ-02»;
выносной блок управления с источниками звуковых сигналов;
дополнительно: персональный компьютер с установленным программным обеспечением.

Рис. 1

Схема организации автолаборатории представлена для поиска утечек из подземных газопроводов представлена на Рис. 1 В авиалаборатории, можно обойтись без побудителя расхода, обеспечив эффективный воздухозабор напором забортного воздуха, а на ручной тележке можно вместо приземного пробоотборного устройство использовать выносное.

Достоинства газоанализатора «ЛГАУ-02» проявляются при решении задач:

обнаружения утечек из подземных газопроводов городских газовых сетей, а также из магистральных и распределительных трубопроводов с помощью автолаборатории, осуществляющей измерения на ходу;
обнаружения утечек из подземных, наземных и воздушных газопроводов с помощью ручной тележки, осуществляющей измерения на ходу;
обнаружения утечек из магистральных газопроводов с помощью авиалаборатории;
измерения вариаций метанового (углеводородного) фона на больших площадях (углеводородная съемка) помощью авиалаборатории с целью поиска месторождений нефти и газа и экологического контроля состояния атмосферы.

Рис. 2

Программное обеспечение позволяет вести архивы. Также ведется журнал событий.

Функциональные возможности комплекса

Газоанализатор выполнен в виде оптико-электронного измерительного блока в пыле- и брызгозащищенном корпусе по IP54 и комплектуется выносным пультом управления, снабженным аналоговым индикатором, единственной кнопкой установки нуля и двухступенчатой звуковой и световой сигнализацией повышенных концентраций с регулируемыми порогами срабатывания. Простота монтажа и обслуживания прибора, высокая надежность, небольшие габариты и энергопотребление позволяют использовать его в автономном режиме, на ручных тележках, автомобилях и на борту практически любых авианосителей, включая дельтапланы и минисамолеты. Газоанализатор может работать полностью автономно, а вместо выносного пульта может подключаться любое измерительное устройство напряжения постоянного тока от 0 до 5 В. Документирование данных измерений и построение графика в режиме реального времени может осуществляться на обычном персональном компьютере с интерфейсом RS 232C, в том числе переносном. При подключении к системе газоанализатор-компьютер спутниковой навигации возможно картографирование поля загазованности. Побудитель расхода может подключаться через специальную кнопку коммутации напряжения питания на лицевой панели прибор.

Опыт эксплуатации

Опыт эксплуатации. С 1998 г. Санкт-Петербургское городское газовое хозяйство «Ленгаз» и с 2004 г. Московское ГУП «Мосгаз» эксплуатируют автолаборатории для поиска утечек природного газа из городских подземных газопроводов на базе «ЛГАУ-02». Опытные образцы прибора эксплуатировались в составе авиалабораторий при проведении атмогеохимической съемки в комплексе газонефтепоисковых работ в Татарстане, Чувашии и на севере Красноярского края и при экологическом обследовании атмосферы городов Тулы и Москвы. Кроме того, приборы использовались в составе автолабораторий при геоэкологическом обследовании территорий распространения техногенных грунтов в ряде районов массовой застройки г. Москвы, а также автономно при проведении наземной геохимической съемки в Корее. На основе газоанализатора был создан бортовой компьютеризованный комплекс для авиационной углеводородной газовой съемки. В полевом сезоне 2001 г. налет комплекса на борту самолета Ан 2 без единого отказа прибора превысил 600 часов, а общий объем покрытой площади составил около 30 тыс. кв. км.

Перспективы развития комплекса

Реализация дополнительных интерфейсов USB;
Подключение прибора спутниковой навигации GPS с интерактивной картой местности;
Реализация дополнительных возможностей по заказу пользователя.

