BG4112U1 - Устройство за определяне концентрацията, материала и размера на микропластмаси във водна среда - Google Patents

Abstract

Полезният модел намира приложение за управление на околната среда и опазване здравето на населението чрез осъществяване на бърз и ефективен мониторинг за наличие и концентрация на микропластмаси във водни басейни. Устройството включва лазер (1) и средство (3) за насочване на воден поток W към мерителна зона (2) с датчик за скорост (16). Мерителната зона (2) се състои от две части. Пред първата част има груб филтър (14), а пред втората - фин филтър (15). На входа на мерителната зона (2) има входяща оптична система (4), свързана с входящ измервателен блок (5) с датчици за измерване на входяща мощност (6), а на изхода - изходяща оптична система (7), свързана с изходящ измервателен блок (8) с датчици за изходяща мощност (9). Датчиците на входа (6), датчиците на изхода (9) и датчикът за скорост (16) са свързани с устройство за събиране и обработка на данни (10).

Description

Област на техниката

Полезният модел се отнася до устройство за определяне концентрацията, материала и размера на микропластмаси във водна среда в реално време.

Полезният модел ще намери приложение за управление на околната среда и опазване здравето на населението чрез осъществяване на бърз и ефективен мониторинг за наличие и концентрация на микропластмаси във водни басейни.

Предшестващо състояние на техниката

Замърсяването с микропластмаси е едно от най-сериозните предизвикателства пред човечеството през последните 20 години. Под микропластмаса се разбира твърди частици от различни полимерни субстанции с размер от 1 pm до 5 mm. Нарастващият обем произведена пластмаса в световен мащаб прави проблема все по-актуален и сериозен. Според публикации от изследвания концентрацията на микропластмаси в открити, естествени водни среди може да достигне до 10000 броя частици на т³, като основното количество микропластмасови частици във водните басейни (реки, езера, морета) е с размер между 70 pm и 500 pm. Замърсяването с микропластмаса има редица специфики. От една страна, това е ниската скорост на разграждане на полимерите в естествена среда. От друга страна, пластмасата старее, като процеса на стареене се отделят микрочастици с размер под 5 mm, които се разпространяват в почвата и чрез вятъра и дъжда голяма част от тях попадат във въздуха и водата. От трета страна, малкият размер на частиците затруднява отстраняването им и улеснява попадането им пряко или косвено в човешкия организъм. Особено негативно въздействие има замърсяването с микропластмаса на открити водни басейни - реки, езера, морета, океани. Освен чрез водата за пиене и готвене, микропластмасата попада в човешкия организъм чрез рибата, както и чрез земеделските продукти, поливани със замърсена с микропластмаса вода.

Това поражда необходимост от устройство за бързо, лесно и надеждно определяне концентрацията на микропластмасови частици във водата и техните характеристики - размер и материал.

От WO 2017220249 А1 е известно устройство за откриване на микрочастици във флуиден поток и определяне на материала. Разкритото устройство включва средство за създаване на флуиден поток и импулсен лазер, излъчващ кохерентно електромагнитно лъчение с определена поляризация и дължина на вълната, подходяща за индуциране на флуоресценция в микрочастиците в потока. Лазерният лъч е насочен към мерителна зона във флуидния поток. Напречното сечение на мерителната зона е определено от напречното сечение на лъча. Оптична система, разположена на входа на мерителната зона поляризира лазерният лъч в определено направление на поляризация. Втора оптична система, разположена на изхода на мерителната зона, насочва преминалия през мерителната зона лъч за повторно преминаване през нея, но в друго направление на поляризация. Устройството включва още първи и втори спектрометри, чрез които се определят съответно параметрите на индуцираните флуоресценции в молекулите на частиците в потока, създадени от двете поляризации, и параметрите на импулса. По-конкретно, измерва се интензитета за различни дължини на вълните за различните посоки на поляризация във времето. Спектрометрите са свързани с устройство за събиране, обработка и съхранение на данни, което по зададен математически модел определя разликата във

BG4112 UI времето за затихване на индуцираната флуоресценция при различна поляризация. Чрез съпоставяне на данните от изследването е предварително известна или предварително създадена и контролирана поляризация на лъчението и спектъра на тази флуоресценция се определя материала на твърдите частици във флуида. Разкритото устройство позволява да се констатира наличност на твърди частици и да се определи техния материал, но само ако в тях може да бъде индуцирана флуоресценция в диапазона на излъчваните от източника дължини на вълните. При някои видове материали, между които и пластмаса, е невъзможно да се индуцира флуоресценция при използваните дължини на вълните при всеки конкретно използван лазерен източник. Освен това, чрез това устройство не може да се определи концентрацията и размера на микрочастиците.