Публикации

Журнал «Приборы и техника эксперимента», 1999, №5

Лазерный газоанализатор для поиска утечек газа из подземных газопроводов

Журнал «Приборы и системы управления», 1998, №9

Бортовой лазерный абсорбционный газоанализатор углеводородов

Использование: контроль вредных веществ, содержащихся в воздухе. Сущность изобретения: устройство содержит лазерную газоразрядную трубку, блок формирования луча, выполненный в виде дифракционной решетки на пьезокорректоре, которые расположены в тангенциальном узле, связанном с шаговым двигателем, оптико-акустическую ячейку, реперную кювету, измерительный и фоновый микрофон, и два пироэлектрических датчика, подключенных через аналого-цифровой преобразователь и блок сопряжения ко входу персональной ЭВМ. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля вредных веществ, содержащихся в воздухе. Перечни вредных веществ в воздухе рабочей или жилой зоны насчитывают сотни веществ, оказывающих воздействие на организм человека. Известно множество приборов, например служащий для контроля состава воздуха с помощью различных методов измерений: химикоаналитического, хроматографического, кулонометрического и т.д. Одним из наиболее пригодных для выполнения оперативных измерений с возможностью контроля большого числа вредных веществ является метод с использованием поглощения ИК-излучения. Известны газоанализаторы типа ГИАМ предназначенные для регистрации одного из следующих газов: CO, CO 2 , CH 4 , SO 2 , NO. В качестве источников ИК-излучения в них используются нити накаливания (лампы), имеющие сплошной спектр излучения. Для выделения спектрального диапазона, отвечающего спектру поглощения исследуемого вещества, используются светофильтры. Измерения ведутся с использованием сравнительной кюветы с эталонным газом. Прерывистый световой поток поочередно направляется на рабочую и сравнительную кюветы, проходя через которые он (световой поток) регистрируется оптикоакустическим детектором, наполненным измеряемым газом. По разнице сигналов с детекторов определяется концентрация исследуемого вещества в воздухе. Приборы подобного типа, обладая хорошей оперативностью (время установления показаний примерно 10 с), не позволяют вести одновременную (в одной пробе) регистрацию больше одного компонента загрязняющих веществ. Известен универсальный газовый монитор 1302 фирмы Брюль и Къер позволяющий вести одновременную регистрацию до пяти примесей в одной пробе воздуха. В качестве источника ИК-излучения в приборе используется нить накаливания. Изменение спектра ИК-излучения, попадающего в чувствительный объем оптико-акустической ячейки, приводится автоматически в процессе измерений с помощью набора узкополосных светофильтров, установленных на вращающемся диске. Проба воздуха заполняет объем оптико-акустической ячейки. На время проведения замера, вход и выход ячейки перекрывается от наружного воздуха. С помощью микрофонов измеряют амплитуду колебаний давления, возникающего в ячейке при поглощении прерывистого светового потока исследуемой пробой. Измерения выполняются для каждого светофильтра. Полное время измерения одной пробы составляет примерно 2 мин. По результатам измерений определяется концентрация до пяти примесей в одной пробе. Управление работой прибора и обработка результатов измерений приводится с помощью встроенного процессора. Поставляемой отдельно набор из двух 2-х сменных узкополосных светофильтров позволяет проводить регистрацию большого числа примесей, поглощающих ИК-излучение. Однако прибор позволяет выполнять измерения лишь при априорно известном составе загрязнителей. В противном случае перекрытие полос поглощения различных веществ не позволяет получить адекватную информацию о составе вредных веществ в воздухе. Наиболее близким к предлагаемому решению является лазерный газоанализатор, описанный в и содержащий лазерную газоразрядную трубку, к которой подключен источник высоковольтного напряжения и блок охлаждения, расположенные на одной оптической оси, блок формирования луча и оптико-акустическую ячейку, к которой подключены блок забора воздуха, измерительный микрофон и пироэлектрический датчик, аналого-цифровой преобразователь, подключенный через блок сопряжения и блок ввода и вывода данных с входом персональной электронно-вычислительной машины. Выход которой через блок сопряжения соединен со входом блока управления. Использование лазерного источника ИК-излучения позволяет реализовать в приборе высокое спектральное разрешение примерно (10-20 нм). Регистрация поглощения в исследуемом газе осуществляется при помощи оптико-акустической ячейки. Газоанализатор состоит из трех основных частей: источника перестраиваемого ИК-излучения, оптико-акустической ячейки (ОАЯ), системы регистрации и обработки информации. В устройстве блок формирования луча выполнен в виде оптически связанных модулятора, формирователя, зеркала, фокусирующей линзы и дифракционной решетки. Выбранной в приборе способ перестройки длины волны лазерного излучения с использованием дифракционной решетки и поворотного зеркала позволяет реализовать выделение 36 линий излучения. Идентификация линий излучения проводится только при настройке прибора. При поглощении излучения в исследуемом газе, заполняющем ОАЯ, в ней формируется акустическая волна, регистрируемая конденсаторным микрофоном. Сигналы с микрофона и пироэлектрического приемника излучения, регистрирующего мощность лазерного излучения, подаются на вход двухканальной системы регистрации, состоящей из двух синхронных детекторов. Аналоговая запись регистрируемых сигналов ведется с помощью самописца. Информация может быть считана при помощи цифрового вольтметра и ЭВМ. Недостатками прототипа являются ограниченное число линий излучения, что влияет на многокомпонентность в одной пробе воздуха, и отсутствие контроля за длиной волны излучения. Задачей изобретения является обеспечение экспрессного многокомпонентного анализа состава воздуха по вредным веществам с высокой точностью. Эта задача в устройстве, содержащем лазерный газоанализатор, содержащем лазерную газоразрядную трубку, к которой подключен источник высоковольтного напряжения и блок охлаждения, расположенные на одной оптической оси блок формирования луча, выполненный в виде дифракционной решетки на пьезокорректоре, и оптико-акустическую ячейку, к которой подсоединены блок забора воздуха и измерительный микрофон, пироэлектрический датчик, подключенный через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок сопряжения ко входе ПЭВМ, решается за счет того, что газоанализатор дополнительно содержит фоновый микрофон, расположенные на одной оптической оси реперную кювету и дополнительный пироэлектрический датчик, подключенный аналогично основному пироэлектрическому датчику, а также дифференциальный усилитель, в блоке формирования луча дифракционная решетка и пьезокорректор расположены в тангенциальном узле, связанном с шаговым двигателем, причем выходы измерительного и фонового микрофонов подключены через дифференциальный усилитель к АЦП, выхода блока управления соединены с соответствующими входами пьезокорректора и шагового двигателя блока формирования луча, выход персональной ЭВМ через блок сопряжения соединен с блоком управления. Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемое выполнение блока формирования луча позволяет иметь большой (до 70 линий ИК-излучения) набор длин волн с фиксированной и контролируемой длиной волны (многокомпонентность и точность); программное обеспечение и банк данных, используемые в ПЭВМ и связь его через блок сопряжения и блок управления со всеми датчиками газоанализатора, обеспечивает оперативность коррекции ухода параметров и обработки информации. На чертеже представлена структурная схема газоанализатора. Он содержит лазерную газоразрядную трубку ЛГРТ 1 (CO 2 -лазер), высоковольтный блок питания 2 ЛГРТ, блок охлаждения 3 служит для охлаждения ЛГРТ, диафрагма 4 регулирует мощность излучения, дифракционная решетка 5, поворот которой меняет длины волны излучения, пьезокорректор 6 компенсирует температурную нестабильность, тангенциальный блок 7, продольное перемещение которого на 20 мм приводит к повороту дифракционной решетки 5 на 14 o , шаговый двигатель 8 осуществляет перемещение тангенциального блока 7, зеркала 9, направляющие ИК-излучение на входное окно АОЯ, элементы 4, 5, 6, 7, 8 и 9 составляют блок формирования луча 26, пироэлектрический датчик 10, на который попадает ИК-излучение, частично отраженное от входного окна ОАЯ, пироэлектрический датчик 11, регистрирующий ИК-излучение, прошедшее через ОАЯ через реперную кювету, микрофон фоновый 12, не "видящий" чувствительного объема ОАЯ, микрофон измерительный 13, регистрирующий периодическое изменение давления в ОАЯ за счет поглощения прерывистого светового потока, оптико-акустическая ячейка ОАЯ 14 чувствительный элемент газоанализатора, реперная кювета 15 с известным наполнением, используемая для контроля длины волны излучения, нагнетатель 16, подающий исследуемый воздух в ОАЯ, электромагнитные клапаны 17, 18 и 19, регулирующие поток исследуемого воздуха, воздухозаборник (трубка) 20, обтюратор 21, служащий для периодического прерывания потока излучения, фильтр 22, датчик температуры 23 в системе охлаждения, датчик давления 24 в системе охлаждения, датчик 25 давления в цепи воздухозабора, ПЭВМ 27 осуществляет управление работой и сбор результатов измерений, блок сопряжения 28 связан магистралью с ПЭВМ 27, с блоком управления 29, аналого-цифровым преобразователем АЦП 30, ПЭВМ 27 типа IBM PC обеспечена программным обеспечением 31 и банком данных 32 (показаны условно). Сигналы с 13 и 12 вычитаются один из другого, разность нормируется на показания пироэлектрического датчика 10. Измерения проводятся при длинах волн, задаваемых от ПЭВМ 27 (каждая длина волны отвечает определенному шагу шагового двигателя 8). Блок сопряжения 28 служит для сопряжения ПЭВМ 27 и исполнительно-регистрирующей части газоанализатора с АЦП 30, который преобразует сигналы с пироэлектрических датчиков 10, 11 и с дифференциального усилителя 33 в цифровой код. Блок управления 29 осуществляет работу исполнительных механизмов нагнетателя 16, пьезокорректора 6, шагового двигателя 8, электромагнитных клапанов 17, 18 и 19. Блок управления 29 осуществляет также контроль давления и температуры в цепи охлаждения ЛГРТ 1 и контроль давления в системе воздухозабора. Забор пробы в ОАЯ 14 проводится через воздухозаборную трубку 20, фильтра 22. Воздух по трубке 20 движется под действием нагнетателя 16. Регулировка направлением потока ведется клапанами 17, 18, 19. Датчик давления 25 служит для проверки исправности системы воздухозабора. В режиме измерения часть излучения поглощается исследуемым газом в ОАЯ 14, вызывая периодические колебания давления с частотой, равной частоте прерывания пучка излучения обтюратором 21, которые регистрируются микрофон 13. Часть излучения, пройдя через выходное окно ОАЯ 14, попадает в реперную кювету 15, а затем на пироэлектрический датчик 11. При обработке используются сигналы с дифференциального усилителя 33 (входы которого соединены с микрофонами 12 и 13) и пироэлектрического датчика 11, нормированные на показания датчика 10. Управление работой газоанализатора, сбор и обработка результатов осуществляется с помощью ПЭВМ 27 типа IBMHC с использованием специально разработанного программного обеспечения 31 и банка данных 32. Работа газоанализатора, оператора и функциональное назначение программ описано ниже. Работа с газоанализатором начинается с включения ПЭВМ 27 в сеть и загрузки программного обеспечения SCO 2 , содержащего следующие программы: 1. CONTROL; 2. TEST 3. TEST LINE; 4. SPECTRA; 5. CALCULATION; 6. RESULT; 7. BANK. После загрузки SCO 2 на экран дисплея ПЭВМ 27 выводится сообщение "ВКЛЮЧИ ГАЗОАНАЛИЗАТОР", включается программа "CONTROL", обеспечивая проверку функционирования газоанализатора перед началом измерений. Осуществляется проверка обтюратора 21, нагнетателя 16, клапанов 17, 18 и 19. Далее в соответствии с программой "CONTROL" на экране дисплея выводится запрос "ПРОВОДИМ ТЕСТОВЫЙ ЗАМЕР". В случае необходимости тестового замера, подтверждаемого нажатием клавиши Д, работу оператор проводит по программе "TEST". На экране дисплея появляется сообщение "ЗАПОЛНИТЕ ОАЯ НУЛЕВЫМ ГАЗОМ". "ГОТОВ", по заполнению клавишей Д запускается программа измерений: проводятся измерения сигналов микрофонов 12 и 13, пироэлектрического датчика мощности 10 при различных значениях линий излучения (т.е. при различных значениях номера шага шагового двигателя 8. Результаты заносятся в память ПЭВМ 27 для использования в программе "CALCULATION"). После этого на экране появляется сообщение "ПРОВЕСТИ НУЛЕВОЙ ЗАМЕР". Если по программе "TEST" не проводятся измерения, то сразу появляется это сообщение. Измерения выполняются по программе "TEST LINE" по нажатии клавиши Д. Через ОАЯ 14 нагнетателем 16 прокачивается воздух, клапаны 18 и 19 закрываются, клапан 17 открывается, после чего отключается нагнетатель 16 и проводятся измерения сигналов с микрофонов 12 и 13, подключенных к дифференциальному усилителю 33, и пироэлектрических датчиков 10 и 11 при различных номерах шагов шагового двигателя 8. Результаты измерений после АЦП 30 нормируются на показания пироэлектрического датчика мощности 10. Если не проводились измерения по программе "TEST", то сигналы микрофонов 12 и 13 записываются в файл для обработки в программе "CALCULATION", в противном случае они далее не используются; сигнал с датчика 11 вводится в файл для программы основных измерений "SPECTRA". По окончании программы на экране дисплея появляется запрос "РЕЖИМ РАБОТЫ СКАНИРОВАНИЯ". При нажатии клавиши Д работа будет проводиться по программе "SPECTRA" с измерением сигналов микрофонов 12 и 13 и пироэлектрического датчика 10 во всем диапазоне излучения, на каждой группе шагов, отвечающей наличию излучения. При этом для контроля спектра излучения сравниваются результаты измерений с измерениями с датчика 11 и данные по спектру поглощения газа в реперной кювете 15, занесенные в банк данных при градуировке газоанализатора. При необходимости вводится поправка в нумерацию шагов, заданной программой "SPECTRA", Результаты измерений заносятся в файл для программы "CALCULATION". При отказе от работы в режиме сканирования (нажатие клавиши "H") появляется сообщение "ВВЕДИТЕ НАЗВАНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ИЗ НАЗВАННОГО СПИСКА", работа продолжается по программе "SPECTRA". На экране появляется список загрязнителей. После выбора загрязнителей появляется сообщение "РЕЖИМ РАБОТЫ ОДНОКРАТНЫЙ". При нажатии клавиши D проводится однократное измерение: набирается проба воздуха ОАЯ 14, измеряются сигналы с микрофонов 12 и 13 и датчика 10 на линиях поглощения искомых веществ, определяемых номером шага шагового двигателя 8 с учетом нулевого замера. Результаты измерений заносят в файл для обработки по программе "CALCULATION". В случае отказа от однократного измерения (нажатие клавиши H) появляется сообщение "ЗАДАЙТЕ ВРЕМЯ ИЗМЕРЕНИЯ В ЧАСАХ", после чего ведутся непрерывные измерения по программе "SPECTRA", в течение заданного времени. Интервал между отдельными измерениями при этом 5 мин. Результаты измерений заносятся в файл для обработки по программе "CALCULATION". Обработка результатов измерений ведется по программе "CALCULATION" по окончании измерений (однократный режим), между отдельными измерениями (непрерывный режим). Обработка ведется с использованием банка данных (программа BANK), в который занесены аппаратурные спектры поглощения газов, чувствительность к каждому отдельному газу, минимальные детектируемые количества, спектр поглощения газа реперной кюветы, предельно допустимые концентрации ДНК газов для воздуха рабочей и жилой зоны. Результаты выводятся на экран в виде таблицы (однократные измерения) или графика (непрерывные измерения) в сравнении с ПДК. В случае неопределенности в результатах обработки (например, совпадающие спектры поглощения) выводится сообщение о неадекватности измерений. Таким образом, в предлагаемом газоанализаторе обеспечены технические средства для экспрессного определения по пикам поглощения различных примесей воздуха (до 60 компонент в одной пробе), по величине пика поглощения определяется концентрация примеси, что выгодно отличает его от аналогов и прототипа.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Лазерный газоанализатор, содержащий лазерную газоразрядную трубку, к которой подключены источник высоковольтного напряжения и блок охлаждения, расположенный на одной оптической оси с лазерной газоразрядной трубкой блок формирования луча, выполненный в виде дифракционной решетки на пьезокорректоре, и оптикоакустическую ячейку (ОАЯ), к которой подсоединены блок забора воздуха и измерительный микрофон, пироэлектрический датчик, подключенный через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и блок сопряжения к входу персональной ЭВМ, отличающийся тем, что газоанализатор дополнительно содержит фоновый микрофон, расположенные на одной оптической оси с оптико-акустической ячейкой реперную коювету и дополнительный пироэлектрический датчик, подключенный аналогично основному пироэлектрическому датчику, а также дифференциальный усилитель, в блоке формирования луча дифракционная решетка и пьезокорректор расположены в тангенциальном узле, связанном с шаговым двигателем, за тангенциальным узлом установлено поворотное зеркало, направляющее излучение на входное окно ОАЯ, причем выходы измерительного и фонового микрофонов через дифференциальный усилитель подключены к АЦП, выходы блока управления соединены с соответствующими входами пьезокорректора и шагового двигателя блока формирования луча, выход персональной ЭВМ через блок сопряжения соединен с блоком управления.

Глава 1. Метод оптико-акустической спектроскопии

1.1. Лазерный оптико- акустический газоанализатор «ЛАГ-1»

Глава 2. Трассовые газоанализаторы дифференциального поглощения

2.1. Метод дифференциального поглощения на длинных трассах

2.2. Анализ информативных спектральных диапазонов для зондирования МГС по МДП

2.3. Эксплуатационные характеристики параметрических преобразователей

2. 4. Выбор информативных длин волн

2. 5. Газоанализатор «Резонанс-3»

2. 5. 1. Блок регистрации

2. 6. Газоанализатор «Трал»

2. 7. ИК лазерные газоанализаторы «Трал-3» и «Трал-Зм»

2. 8. Лазерный газоанализатор «Трал-4»

2. 8. 1 «Трал-4». Результаты натурных измерений

2. 9. «Резонанс-3»,«Трал». Результаты натурных измерений МГС атмосферы

Глава 3. Дистанционный лазерный контроль озоносферы лидаром дифференциального поглощения

3.1 Методы сокращения динамического диапазона лидарного сигнала

3.2 Учет фактора «слипания» одноэлектронных импульсов

3.3 Канал зондирования вертикального распределения озона СЛС на базе зеркала 0 0,5 м.

3.4 Пакет программного обеспечения «АТОС»

3.5 Климатология и тренды стратосферного озона над Томском за период 19962003 гг.

3.5.1. Внутригодовая изменчивость стратосферного озона

3.5.2. Межгодовая изменчивость и тренды стратосферного озона

3.6 Сравнение лидарных и спутниковых данных по профилям ВРО 102 Заключение 104 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерные газоанализаторы на основе метода дифференциального поглощения»

Актуальность проблемы. Важнейшей проблемой современности является охрана окружающей среды. Под влиянием различных факторов окружающая среда претерпевает изменения. Вместе с различными природными явлениями (извержения вулканов, лесные пожары, эрозия почв и т. д.) в процессе воздействия на окружающую среду все большее значение приобретает деятельность человека. Стремительное развитие промышленности, энергетики, сельского хозяйства и транспорта привело к возрастающему антропогенному воздействию на окружающую среду. В атмосферу, гидросферу и литосферу поступает целый ряд вредных побочных продуктов в виде аэрозолей, газов, сточных бытовых и технических вод, нефтепродуктов и т. д, отрицательно влияющих на биологические условия существования человека и биосферы в целом.

В индустриально развитых районах многих стран содержание вредных веществ в атмосфере иногда превышает предельно допустимые нормы. Основными источниками загрязнения являются : а) Мощные тепловые электростанции, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе. Выработка электроэнергии на тепловых электростанциях, работающих на угле, влечет за собой выброс в атмосферу золы, сернистого ангидрида и окислов азота. Электростанции, работающие на природном газе, не выбрасывают в атмосферу золу и сернистый ангидрид, но в больших количествах выделяют окислы азота. б) Предприятия черной и цветной металлургии. Выплавка стали, связана с выбросом в атмосферу пыли, сернистого ангидрида и окиси углерода. в) Предприятия химической промышленности, которые выбрасывают в атмосферу значительно меньшее по объему количество вредных веществ по сравнению, например, с металлургическими предприятиями, однако большое разнообразие химических производств и их близкое расположение к населенным пунктам часто делают эти выбросы наиболее опасными. Известно, например, что предприятия химической промышленности выбрасывают в атмосферу более 100 особо вредных химических соединений, отличающихся высокой токсичностью, на которые установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) . г) Серьезную опасность для здоровья и жизни людей представляют выделяемые автомобилями вредные вещества, входящие в выхлопные газы, которые составляют около 60% всех токсичных примесей, загрязняющих воздух индустриальных центров. В состав выхлопных газов автотранспорта входит большая гамма токсичных веществ, главными из которых является окись углерода, окислы азота, углеводороды, канцерогенные вещества, в том числе 3,4-бензапирен, сернистые газы, продукты, содержащие свинец, хлор, бром и иногда фосфор. .

С тех пор как было обнаружено, что хлорный цикл может играть значительную роль в балансе стратосферного озона, внимание исследователей привлекает возможное накопление фторхлоруглеродов (фреонов), которое требует контроля их содержания, в тропосфере и особенно в стратосфере, где они участвуют в процессе разрушения озонового слоя планеты - единственного щита всего живого от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. В атмосферу фреоны поступают как непосредственно из аэрозольных упаковок, так и при авариях из холодильных установок, кондиционеров и т. д. .

Серьезную проблему представляет накопление в атмосфере, так называемых, парниковых газов: паров воды, углекислого газа, метана и др. (мониторинг которых также необходим), приводящее к росту температуры окружающей среды и изменению климата. Так, содержание метана в атмосфере растет довольно быстро - с начала индустриального периода оно выросло приблизительно на 150%, в то время как содержание углекислого газа выросло всего на 30% (у обоих газов скорость роста концентрации была довольно мала до второй половины XX века и значительно возросла в последние десятилетия).

Последствия этого процесса могут быть катастрофическими для нашей планеты .