Това устройство не е подходящо за използване в немодифицирана водна среда, тъй като паразитната флуоресценция от неизбежните органични примеси в средата (реки, езера, морета) намалява точността и надеждността на резултатите. Отделно, работата с устройството е сложна и трудоемка, изисква висококвалифициран персонал и специализирано лабораторно оборудване.

Техническа същност на полезния модел

Задача на полезния модел е да създаде устройство за определяне концентрацията, материала и размера на микропластмасови частици във водна среда на място в реално време, което да е лесно за обслужване и поддръжка, да не изисква висококвалифициран персонал, да може да работи на място и да дава в реално време резултати относно концентрацията на микропластмаса в средата, както и размера и материала на микрочастиците.

Тази задача е решена чрез предложеното устройство за определяне концентрацията, материала и размера на микропластмаса във водна среда. То включва средство за създаване на течащ поток W е постоянна известна скорост, в който е предвиден датчик за измерване скоростта на потока W и източник на импулсно кохерентно електромагнитно излъчване, генериращ импулсен лазерен лъч F с диаметър db. съставен от η броя вълни с различна дължина λί. където l<i<n. а п>2 в диапазона 300-800 nm. Дължината на всеки импулс е < 100 ns, а честотата на повторение на импулсите е >10 kHz. Лазерният лъч F е насочен към водния поток W, формирайки в него мерителна зона, представляваща виртуален цилиндър с дължина L и диаметър на основата db. Мерителната зона се състои от първа част с дължина Li, която е в интервала 500 - 1500 mm и втора част с дължина L₂ > 400 mm. Устройството включва още груб филтър, задържащ частици над 5 mm, и фин филтър, задържащ частици над 10 pm, които са разположени на пътя на потока W непосредствено пред съответно първата част и втората част на мерителната зона. На входа на мерителната зона има входяща оптична система, а на изхода - изходяща оптична система. Входящата оптична система включва разделящо полупропускливо огледало и η-l броя дихроични огледала на входа, разположени едно след друго по посока на отразения от полупропускливото огледало лъч F’. Входящата оптична система е свързана с входящ измервателен блок, включващ датчици на входа за измерване на входящата мощност Рщ. Изходящата оптична система включва η-l броя дихроични огледала на изхода и е свързана с изходящ измервателен блок, включващ датчици на изхода за измерване на преминала мощност Ря,. Входящият измервателен блок, изходящият измервателен блок и датчикът за измерване на скорост са свързани с устройство за събиране и обработка на данни.

BG4112 UI

За така избраните параметри, размерният параметър х = 2.я.а/К > 140, където а е характеристичен размер за микрочастицата, което изключва разсейване в посоката на изходящия измервателен блок, респективно изключва тази компонента в стойността на преминалата мощност Рн.

Освен това, разполагането на оптичната система по оста на лъча F и дългия оптичен път между микрочастицата и датчиците на изхода, също изключва възможността за измерване на разсеяно излъчване.

В едно вариантно изпълнение на устройството съгласно полезния модел, входящата оптична система включва второ полупропускливо огледало и 100% отразяващо огледало. Второто полупропускливо огледало разделя преминалия през първото полупропускливо огледало лъч Fm на два лъча Fm’ и Fr с еднакви геометрични характеристики и предварително зададено съотношение на мощностите, като лъчът Fm’ преминава през мерителната зона, а лъчът Fr се отразява от 100% отразяващото огледало и облъчва потока W, формирайки в него референтна зона с диаметър db и дължина L, разположена между входящата оптична система и изходящата оптична система след мерителната зона по посока на водния поток W. Между мерителната зона и референтната зона има втори фин филтър, задържащ частици над 10 рш.

Възможно е устройството за събиране и обработка на данни да има дисплей, който да визуализира по подходящ начин информацията.

Възможно е към устройството за събиране и обработка на данни да са изведени работни станции, свързани с него двупосочно, на които да се визуализират в подходящ вид резултатите от мониторинговите изследвания и чрез които да се въвеждат емпирични данни за комплексния коефициент на пречупване m за нови видове полимерни материали, както и емпирично определени калибрационни стойности за Ajj за съответните двойки дължини на вълните в избрания диапазон за частици от конкретен материал и размер. Възможно е устройството за събиране и обработка на данни да съдържа предавателен блок, включващ поне един комуникационен модул от вида LAN, GSM, GPRS, 3G, SMS, VHF, UHF.