Практически все газовые составляющие атмосферы Земли кроме азота, кислорода, и аргона, принято относить к так называемым малым газовым составляющим (МГС). Процентное содержание в составе атмосферы МГС мало, но рост их содержания за счет антропогенного фактора оказывают значительное влияние на многие процессы, происходящие в атмосфере.

Под действием загрязненной атмосферы происходит изменение микроклимата; ускоренное разрушение металлических и железобетонных сооружений (ежегодно от коррозии теряются миллионы тонн металла и других материалов, скорость коррозии металлов в сельских районах в 4-5 раз ниже, чем в промышленных); закисление почв; отравление и гибель растительности, животных и птиц; химическое разрушение зданий и сооружений, памятников архитектуры и искусства.

Большая номенклатура, большой объем загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу, сложность физико-химических процессов, происходящих в природе, недостаточно ясное понимание степени влияния того или иного вещества на окружающую среду, не позволяют дать точную оценку ущерба, наносимого человеком окружающей среде. Для выработки научно обоснованных выводов и прогнозирования изменений в состоянии атмосферы Земли в отдельных регионах и глобальном масштабе нужны регулярные измерения концентрации ее газовых составляющих существующими приборами и разработка новых методов и средств наблюдений.

Состояние вопроса. В настоящее время для контроля атмосферы используются самые разнообразные методы :

Кроме большой группы химических методов газоанализа, в применяемых на практике газоанализаторах используются изменение теплопроводности различных газов и паров в зависимости от их концентрации, либо измерение количества тепла пропорционального количеству анализируемого компонента, выделяющегося (поглощающегося) в результате определенной химической реакции в тепловых газоанализаторах;

В группу относящихся к электрическим, входят: ионизационные, электрохимические и электрокондуктометрические (измеряется удельная электропроводность электролитов в зависимости от концентрации исследуемого компонента);

В хроматографических газоанализаторах используется различная способность отдельных газовых компонентов сорбироваться и десорбироваться твердым или жидким сорбентом;

В масс-спектральных газоанализаторах происходит временное и пространственное разделение на группы различных по массе ионов (проводится предварительная ионизация нейтральных атомов и молекул), содержащихся в пробе, и измеряется ионный ток, образуемый суммарным зарядом частиц одинаковой массы и характеризующий их относительное содержание;

В оптических газоанализаторах используется зависимость оптических свойств исследуемой газовой смеси (оптической плотности, спектрального излучения и поглощения, показателя преломления) от ее концентрации. К оптическим относят абсорбционный, спектрофотометрический, фотоколориметрический, люминесцентный, нефелометрический и другие. .

Как правило, все перечисленные методы требуют проведения отбора проб, который вносит дополнительные погрешности в измеряемую величину. Практически только некоторые из оптических методов позволяют проводить дистанционные измерения, оперативно получать информацию об интегральном и локальном содержании измеряемого компонента, проводить картирование загрязнений. Появление лазера дало толчок к дальнейшему развитию оптических методов. Уникальные возможности лазеров позволили методам, использующим лазерное излучение, занять особое место среди оптических и других методов газоанализа.

Лазерным методам присущи: высокая концентрационная чувствительность (как правило, измерения проводятся на уровне и ниже фоновых концентраций), оперативность (время, требуемое для измерения в разы меньше, чем для других методов), дистанционность (возможность получать информацию от объектов с расстояний сотен, тысяч и даже десятков тысяч метров от измерительной системы), высокое (до десятков метров) пространственно-временное разрешение . Лазерные газоанализаторы, применяемые для мониторинга, используют такие взаимодействия оптического излучения с исследуемой средой как: резонансное поглощение, упругое и комбинационное рассеяние и флуоресценцию. Наибольшим сечением взаимодействия из них обладает резонансное поглощение. Это и обуславливает высокую чувствительность лазерных газоанализаторов, работающих по методу \/ дифференциального поглощения . Впервые в 1964 г. этот метод был предложен Счетлэндом для измерения высотных профилей влажности. С тех пор на практике были реализованы лидарные и трассовые измерения озона (Учино и др. Япония, университет Куеми), SO2 (Грант и др. США.) и некоторых других МГС . С развитием лазерной техники в нашей стране и за рубежом стали развиваться оптико - акустические (для локального газоанализа) и трассовые (дающие интегральные значения концентраций исследуемого газа) лазерные газоанализаторы , а также лидары (LIDAR- аббревиатура от английских слов Light Detection and Ranging) , дающие информацию с пространственно-временным разрешением для исследования концентрации МГС в атмосфере. Но на период начала работы над диссертацией, за редким исключением, все они были рассчитаны на измерения одного, максимум двух газовых составляющих, либо являлись лабораторными макетами, в то время как экологический мониторинг требует проведения многокомпонентного газоанализа на достаточно протяженных трассах (вдоль городских автострад, территории крупных промышленных предприятий).

Как явствует из литературных источников для целей лазерного газоанализа МГС наиболее подходит средняя ИК область спектра. Здесь расположены основные колебательно-вращательные полосы большинства МГС. Тут находятся разрешенные структуры и отдельные линии поглощения практически всех атмосферных газов за исключением простых, типа N2, О2, Н2.

В среднем ИК - диапазоне спектра, как известно, излучают высокоэффективные молекулярные лазеры: СО, СО2, NH3, HF, DF и другие . Из них наиболее надежными и приемлемыми для целей газоанализа являются высокоэффективные СОг-лазеры. В этих лазерах, кроме традиционных полос 9,6 и 10,6 мкм могут генерироваться секвенционные полосы, смещенные относительно традиционных примерно на 1 см"1, а также основная полоса 4,3 мкм и горячие линии излучения . Если учесть то, что возможно применение и изотопов СО2 для получения дополнительного набора смещенных линий генерации, то получим богатый набор линий излучения для этого лазерного источника.

Разработанные в последнее время высокоэффективные параметрические преобразователи частоты на основе нелинейных кристаллов ZnGeP2, CdGeAs2, TlAsSe3, AgGaSe2 и др. позволили получить вторые, третьи и четвертые гармоники излучений СОг-лазера, а также суммарно-разностные частоты двух СО2 и других лазеров, таких как СО, NH3, эрбиевого и т. д . Для лазерного зондирования атмосферных МГС важно то, что большинство этих линий излучения, включая и преобразованные, попадают в спектральные окна прозрачности атмосферы.

Так, молекулярный СО2 -лазер низкого давления, снабженный набором беспороговых параметрических преобразователей частоты из ZnGeP2, CdGeAs2, TlAsSe3 и AgGaSe2, удовлетворяет большинству из следующих предъявляемых требований. Расстояние между соседними линиями таких лазеров составляет примерно 1,5-2 см"1, что упрощает проблему спектральной селекции и перестройки их по частоте. Применяя двухкаскадное преобразование, например, СО2 лазера или суммарно-разностные частоты двух С02, или СО2 и СО- лазеров и их гармоник, удается очень плотно, с шагом до Ю^см"1 , перекрыть диапазон от 2 до 17 мкм. Положение центров линий излучения лазеров накачки и достаточно узкая спектральная ширина (2х 10"3 см"1) обеспечивается физическими параметрами активной среды . Положение центров линий, а, следовательно, и положение линий излучения преобразованных частот известны с очень высокой точностью, что снимает проблему контроля спектральных характеристик. Эффективность таких преобразователей достаточно высока и составляет от десятых долей до десятков процентов, что позволяет создавать трассовые газоанализаторы, использующие в качестве отражателей топографические объекты и аэрозоли атмосферы.

Другим информативным спектральным диапазоном для лазерного газоанализа является УФ область. Здесь расположены сильные электронные полосы многих загрязняющих газов. В отличие от средней ИК области спектра УФ полосы поглощения неселективны и взаимноперекрыты. Наибольшее развитие в этой области получил озонометрический метод благодаря наличию здесь полосы поглощения озона Хартли-Хаггинса.

Возможность выполнять пространственно-разрешенные измерения атмосферного озона лидаром была впервые показана в 1977 г. (Меже и др) . И, начиная со второй половины 80-х годов прошлого века, лазерное зондирование озоносферы приобрело регулярный характер на ряде обсерваторий. Оно дает информацию о вертикальном распределении озона (ВРО), удачно дополняя подобную информацию, получаемую контактным методом с помощью озонозондов и ракет, особенно выше 30 км, где данные озонозондов становятся нерепрезентативными.

На Сибирской лидарной станции наблюдения за озоносферой ведутся с декабря 1988 года. За этот период постоянно совершенствовалась лидарная техника, разрабатывалась и улучшалась методика измерений и обработки данных, создавалось программное обеспечение для управления процессом измерений, новые пакеты программ обработки полученных результатов .