За предпочитане е дължината Li да е в интервала 600 - 1200 mm. а дължината L2 да е по-голяма от 500 mm.

Средството за насочване на водния поток може да бъде изпълнено като фуния или тръба с правоъгълно сечение. Средството за насочване на водния поток може да бъде разглобяемо, за да се улесни транспортирането и пренасянето на устройството съгласно полезния модел до избраното място на работа.

Предложеното устройство позволява бързо и лесно да се определи броя, размера и материала на пластмасовите микрочастици, както и концентрацията на микропластмаса във водна среда в реално време на място. Получените резултати са с добра точност и надеждност, които могат да се увеличат според необходимостта. Устройството е лесно за обслужване и поддръжка и не изисква специална квалификация на обслужващия персонал. Може да се транспортира с автомобил, както и да се пренася на ръка на кратки разстояния. Това го прави универсално приложимо при изследване, мониторинг и контрол за замърсяване с микропластмаса на водни басейни и водни инфраструктури.

Посочените предимства го правят особено подходящо и ефективно при изследване замърсеността с микропластмаса на големи и/или отдалечени водни басейни. Данните могат да се предават в реално време и да служат за основа за вземане на оперативни решения, свързани с управлението на околната среда и защита здравето и живота на населението.

BG4112 UI

Пояснение на приложените фигури

Фигура 1 представлява принципна схема на примерно изпълнение на устройство, съгласно полезния модел;

Фигура 2 е принципна схема на входяща оптична система и входящ измервателен блок на устройството от фигура 1;

Фигура 3 е принципна схема на изходяща оптична система и изходящ измервателен блок на устройството от фигура 1;

Фигура 4 е принципна схема на вариантно изпълнение на устройство, съгласно полезния модел;

Фигура 5 е принципна схема на входяща оптична система и входящ измервателен блок на устройството от фигура 4;

Фигура 6 е принципна схема на изходяща оптична система и изходящ измервателен блок на устройството от фигура 4;

Фигура 7 представлява страничен поглед на условно еквивалентна частица, облъчвана по нормалата на основата;

Фигура 8 е 3D диаграма на зависимостта между коефициентите на затихване във водната среда Q_ext, коефициента на поглъщане К_а и коефициента на отражение R_n за всички материали в посочения диапазон на вълните за три различни размера на частицата;

Фигура 9 е диаграма на типичното разпределение на п_г и k_r за най-масово използваните материали за λι = 500 nm и λχ = 600 nm.

Примери за изпълнение на полезния модел

На фигури 1-3 е изяснено примерно изпълнение на устройството, съгласно полезния модел. Устройството включва импулсен лазер 1, генериращ импулсен лазерен лъч F и известно средство 3 за създаване на течащ поток W с постоянна скорост, например фуния с адаптируемо променливо напречно сечение, в която има датчик 16 за измерване скоростта на потока W. В това примерно изпълнение лазерният лъч Fee диаметър db= 6 mm и излъчва едновременно във всеки един импулс три вълни с различна дължина λι, /.2 и Гз в диапазона 450-800 nm. като дължината на всеки импулс е 100 ns. честотата на повторение на импулсите е 10 kHz. Лазерният лъч F облъчва водния поток W, като формира в него мерителна зона 2. представляваща виртуален цилиндър с дължина L и диаметър на основата 6 mm. Мерителната зона 2 се състои от две части, като в това примерно изпълнение първата част 2' е с дължина Li = 700 mm, а втора част 2” е с дължина L? = 500 mm.

На пътя на потока W, непосредствено пред първата част 2‘ на мерителната зона 2 има груб филтър 14, задържащ частици над 5 mm. а непосредствено пред втората част 2” на мерителната зона 2 има фин филтър 15, задържащ частици над 10 pm. На входа на мерителната зона 2 има входяща оптична система 4. а на изхода - изходяща оптична система 7. Входящата оптична система 4 е изяснена на фигура 2. Тя включва разделящо полупропускливо огледало 11 и разположени едно след друго по посока на отразения лъч дихроични огледала на входа 12. Изходящата оптична система 7 е изяснена на фигура 3. В това примерно изпълнение изходящата оптична система 7 включва две дихроични огледала на изхода 13. Входящата оптична система 4 е свързана с входящ измервателен блок 5, който в това примерно изпълнение включва 3 броя датчици на входа 6 за измерване на входяща мощност P_Oi, а изходящата оптична система 7 е свързана с изходящ измервателен блок 5

8, включващ 3 броя датчици на изхода 9 за измерване на преминалата мощност P_ti. Датчиците на входа 6 и датчиците на изхода 9 са свързани с устройство за събиране и обработка на данни 10.

Във фунията 3, която насочва потока W към мерителната зона 2, има датчик 16 за измерване скоростта на водата, който е свързан с устройството за събиране и обработка на информация 10.

Лазерният лъч F преминава през входящата оптична система 4. където разделящото полупропускливо огледало 11 го разделя на два лъча с еднакви геометрични характеристики и еднаква мощност - мерителен лъч Fm и отразен лъч F'. Мерителният лъч Fm преминава през мерителната зона 2. Дихроични огледала на входа и на изхода 12 и 13 разделят мерителния лъч F_M в рамките на всеки импулс на съставляващите го вълни λι, λ₂ и λ?. Датчиците на входа 6 и датчиците на изхода 9 измерват веднъж на всеки импулс в това примерно изпълнение съответно входящата мощност Ροι. Роз и Роз и преминалата мощност P_ti, Pt2 и Pt3 за всяка дължина на вълната. Информацията от датчиците на входа и на изхода 6 и 9 се подава в устройството за събиране и обработка на данни 10. То съдържа база данни от емперично определени калибрационни стойности за Ац за съответните дължини на вълните λι, λ₂ и Хз за частици от конкретен полимерен материал и размер.

По зададен математически модел се определя коефициента на поглъщане на водната среда K_awi за всяка една дължина на вълната, като стойността на K_awi се записва в устройството за събиране и обработка на данни 10 и се актуализира в това примерно изпълнение на интервал от една секунда. На база на оперативните данни за входящата мощност Poi и преминалата мощност Р_р за всяка дължина на вълната λι, λ₂ и λι и актуалната стойност за Kawi се определя оперативната стойност на отношението Ац между общите коефициенти на затихване Q(xi) и QU) за трите отделни двойки вълни с различна дължина λί, което се актуализира на определен времеви интервал, в това примерно изпълнение - веднъж във всеки един импулс.

В основата на математическият модел за изчисление на коефициента за поглъщане на водната среда Kawi и оперативните стойности на Ац стои условна еквивалентна частица. Това е хомогенна и изотропна микрочастица от полимерен материал с форма на цилиндър с височина, равна на диаметъра d_p на основата, облъчвана по нормалата N на основата, т. е. ъгъл на падане Θ е 0. За така дефинираната условна еквивалентна частица оптичната дължина е равна на d_p.

За коефициента на отражение R_n при Θ = 0 е валидна зависимостта:

'μЗа условно еквивалентната частица поглъщането в мерителната зона 2 се описва от релацията на БеърЛамберт

P_t = P_o.e'^{Katt L}. (Ι-φ-Qext) където φ= = |^, a Q_ext е общият коефициент на затихване, като преминалата през водата мощност при

Р — р липса на частица 0

BG4112 UI

За условната еквивалентна частица — - . Pt ,

При φ = 0. т. е. при липса на частица в мерителната зона 2. — = Е

В този случай P_Uv в средата зависи само от коефициента на поглъщане на водата К_а в мерителната зона

2, където К_а = 4.я.к/Х. Съответно, Q_ext за всяко оперативно измерване може да се определи за съответната дължина на вълната посредством израза:

^Pt /I X

Ω Gil — ^{Ftlv 1}

Vext (Al) — ,dp\ · \dbr

От релацията Q_ext = ^^-където σ_εχ1 е сечение на затихване за частица от съответен материал, което всъщност е мярка за способността на съответната субстанция да поглъща, отразява и разсейва електромагнитно излъчване със съответната дължина на вълната следва, че общият коефициент на затихване за всяка дължина на вълната Q_ext е пряко свързан със сечението на затихването a_ext и площта на напречното сечение на частицата Sp. Поради това лъчът F включва най-малко две дължини на вълните, излъчвани в рамките на един и същи импулс, т. е. във всеки един момент двете дължини на вълните взаимодействат с едно и също напречно сечение на частицата S_p.

Тъй като за отношението Ац между общите коефициенти на затихване Qext(Li) и Qext(kj) за различните дължини на вълните е валидна релацията Ay = o_ext(ki)/a_ext(kj), следва, че Ац е уникално за всяка частица от определен материал и с определена оптична дължина, т. е размер.