Цель работы. Разработка на основе метода дифференциального поглощения газоанализаторов для обнаружения и измерения концентрации МГС и определения их пространственно-временного распределения в атмосфере.

В ходе работы выполнялись следующие задачи;

Разработка оптико-акустического газоанализатора для локального газоанализа и исследование с помощью него пространственного распределения углеводородов и других МГС;

Разработка и создание трассовых лазерных газоанализаторов для исследования газового состава атмосферы;

Разработка методик измерения МГС в атмосфере;

Натурные испытания разработанных устройств на основе разработанных методик измерения;

Исследование временной динамики МГС в экологически чистых и подверженных значительной антропогенной нагрузке регионах страны;

Создание канала зондирования вертикального распределения озона (ВРО) в стратосфере (на базе приемного зеркала 0 0,5 м) CJIC;

Контроль состояния озоносферы в режиме рутинных измерений; -исследование климатологии озоносферы, оценка трендов стратосферного озона.

На защиту выносятся:

1. Разработанный лазерный оптико-акустический газоанализатор «ЛАГ-1», позволяющий на базе созданной методики раздельно измерять концентрации метана и более тяжелых углеводородов в воздушных смесях природного и попутного нефти газов с любым соотношением компонент в смеси.

2. Разработанные макеты лазерных газоанализаторов серии «ТРАЛ», в среднем ИК диапазоне спектра, позволяющие оперативно измерять концентрации более 12 газов на уровне и ниже ПДК на трассах длиной до 2 км с использованием зеркального или топографического ретрорефлектора.

3. Созданный автором УФ озоновый лидар на базе эксимерного ХеС1-лазера, обеспечивший бесперебойное многолетнее зондирование озоносферы над Томском на Сибирской лидарной станции в диапазоне высот 13-45 км с максимальным вертикальным разрешением 100 м.

Научная новизна работы.

Впервые выбраны и экспериментально проверены информативные длины волн зондирования МГС атмосферы;

Создан ряд уникальных мобильных и стационарных трассовых газоанализаторов на основе перестраиваемых молекулярных лазеров с преобразователями частоты излучения, позволяющих оперативно проводить многокомпонентный анализ газового состава атмосферы;

Проведены измерения суточных ходов концентрации МГС (таких как С2Н4, NH3, Н2О, СО2, СО, О3, N0 и др.) в экологически чистых и подверженных значительной антропогенной нагрузке регионах страны;

Впервые определены климатологические особенности озоносферы над Томском на основе регулярных и долговременных измерений профилей вертикального распределения озона;

Использование результатов работы. Данные, полученные с помощью газоанализаторов, представлялись для Олимпийского комитета СССР в 19791980 г.г. по г. Москва, а также в природоохранные организации г.г. Томск, Кемерово, София (НРБ). Они вошли в итоговые отчеты ИОА СО РАН по различным грантам РФФИ, договорам, контрактам и программам, например, "TOR" (тропосферные озоновые исследования), "SATOR" (стратосферные и тропосферные озоновые исследования) и другие.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

Разработан оптико-акустический газоанализатор, позволяющий с высокой точностью измерять концентрацию, как суммы углеводородов метановой группы, так и раздельно метана и более тяжелых углеводородов в смеси природного и попутного нефти газов. С помощью данного газоанализатора возможен поиск нефти и газа по газовым ореолам выходящих на поверхность земли газов над месторождениями углеводородов;

Разработанные трассовые газоанализаторы позволяют измерять концентрации МГС на уровне и ниже ПДК из широкого списка приоритетных загрязняющих газов;

Создан канал зондирования вертикального распределения озона CJIC на базе приемного зеркала 0 0,5 м, позволяющий получать достоверные профили ВРО в диапазоне высот 13-45 км с максимальным разрешением 100 м.

Достоверность результатов работы обеспечивается: -хорошим согласием экспериментальных данных, полученных с помощью разработанных газоанализаторов, и данных, полученных одновременно другими методами, а также; данных; полученных другими авторами в аналогичных климатических и экологических условиях;

Хорошим совпадением профилей ВРО в стратосфере, измеренных лидаром, данных озонозондов, а также спутниковых измерений в пределах погрешности используемых устройств | (15 %).

Личный вклад. В работе использованы результаты, полученные либо лично автором, либо при его непосредственном участии. Это участие автора в разработке, как общих схем построения газоанализаторов, так и их отдельных оптико-механических и электронных узлов и блоков, проведении монтажных и пусконаладочных работ. Разработка методик измерений, тестовые и экспедиционные^ и полевые испытания созданных газоанализаторов, также представленные в работе, проходили при непосредственном участии автора. Начиная с 1996 года, практически все наблюдения за состоянием озоносферы на CJIC проходили при активном участии автора. Им был создан усовершенствованный канал зондирования вертикального распределения озона CJIC на базе ХеС1-лазера и приемного зеркала 0 0,5 м. Проведенный автором реанализ данных ВРО позволил определить особенности климатологии озоносферы над Томском.

Процесс разработки газоанализаторов, их тестовые испытания, обработка результатов, полученных во время экспедиционных работ, многолетнее накопление такого большего объема эмпирической информации по ВРО и ее анализ не могли быть осуществлены без деятельного участия целого коллектива, без которого данная диссертационная работа не состоялась бы. Постановка задачи и научное руководство на разных этапах осуществлялись чл.-корр. РАН Зуевым В.В. и к.ф-м.н. Хмельницким Г.С. Разработка газоанализаторов и их тестовые и полевые испытания проводилась совместно с д.ф-м.н. Андреевым Ю.М., д.ф-м.н. Гейко П.П., научным сотрудником Шубиным С.Ф. Теоретические работы по поиску информативных длин волн были выполнены д.т.н. Мицелем А.А., д.ф-м.н Катаевым М.Ю., к.ф-м.н. Пташником И.В., к.ф-м.н. Романовским О.А. Лидарные измерения ВРО проводились совместно с.н.с. Невзоровым А.В., к.ф-м.н. Бурлаковым В.Д. и д.ф-м.н. Маричевым В.Н., а обработка данных зондирования совместно с к.ф-м.н. Бондаренко СЛ. и д.ф-м.н. Ельниковым А.В.

Апробация работы. Основные результаты по теме диссертации, полученные автором, опубликованы в 11 статьях в российских научных рецензируемых журналах, докладывались на: VI, VII и XI Всесоюзных симпозиумах по лазерному и акустическому зондированию (г. Томск, 1980, 1982, 1992 г.г.); VI Всесоюзном симпозиуме по распространению лазерного излучения в атмосфере (г. Томск 1881 г.); XII Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике (Москва, 1985 г.); V Международной школес: я семинаре по квантовой электронике. Лазеры и их применение (НРБ, Солнечный берег, 1988 г.); 5 научной ассамблее Международной ассоциации атмосферной физики и метеорологии (Ридинг, Великобритания, 1989 г.); XI симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию (г. Томск, 1992 г.); И, III, IV и VI Межреспубликанских симпозиумах "Оптика атмосферы и океана" (Томск, 1995, 1996, 1997 и 1999 гг.); III Сибирском совещании по климатоэкологическому мониторингу (Томск, 1999 г); I Межрегиональном совещании «Экология сибирских рек и Арктики» (Томск 1999 г.); VII Международном симпозиуме по оптике атмосферы и океана (Томск 2000 г.); VIII и IX Международных симпозиумах по оптике атмосферы и океана и атмосферной физике (Томск 2001 и 2002 гг.); 11 Рабочем совещании по атмосферным радиационным измерениям (Атланта, США 2001); IX Рабочей группы «Аэрозоли Сибири» (Томск 2002 г.); 21 и 22 Международной лазерной конференции (Квебек, Канада, 2002 г., Матера, Италия 2004 г.); II Международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики» (Томск 2003г.); Международной конференции по оптическим технологиям для исследований атмосферы, океана и окружающей среды (Пекин, Китай 2004 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Объем диссертации 116 страниц, она содержит 36 рисунков, 12 таблиц. Список используемой литературы содержит 118 наименований.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Долгий, Сергей Иванович

Заключение

В ходе выполнения диссертационной работы автором в составе коллектива сделано следующее:

Разработан оптико-акустический газоанализатор для локального газоанализа, с его помощью проведено исследование пространственного распределения -углеводородов (в ходе нескольких экспедиций на теплоходе) в районах, где расположены месторождения нефти. Измеренное увеличение содержания углеводородов в пробах воздуха в районе месторождений нефти подтвердило гипотезу о наличии газовых ореолов над месторождениями углеводородов и перспективность применения данного газоанализатора для поиска месторождений нефти и газа;

Разработан и создан комплекс трассовых лазерных газоанализаторов, работающих в ИК области спектра по методу дифференциального поглощения и позволяющих измерять концентрации более 12 газов на уровне и ниже ПДК;

Отработана методика измерения МГС в атмосфере;

Проведены натурные испытания разработанных устройств;

Экспериментально проверены пары информативных длин волн и сделаны выводы об их пригодности для целей газоанализа по МДП;

Выполнены исследования временной динамики МГС в экологически чистых и подверженных значительной антропогенной нагрузке регионах страны;

Проведены сравнительные измерения концентраций МГС разработанными лазерными газоанализаторами и приборами, работающими на основе стандартных методов, которые показали хорошее согласие полученных результатов;

Создан канал зондирования вертикального распределения озона (ВРО) в стратосфере (на базе приемного зеркала 0 0,5 м) CJIC, который обеспечил в течение многолетнего периода времени получение достоверных профилей ВРО над Томском, подтвержденных хорошо согласующихся со спутниковыми и озонозондовыми данными. Это позволило осуществить климатологические исследования и оценить тренды стратосферного озона, которые показали, что в нижней стратосфере на высотах ниже 26 км внутригодовые изменения концентраций озона характеризуются максимумом весной и минимумом осенью, а на высотах более 26 км максимум смещается на лето, а минимум - на зиму. На высоте 26 км, в районе которой расположена велопауза, озоносфера разделяется на две части: внизу ее поведение определяется в основном динамическими процессами, а вверху - фотохимическими. Более детальное рассмотрение внутригодовых изменений ВРО, позволяет выделить следующие моменты: а) на высоте 14 км, где, по-видимому, еще значительно влияние колебаний высоты тропопаузы, не наблюдается локализованный максимум; б) в диапазоне до 18 км включительно максимум сезонных колебаний приходится на февраль, а в диапазоне 20-26 км - на март.; наибольшее соответствие внутригодовых изменений ВРО с годовым ходом ОСО наблюдается в высотном диапазоне 20-24 км, особенно на высоте 22 км. в) на всех высотах тренды ВРО оказались статистически незначимыми. При этом в нижней части озоносферы они характеризуются слабоотрицательными значениями, а в верхней - слабоположительными. В районе локализации стратосферного озонового максимума 20 км) значения отрицательных трендов невелики (-0,32% в год). Эти результаты согласуются с незначительным статистически незначимым трендом ОСО (0,01+0,026% в год) за этот же шестилетний период.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Долгий, Сергей Иванович, 2004 год

1. Кузнецов И. Е., Троицкая Т. М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. - М.: Химия, 1979. - 340 с.

2. Беспамятов Г. П., Богушевская К. К., и др. Предельно допустимые концентрации вредных веществ воздуха и воды. Изд. 2-ое пер. и доп. Л.: Химия, 1975. - С. 455.

3. Детри Ж. Атмосфера должна быть чистой. М., 1973. - 379 с.

4. Хргиан А. X. Физика атмосферного озона. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. -292 с.

5. Бажин Н.М. Метан в атмосфере. // Соросовский образовательный журнал, 2000. Т. 6. №3.-С. 52-57.

6. Hinkley E.D., Melfi S.H. et al. Laser monitoring of the atmosphere.- Berlin, Helidelberg, New-York: Springer-Verlag, 1976.-416 p.

7. Оменетто H. Аналитическая лазерная спектроскопия. M., Мир 1982. 606 с.

8. Schotland R.M. The detection of the vertical profile of atmospheric gases by means of a ground-based optical radar. // Proc. 3rd Symposium on Remote Sensing of the Environment, Michigan: Ann, Arbor, USA, 1964. P. 215-224.

9. Uchino O., Maeda M., Hirono M. -Application of excimer lasers to laser-radar observations of the upper atmosphere // JEEE J. Qucnt Electr., 1979, V. QE 15, N 10, P. 10 S 4-1100.

10. Grant W.B., Hake R.D. Remote measurement SO2 and O3 by differential absorption technique // J. Appl. Phys. -1975.V. 46, N 5.- P. 3019-3024.

11. П.Хмельницкий Г. С. фондирование газов в атмосфере по молекулярному поглощению излучения перестраиваемого СО2- лазера. Дис. канд. физ-мат. наук. - Томск. 1979. - 241 с.

12. Middleton W.E.K., Spilhaus A.F., //Meteorological Instruments, Univ. Toronto Ptress, Toronto, 1953 P. 208.

13. Ku R.T., Hinkley E.D., et al. Long-path monitoring of atmospheric carbon monoxide with a tunable diode laser //Appl. Opt.-1975- V.14. N 4,- P. 854-861.

14. Hinkley E.D., Ku R.T., Nill K.W. et. al. Long-path monitoring: advanced instrumentation with a tunable diode laser // Appl. Opt.-1976- V.15. N 7.- P.1653-1655.

15. Самохвалов И.В., Соснин A.B., Хмельницкий Г.С. и др. Определение концентрации некоторых газов на горизонтальных трассах в атмосфере с помощью перестраиваемого СОг-лазера. // Журнал прикладной спектроскопии, 1980. Т.32. Вып. 3.- С. 525-531.

16. Measures R.M., Pilon G.A. A Study of Tunable Laser Techniques for Remote Mapping of Specific Gaseous Constituents of the Atmosphere, Opto-electronics 4, P. 141-153,(1972).

17. Byer R.L. Remote Air Pollution Measurement. // Optical and Quantum Electronics 1975. V 7. P. 147- 177.

18. Asai K., Igarashi T. Detection of Ozone by Differential Absorption Using C02 Laser. // Opt. Quant. Electron., 7. P. 211-214, (1975).

19. Fredriksson K., Galle В., Nystrom K., Svanberg S. Lidar System Applied in Atmospheric Pollution Monitoring. //Appl. Opt., 18. P. 2998-3003, (1979).

20. Murray E.R., Hake R.D., et al, -Atmospheric Water Vapor Measurements with a 10 Micrometer DIAL System. //Appl. Phys. Lett., 28. P. 542-543, (1976).

21. Wetkam C. The Distribution of Hydrogen Chloride In the Plum of Incineration Ships: Development of New Measurements Systems, Wastes in the Ocean. Vol 3, Wiley. 1981.

22. Husson N., Chedin A., Scott N.A. et al. The GEISA Spectroscopic Line Parameters Data Bank. -Annales Geophysical. Fass. 2, Ser. A. (1986).

23. Rothman L. S., Gamache R.R., Goldman A. Et al. // Appl. Opt. 1987 V.26. №19. -P. 4058-4097.

24. Буткевич В.И., Привалов В.Е. Особенности применения лазеров в прецизионных аналитических измерениях. //ЖПС, Т. 49. № 2. С. 183-201.

25. Philip L. Hanst. Air pollution measurement by long path absorption spectroscopy. // Proc. Second intern. Clean air congress. Washington D. C., 6-11 Dec 1970., NY-London 1971. P. 492-499.

26. Eugenio Zanzottera Differential absorption lidar techniques in the determination of trace pollutants and physical parameters of the atmosphere. // Analytical chemistry, 1990, V. 21, issue 4 P. 279-319.

27. Грасюк A.3., Летохов B.C., Лобко B.B. Молекулярные ИК лазеры с резонансной лазерной накачкой (обзор). // Квантовая электроника, 1980. Т. 7. № 11.-С. 2261-2298.

28. Хинкли Е. Д., Нилл К. В., Блум Ф.А. Инфракрасная лазерная спектроскопия с использованием перестраиваемых лазеров. / Лазерная спектроскопия атомов и молекул. -М.: Мир, 1979. С. 155-159.

29. Бертель И. М., Петухов В.О., Трушин С. А., Чураков B.B. TEA СОг-лазер, перестраиваемый по колебательно-вращательным линиям 2ой полосы секвенции. // Препринт № 262, Институт физики БАН ССР, Минск, 1982. -30 с.

30. Killinger D.K., Menyuk N., DeFeo W.E. Remote sensing of CO using frequency doubled C02 laser radiation // Apll. Phys. Lett. 1980. V. 36. P. 402-405.

31. Андреев Ю.М., Бочков Д.С., Воеводин В.Г. и др. Генерация второй гармоники СО2 лазера в кристаллах ZnGeP2. //В кн: Тр. VII Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. 1982. - С 306-309.

32. Andreev Yu.M., Vedernikova T.V., Betin A.A. et al. Conversion of CO2 and CO Laser Radiations in a ZnGeP2 Crystal to the 2,3-3,1 jx Spectral Range. //Sov. J. Quantum Electron., 15.-P. 1014-1015.

33. Andreev Yu.M., Geiko P.P., Zuev V.V. High-efficiency Conversion of IR Lasers with ZnGeP2 and CdGeAs2. //Bulletin of the American Physical Society., 1987. V. 32.-P.1632-1633.