Когато получената стойност за Ау е равна или клони към 1 в рамките на допустимата грешка на датчиците на входа и изхода 6 и 9, измерващи входящата и преминалата мощност Р_о и P_t, това е показател, че преминалата микрочастица не е от пластмаса. Стойност за Ац различна от 1 в рамките на допустимата грешка на уредите е показател, че преминалата микрочастица може да бъде определена, като такава от полимерен материал.

При заложените в модела максимална концентрация на частиците, честотата на повторения на импулсите и брой измервания в един импулс, преобладаващият брой измервания ще бъдат в условия на среда без частица, което означава, че преобладаващият брой стойности за Ρ»/Ρ_Οί ще бъдат много близки и клонящи към измерената пикова стойност. На базата на тези стойности с достатъчно голяма точност може да се изчисли коефициента на поглъщане на водата K_awi за всяка една дължина на вълната. Определеният коефициент се записва и актуализира на определен интервал от време, в случая на всяка секунда.

На фигури 4 - 6 е изяснено вариантно изпълнение на устройството, съгласно полезния модел. Устройството включва фуния 3 за създаване на течащ поток W с датчик 16 за измерване скоростта на водата и импулсен лазер 1, който генерира импулсен лазерен лъч F. В това вариантно изпълнение е избран лазерен лъч F с диаметър d_p = 5,5 mm с две вълни с различни дължини λι и λ? в диапазона 450-700 nm. Дължината на всеки импулс е 50 ns, а честотата на повторение на импулсите е 20 kHz. Входящата оптична система 4 е изяснена на фигура 5. Тя включва разделящо полупропускливо огледало 11 и дихроично огледало на входа 12, разположено по посока на отразения лъч F‘. Входящата оптична система 4 включва още второ полупропускливо огледало 17 и 100% отразяващо огледало 18. Второто полупропускливо огледало 17 разделя преминалия през разделящото полупропускливо огледало 11 лъч Fm на два лъча и Fr с еднакви геометрични характеристики и еднакви входящи мощности. Лъчът Fm' се отразява от 100% отразяващото огледало 18 и преминава през мерителната зона 2, а лъчът Fr облъчва потока W, формирайки в него референтна зона 19 с диаметър db и дължина L, като референтната зона е разположена между входящата оптична система 4 и изходящата оптична система 7 след мерителната зона 2 по посока на водния поток W.

Мерителната зона 2 се състои от две части, като в това примерно изпълнение първата част 2' е с дължина L, = 600 mm, а втората част 2 е с дължина L· = 400 mm.

На пътя на потока W, непосредствено пред първата част 2' на мерителната зона 2 има груб филтър 14, задържащ частици над 5 mm, а непосредствено пред втората част 2” има фин филтър 15, задържащ частици

BG4112 UI над 10 pm. Непосредствено пред референтната зона 19 има втори фин филтър 17, задържащ частици над 10 pm. Входящата и изходящата оптични системи 4 и 7 са свързани съответно с входящ измерителен блок 5 и изходящ измерителен блок 8. Входящият измерителен блок 5 включва датчици на входа 6 за измерване на входящата мощност Poi в мерителната зона 2 и референтната зона 19. Изходящият измерителен блок 8 включва датчици на изхода 9 и 9' за измерване на преминалата мощност Рн и Рк«, съответно в мерителната зона 2 и референтната зона 19. Входящият измервателен блок 5, изходящият измервателен блок 8 и датчикът 16 са свързани с устройство за събиране и обработка на данни 10.