34. Churnside J.H. Wilson J.J., Gribenicov A.I., Shubin S.F., Dolgii S.I., Andreev Y.M., Zuev V.V., Frequency Conversion of a CO2 Laser with ZnGeP2. NOAA Technical Memorandum ERL WPL-224. Wave Propagation Laboratory, Boulder, Colorado July 1992. 18 p.

35. Андреев Ю. M., Гейко П.П. и др. Перспективный источник когерентного излучения для лазерного газоанализа атмосферы на основе нелинейногокристалла Tl3AsSe3. // Оптика атмосферы и океана, 1988. Т. 1. № 1. С. 126129.

36. Виттеман В. С02-лазер. Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 360 с.

37. Megie G. et al. Vertical profiles of stratospheric ozone by lidar sounding from the ground. // Nature, 1977. V. 270. N 5635. P. 349-351.

38. Зуев В.В. Дистанционный оптический контроль стратосферных изменений. Томск: МГП «Раско», 2000. - 140 с.

39. Bell F.G. Generation of optp-acoustic waves. // Philos. Mag., 1881. V. 11. -P.510-513

40. Вейнгеров М.Л. //ДАН СССР, 1938,.Т. 19. С. 687.

41. Kerr E.L., Atwood J.G. The laser illuminated absorptivity spectrophone: a method for measurement of weak absorptivity at laser wavelengths. // Appl. Opt, 1968. V. 7. №5.-P. 915-921.

42. Агеев Б.Г., Капитанов В.А. Пономарев Ю.Н. Оптико-акустические лазерные газоанализаторы. //Наука производству 2003. № 9. С. 30-31.

43. Dewey C.F., Opto-fcoustic-spectroscopy. //Optical Engineering, 1974, V. 3, P. 483-488.

44. Goldan P., Goto K. An acoustically resonant system for detection of low level infrared absorption in atmospheric pollutants. // J. Appl. Phys., 1974. V. 45. № 10. -P. 4350-4355.

45. Max E., Rosengren L.G. Characteristics of a resonant optoacoustic gas concentration detector. // Optics Communications, 1974. V.l 1. № 4. P.422-426.

46. Антипов А.Б, Капитанов В.А., Пономарев Ю.Н., Сапожникова В.А. Оптико-акустический метод в лазерной спектроскопии молекулярных газов. -Новосибирск: Наука, 1984. 128 с.

47. Shumate М. S., Menzies R.T., Margolis J.S., Rozengren L.G. Water vapor absorption of carbon dioxide laser radiation. // Appl. Opt., 1976. V. 15. № 10. -P. 2480-2488.

48. Сидоренко A.B., Сидоренко C.A. // В кн: Современные проблемы геологии и геохимии горючих ископаемых. М.: Наука, 1973.

49. Сидоренко А.В., Сидоренко С.А., Теняков В.А. Осадочно-метаморфические процессы и "газовое дыхание" земной коры. // ДАН, 1978. Т. 238. № 3-С.705-708.

50. Барташевич О.В., Зорькин JI.M., Зубайкин C.JI. Основные принципы и результаты применения прямых геохимических методов поисков нефтяных и газовых месторождений. / Автохимические методы поисков рудных месторождений. Ессентуки, 1976 - С. 41-47.

51. Бирюлин В.П., Голубев О.А., Миронов В.Д., Попов А.И. и др. Геохимические поиски газонефтяных залежей методом дистанционной лазерной спектрометрии метана а приземном воздухе. // Геология нефти и газа, 1979. №4.-С. 27-31.

52. Колобашкин В.М., Попов А.И. Новые возможности лазерного абсорбционного метода. // Природа, 1981. №7. С.50-57.

53. Миронов В.Д., Попов А.И., Садчихин А.В. // ЖПС, Т. 33. Вып. 4. 1980. -С. 742-744.

54. Долгий С.И., Ипполитов И.И., Хмельницкий Г.С., Шубин С.Ф. Лазерный резонансный оптико-акустический газоанализатор для контроля малых примесей атмосферы. //Л.: Приборостроение 1982, Т. XXV. № 12 С. 71-74.

55. Антипов А.Б., Антипов Б.А., Сапожникова В.А. Коэффициенты поглощения некоторых углеводородов в области генерации ОКГ с А,=3,39мкм. // Известия ВУЗов, Физика. 1974. № 2. С. 157-158.

56. Макушкин Ю.С., Мицель А.А., Хмельницкий Г.С. Лазерная абсорбционная диагностика атмосферных газов. //ЖПС, 1981. Т. 35. Вып. 5. С 785-791.

57. Андреев Ю.М., Зуев В.В., Романовский О.А. Автоматизированная система поиска оптимальных длин волн для газоанализа методом дифференциального поглощения. // М.: ВИНИТИ, 1988. № 4059-В88 62 С.

58. Химическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1988. Т. 1.1. C.476-477

59. Measures R. М. Lidar Equation Analysis Allowing for Target Lifetime Laser Pulse Duration, and Detector Integration Period. // Appl. Opt., 16 1092, 1977.

60. Креков Г.М., Рахимов Р.Ф. Оптико-локационная модель континенталього аэрозоля. Новосибирк: Наука 1982. -196 с.

61. Карапузиков А.И., Пташник И.В. и др., Возможности применения вертолетного лидара на основе излучения перестраиваемого TEA СОг-лазера для обнаружения утечек метана. // Оптика атмосферы и океана, 1999. Т. 12. №4.-С. 364-371.

62. Rothe K.W., Walther Н., Werner J. Differential-absorption measurements with fixed-frequency IR and UV lasers // Optical and Laser Remote Sensing. Killinger

63. D. K. And Mooradian A., Eds., Springer- Verlag, Berlin, 1983.

64. Murray E.R. Remote measurements of gases using discretely tunable infrared lasers. // Opt. Eng., 16, 284. 1977.

65. Прохоров A.M., Бункин Ф.М., Гочелашвили К.С., Шишов В.И. Распространение лазерного излучения в случайных неоднородных средах. //УФН, 1974.-С. 415-456.

66. Гурвич А.С., Кон А.И. и др. Лазерное излучение в турбулентной атмосфере. М.: Наука,1976. - С. 279.

67. Съедин В.Я., Хмелевцов С.С. Расширение фокусированных световых пучков в турбулентной атмосфере. // Изв. ВУЗов. Сер. Физика, 1972. №3. -С.91-96.

68. Selby J.E.A. and McClatchey R.A. Atmospheric transmittance from 0.25 to 28.5 pm: computer code LOWTRAN 2. //Tech. Rep, AFCRL-TR-72-0745, 1972.

69. Зуев В. E. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. -М.: Сов. Радио, 1970.- 496 с.

70. McClatchey R.A., Benedict W.S., Clough S.A. et al. /AFCRL Atmospheric absorption line parameters compilation. //Tech. Rep, AFCRL-TR-73-0096, ERP N. 434, 1973.

71. Rothman L.S., Gamache R.R., Goldman F. et al. The HITRAN database: 1986 edition. // Appl. Opt. 1987. V. 26. № 19. P. 4058-4097.

72. Бондаренко С.Л., Долгий С.И, Зуев В.В., Катаев М.Ю., Мицель А.А., Пелымский О.А., Пташник И.В. и др. Лазерный многокомпонентный газоанализ приземного слоя атмосферы. // Оптика атмосферы и океана, 1992. Т. 2. №6.-С.611-634.

73. Долгий С.И., Кудинова Л.П., Мицель А.А., Хмельницкий Г.С., Шубин С.Ф. Система определения концентрации газов с помощью перстраиваемого в С02 лазера. / Системы автоматизации экспериментов по оптике атмосферы. - Томск, 1980. - С. 67-78.

74. Жаров В.П., Летохов B.C. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия. -М. Наука, 1984.-320 с.

75. Андреев Ю.М., Воеводин В.Г., Грибенюков А.И. и др. Трассовый газоанализатор на основе перестраиваемого С02 лазера с удвоителем частоты.// ЖПС 1987. Т. 47. № 1. - С. 15-20.

76. Долгий С.И., Хмельницкий Г.С., Шубин СФ. Дистанционный газоанализ в атмосфере с помощью дискретно перестраиваемого СО2 лазера. // Труды: Лазерные абсорбционные методы анализа микроконцентраций газов. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - С.121-130.

77. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1974, 351 с.

78. Долгий С.И., |3уев В.В., Смирнов С.В., Шубин С.Ф. ИК лазерные газоанализаторы дифференциального поглощения "ТРАЛ-3" и "ТРАЛ-ЗМ". // Оптика атмосферы, 1991. Т. 4. №5.- С. 515-521.

79. Химия. Справочное руководство. Пер. с нем. JI.: Химия. 1975. - 575 с.