Лазерният лъч F преминава през входящата оптична система 4, където полупропускливо огледало 11 го разделя на два лъча е еднакви геометрични характеристики и в това примерно изпълнение, еднаква мощност в рамките на всеки импулс - мерителен лъч Fm и отразен лъч F’. Мерителният лъч Fm преминава през второто полупропускливо огледало 17, което го разделя на два успоредни лъча Fm и Fr с еднакви геометрични характеристики и еднаква мощност, които се излъчват едновременно в рамките на всеки един импулс. Лъчът Fm’ се отразява от 100% огледало 18 и преминава през мерителната зона 2, а лъчът Fr преминава през полупропускливото огледало 17 и облъчва референтната зона 19. Грубият филтър 14 задържа частици над 5 mm, поради което водата в първата част 2“ на мерителната зона 2 не съдържа частици над този размер. Благодарение на финия филтър 15 и втория фин филтър 20 втората част 2’’ на мерителната зона 2 и референтната зона 19 не съдържат микрочастици, по-големи от 10 pm. Дихроичните огледала на входа и на изхода 12 разделят отразения лъч F в рамките на всеки импулс на съставляващите го вълни λι и λ₂. Датчиците на входа 6 измерват входящата мощност P_Oi за всяка дължина на вълните в мерителната зона 2 и референтната зона 19. а датчиците на изхода 9 измерват преминалата мощност P_tt и Pru за всяка дължина на вълните съответно в мерителната зона 2 и референтната зона 19. В това примерно изпълнение се правят десет измервания във всеки импулс. Информацията от датчиците на входа и на изхода 6 и 9 се подава в устройството за събиране и обработка на данни 1510, където се обработва и резултатите се записват в базата данни и се визуализират на дисплея. Резултатите от изследванията могат да се предават в реално време към мобилни или стационарни работни станции - таблети, компютри, смарт телефони, свързани безжично с устройството за събиране и обработка на данни.

Начин на работа

Отделните модули на устройството, съгласно полезния модел - лазер, оптично-измервателен модул, средство за формиране и измерване на водния поток и компютър, се транспортират до водния басейн, обект на мониторинг. Сглобяването се извършва на място, като начинът на работа зависи от естеството на водния басейн. При изследвания на открити водни среди устройството се монтира на специално конструирана плаваща платформа, на която са предвидени средства за закрепване и позициониране на отделните модули на устройството, като платформата се придвижва на буксир с постоянна скорост. Когато във водната среда няма постоянно течение в определена посока, изследванията се правят във време на движение. В среди, където има постоянно течение платформата се позиционира спрямо неговата посока, след което започват да се правят измервания. При изследвания в закрити индустриални водни инфраструктури се създава воден поток от средата, който се подава към устройството. Устройството се захранва от електрическата мрежа или от генератор, в зависимост от наличните възможности в мястото на изследването. Преди работа устройството се настройва. Продължителността на работа зависи от възможността за подаване на непрекъснато захранване към устройството, живота на активната среда на лазерния източник и дизайна на всяко конкретно изследване. Желателно е да се използват лазерни източници, осигуряващи над 1000 работни часа.

BG4112 UI

Claims (1)

1. Устройство за определяне концентрацията, материала и размера на микропластмаси във водна среда включващо източник на импулсно кохерентно електромагнитно излъчване (1), генериращ импулсен лазерен лъч F, облъчващ мерителна зона (2) с дължина L, средство за насочване (3) на течащ поток W с постоянна скорост към мерителната зона (2) и изходяща оптична система (7), разположена в края на мерителната зона (2) и свързана с изходящ измервателен блок (8), включващ датчици на изхода (9), свързани с устройство за събиране и обработка на данни (10), характеризиращо се с това, че лазерният лъч F e с диаметър db по-малко или равно на 6 mm и n броя вълни с различна дължина (ламбда)i, където 1 е по-малко или равно на i е по-малко или равно на n, като n е по-голямо от 2 в диапазона 300-800 nm, дължината на всеки импулс е по-малка или равна на 100 ns, а честотата на повторение на импулсите е минимум 10 kHz, при което устройството включва още входяща оптична система (4), разположена на входа на мерителната зона 2 и включваща разделящо полупропускливо огледало (11) и n-1 броя дихроични огледала на входа (12), разположени едно след друго по посоката на отразения от разделящото полупропускливо огледало (11) лъч F’, като входящата оптична система (4) е свързана с входящ измервателен блок (5), включващ n броя датчици на входа (6) за измерване на входяща мощност P0i, които са свързани с устройството за събиране и обработка на данни (10), а изходящата оптична система (7) включва n-1 броя дихроични огледала на изхода (13), като датчиците на изхода (9) са датчици за измерване на изходяща мощност Pti, при което мерителната зона (2) се състои от първа част (2’) с дължина L1, която е в интервала 500-1500 mm и втора част 2” с дължина L2 по-голямо или равно на 400 mm, като на пътя на потока W, непосредствено пред първата част (2’) на мерителната зона (2) има груб филтър (14), задържащ частици над 5 mm, а непосредствено пред втората част (2”) на мерителната зона (2) има фин филтър (15), задържащ частици над 10 (мю)m, при което в средството (3) за насочване на потока W е предвиден датчик (16) за измерване скоростта на водата, който е свързан с устройството за събиране и обработка на данни (10)