80. Долгий С.И., Ипполитов И.И., Хмельницкий Г.С., Шубин С.Ф. Исследование ослабления лазерного излучения в атмосфере Олимпийской Москвы. / Тезисы докладов VII Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск 1981.- С.62-65.

81. Ельников A.B., Зуев B.B., Бондаренко С.Л. О восстановлении профилей стратосферного озона из данных лидарного зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т 13. № 12 С. 1112-1118.

82. Claude Н., Sconenborn F., Streinbrecht W., Vandersee W. DIAL ozone measurements at the Met. Obs. Hohenpei|3enberg: Climatology and trends. // Proc. 17-th ILRC Abst. of papers, Sendai, Japan. 1994.P.413-415 Sendai, Japan.l994.P.

83. McDermit Optical systems design for a stratospheric lidar system // Appl. Opt. 1995 V34. N. 27 P. 6201-6210.

84. Godin S., David C., Lakoste A.M. Systematic ozone and aerosol lidar measurements at OHP (44° N, 6°E) and Dumont // Abstr. Of Papers of the 17-th ILRC. Sendai, Japan. P. 409-412. 1994.

85. Stefanutti L., Castagnoli F., DelGuastaM. et al. A four-wavelength depolarization backscattering LIDAR for IISC monitoring // Appl. Phys. 1992, V. B55. P.13-17.

86. Тихомиров А.А. Классификация аппаратурных методов сжатия динамического диапазона лидарных сигналов и их оценочные критерии //Тез. Докл.VII Всесоюз. Симп. По лаз. И акустич. Зонд. Атмосферы. -Томск: ТФ СО АН СССР, 1982.- С 173-176.

87. Правдин B.JL, Зуев В.В., Невзоров А.В. Электронное управление коэффициентом усиления ФЭУ при регистрации лидарных сигналов с большим динамическим диапазоном в режиме счета фотонов // Оптика атмосферы и океана, 1996. Т. 9. № 12 С. 1612-1614.

88. Зуев В.В., Ельников А.В., Бурлаков В.Д. Лазерное зондирование средней атмосферы. / Под общей редакцией чл-корр. РАН В.В. Зуева Томск: РАСКО, 2002.-352 с.

89. Flee J.A., Morris J.R., Feit M.D.// Appl. Phys. 1976. V.10.№ 1.-P.129-139

90. Астафуров В.Г., Мицель A.A. Особенности обработки лидарных сигналов при измерении газовых примесей атмосферы. //Автометрия. 1984. №1.-С. 92-97.

91. Маричев В.Н., Зуев В.В., Хряпов П.А., Долгий С.И., Невзоров А.В. Лидарные наблюдения вертикального распределения стратосферного озона над Томском летом 1998 г. // Оптика атмосферы, 1999. Т. 12. № 5,- С.428-433.

92. Ельников А.В., Зуев В.В., и др. Первые результаты лидарных наблюдений стратосферного озона над Западной Сибирью. // Оптика атмосферы, 1989. Т.2. № 9. С. 995-996.

93. Долгий С.И., Зуев В.В., Маричев В.Н., Шарабарин Е.В. Результаты эксперимента по лидарному зондированию озона и температуры в тропосфере и стратосфере. // Оптика атмосферы, 1996. Т. 9. № 8- С. 11231126,.

94. Долгий С.И.,. Зуев В.В., Маричев В.Н., Катаев М.Ю., Невзоров А.В. Расширение функциональных возможностей ДП- лидара. В кн.: Тезисы докладов IV Симпозиума // Оптика атмосферы и океана, 1997. С. 210.

95. Зуев В.В., Катаев М.Ю., Мицель А.А. Обработка данных стратосферного озона, полученных двух волновым УФ-ДП-лидаром: компьютерный код SOUND. // Известия вузов Физика, №11 per. №2672-В94. 25с.

96. Бондаернко C.JI. Восстановление характеристик стратосферного озонового слоя по экспериментальным данным. Кандидатская диссертация -Томск, 2002.- 136 с.

97. Nakane Н., Sugimoto N., Hayashida S., Sagano Ya., and Matsui I. Five years lidar observation of vertical profiles of stratospheric ozone at NIES, Tsukuba (36° N, 140° E) // Proc 17-th ILRC Sendai, Japan. 1994.-P.416-419.

98. Krueger A.J., Minzner R.A. A mid-latitude ozone model for the 1976 US standard atmosphere. // Geophys. Res. 1976. V. 81. N 24. P. 4477-4487.108. http: //www-sage2.larc.nasa.gov/introdaction.

99. Долгий С.И., Зуев B.B., Баженов O.E. Климатология и тренды стратосферного озона над Томском. // Оптика атмосферы и океана, 2004. Т.17.№4.-С. 312-316.

100. Zuev V.V., Dolgii S.I., Bondarenko S.L., Bondarenko M.A. Comparison of profiles of vertical ozone distribution obtained at Siberian Lidar Station against satellite data. // Proceeding of SPIE. 2004, V. 5743. P.498-501.

101. Zuev V.V., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. Climatology and trend of stratospheric ozone over Tomsk for period 1996-2003. // Abstracts of the 22nd International Laser Radar Conference. Matera, Italy. P. 585-589.

102. Zuev V.V., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. DIAL Measurements of Stratospheric Ozone Over Tomsk For Period 1996-2003 (Climatology and Trends)., //In: Abstracts of ICOT 2004 Beijing, China., 2004. P 12.

103. Долгий С.И. Результаты комплексных исследований загрязнений в районе месторождений нефти и газа. // Труды I Межрегионального совещания "Экология пойм сибирских рек и Арктики"/ под. ред. Зуева В.В.Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. С. 171-176.

104. Зуев В.В., Зуев В.Е., Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Ельников А.В., Невзоров А.В. Климатология стратосферного аэрозоля и озона по данным многолетних наблюдений на Сибирской лидарной станции. //Оптика атмосферы и океана, 2003. Т16. № 8. С.719-724.

105. Бурлаков В.Д., Долгий С.И., Невзоров А.В. Модернизация измерительного комплекса Сибирской лидарной станции //Оптика атмосферы и океана, 2004. Т.17. № 10. С.857-864.

106. Зуев В.В., Долгий С.И. Климатология и тренды стратосферного озона над Томском. // Труды II Международной конференции «Окружающая среда и экология Сибири, Дальнего востока и Арктики (EESFEA-2003) Томск, 2003. Т. 1.-С. 74.

107. Шварцев СЛ., Савичев О.Г. и др. Комплексные эколого-геохимические исследования вод р. Оби. //Труды I Межрегионального совещания «Экология сибирских рек и Арктики». Томск, 1999. - С. 110-115.

108. Белицкая Е.А., Гузняева М.Ю. и др. Органические примеси в водах Средней Оби. //Труды I Межрегионального совещания «Экология сибирских рек и Арктики». Томск, 1999. - С. 122-129.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Напечатать

или

Лазерный газоанализатор. Лазерный оптико-акустический газоанализатор внутрирезонаторного типа. Функциональные возможности комплекса

Функциональные возможности комплекса

Опыт эксплуатации

Перспективы развития комплекса

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рекомендованный список диссертаций

Лазерное зондирование атмосферы с использованием молекулярного поглощения 2012 год, доктор физико-математических наук Романовский, Олег Анатольевич

Техническая модернизация каналов лазерного зондирования сибирской лидарной станции 2005 год, кандидат технических наук Невзоров, Алексей Викторович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерные газоанализаторы на основе метода дифференциального поглощения»

Похожие диссертационные работы по специальности «Приборы и методы экспериментальной физики», 01.04.01 шифр ВАК

Дистанционный газоанализ атмосферы с использованием многоволновых ИК-лазеров 2013 год, кандидат физико-математических наук Яковлев, Семен Владимирович

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Долгий, Сергей Иванович

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Долгий, Сергей Иванович, 2004 год

Лазерный газоанализатор. Лазерный оптико-акустический газоанализатор внутрирезонаторного типа. Функциональные возможности комплекса

Функциональные возможности комплекса

Опыт эксплуатации

Перспективы развития комплекса

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Рекомендованный список диссертаций

Лазерное зондирование атмосферы с использованием молекулярного поглощения 2012 год, доктор физико-математических наук Романовский, Олег Анатольевич

Техническая модернизация каналов лазерного зондирования сибирской лидарной станции 2005 год, кандидат технических наук Невзоров, Алексей Викторович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерные газоанализаторы на основе метода дифференциального поглощения»

Похожие диссертационные работы по специальности «Приборы и методы экспериментальной физики», 01.04.01 шифр ВАК

Дистанционный газоанализ атмосферы с использованием многоволновых ИК-лазеров 2013 год, кандидат физико-математических наук Яковлев, Семен Владимирович

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Долгий, Сергей Иванович

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Долгий, Сергей Иванович, 2004 год

Похожие записи: