DE2133080C3

DE2133080C3 - System zur optischen Kontrolle von Luftverunreinigungen in einem Großraum

Info

Publication number: DE2133080C3
Application number: DE2133080A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Phys.Dr.Rer.Nat. 8033 Planegg Roess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-07-02
Filing date: 1971-07-02
Publication date: 1974-10-17
Also published as: US3820897A; DE2133080A1; NL7208852A; DE2133080B2; IT956901B; FR2145165A5; BE785698A; SE377613B; LU65643A1; GB1397633A

Description

und eines Empfängers eng benachbart angeordnet j»nd. können die Empfänger trotz ihrer Ausrichtvorrichtung Streustrahlungen von verschieden entfernten Streupartikeln registrieren.

Die Streuorte lassen sich aber auch durch eine andere Anordnung dadurch vorgeben, daß jeder Sender und jeder benachbarte Empfanger einen vorgegebenen Abstand voneinander hat und daß jeder Empfänger Vorrichtungen zur Strahlungsauinahme aus mehreren festen Richtungen enthält. Dann schließen nämlich die ausgesandten und die rückgestreuten Strahlenbündel bekannte Winkel miteinander ein, aus denen die Streuorte bestimmbar sind.

Durch eine wie die in »Nature«, 224, 1969, 170 bis 172 im Zusammenhang mit der Laser-Raman-Radartechnik beschriebene zentrale Datenerfassungseinheil lassen sich alle Empfängerdaten auf ein zentrales Ortsnetz umrechnen.

Bei allen bisher genannten Radarsystemen setzt sich die Wirkung des Gesamtsystems aus de^r Summe der Wirkungen der einzelnen Stationrn zusammen, d. h. für jeden Sender ist genau ein Empfänger vorgesehen. Störungen in einem Sender oder Empfanger können nur durch Untersuchungen mit geeichten Geräten ermittelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist ein leicht überprüfbares neues System zur Kontrolle von Luftverunreinigungen in einem Großraum, mit dem sowohl durch Ramanstreuung als auch durch Absorption qualitative und quantitative Kontrollen durchführbar sind und fehlerhafte Geräte leicht ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zu dem ersten Lasersender weitere Lasersender entlang einer ersten, am Rande des zu überwachenden Bereiches verlaufenden Linie angeordnet sind, daß die Empfänger entlang einer zweiten, in einer anderen Richtung als die erste Linie verlaufcnoen Randlinie angeordnet sind und daß in jedem Lasersender-Strahlengang jeweils mehrere Strahlteiler hintereinander so angeordnet sind, daß jeder Strahlteiler eines Strahlenganges jeweils einen Teil der Strahlung zu einem zugeordneten Empfänger umlenkt und den Rest der Strahlung zum nächsten Strahlteiler durchläßt.

Dadurch kann das Überwachungsgebict verdichtet worden. Da nämlich alle Empfänger von allen Sendern Strahlung erhalten, lassen sich Verunreinigungen aus vielen Teilgebieten ermitteln. Dieses System hat weiter den Vorteil, daß sich ein fehlerhaftes Gerät (Sender oder Detektor) aus den Meßdaten der übrigen Detektoren sofort ermitteln läßt, da jeder von irgendeinem Sender ausgestrahlte Laserstrahl von allen Detektoren registriert wird. Dazu werden insbesondere alle Empfängerdaten durch eine zentrale Erfassungsanordnung festgehalten, welche die Daten auf ein zentrales Ortsnetz umrechnen. Aus dem zeitlichen Verlauf der in den einzelnen Detektoren registrierten Daten sind dann auch bei raschen Veränderungen der Luftverunreinigung Fehler sotort ersichtlich.

In einem homogenen Gelände werden die Strahlenteiler insbesondere derart angeordnet, daß die umgelenkten Laserstrahlen parallel verlaufen. Dies führt zu einer optimal vollständigen Überwachung eines Gebietes.

Vom Vorteil ist es auch, durch eine vorgegebene Anordnung der Strahlteiler die laserstrahlen in unterschiedlichen Richtungen laufen zu lassen, wenn auf bauliche Gegebenheiten in Großstädten Rücksicht genommen werden muß.

Die Erfindung soll an Hand enes Ausführungsbeispieles in der Figur noch näher erläutert werden.

Die Figur zeigt eine Reihe von Sendern 1 und eine dazu senkrecht stehende Reihe von Empfängern 2. In allen Strahlengängen der Sender 1 sind Strahlteiler 7 so angeordnet, daß sie das Laserlicht teils durchlassen zum nächsten Strahlenteiler, tei's umlenken zu den Empfängern 2. Bei dieser Anordnung können wieder sowohl Streumessungen als auch Absorptionsmessungen durchgeführt werden. Es erhält jeder der Empfänger 2 Strahlungsantcile von jedem der von den einzelnen Sendern 1 ausgesandten Laserstrahlen. Benutzt man eine vorbestimmte zeitliche Reihenfolge der von den Sendern 1 ausgesandten Laserstrahlcnimpulse, so lassen sich die Verunreinigungen in den einzelnen Teilstrecken ermitteln. Die von den Empfängern 2 ermittelten Daten können dann zentral erfaßt werden und auf einer Anzeigetafel dargestellt werden. Ändert sich beispielsweise bei einem Sender infolge eines Defektes dessen Ausgangsleistung, dann sinken in allen Empfängern gleichzeitig die Anzeigewerte. Dadurch ist sofort auf einen Fehler hingewiesen. Es ist nicht erforderlich, daß die Sender 1 und die Empfänger! auf geraden Linien liegen. Vielmehr können diese beliebig verteilt sein und auch die Strahlungsteiler regellos angeordnet sein.

Durch ein solches System lassen sich also Luftverunreinigungen zu jeder Zeit aufzeigen und Spitzenwerte und Durchschnittswerte berechnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 von T. Kobayasi und H. I η aba, Proe. IEEE, vol. Patentansprüche: 58, No 10,1970, S. 1568 bis 1571). In diesem Artikel werden die Vorteile der Ramanrückstreuung von

1. System zur Kontrolle von Luftverunreini- Laserstrahlen an Molekülen gegenüber der Rückgungen mit einem Lasersender, mit mehreren 5 streuung von Laserstrahlen, die sich zusammensetzt Empfängern zum Empfang der von den luftver- aus der Mie-Streuung an bestimmten Stoffen und der unreinigenden Stoffen nach Anregung durch die Rayleigh-Streuung an atmosphärischen Molekülen, Laserstrahlung ausgehenden Ramanstreustrah- beschrieben. Da nämlich die Frequenz der rückgelung, dadurch gekennzeichnet, daß streuten Strahlung bei der Mie-Streuung und der zusätzlich zu dem ersten Lasersender weitere io Rayleigh-Streuung die gleiche wie die des ausgesand-Lasersender (1) entlang einer ersten am Rande ten Lichtes ist, ist eine Identifizierung der Venmicides zu überwachenden Bereiches verlaufenden nigungen nicht möglich. Die Laser-Ramanrückstreu-Linie angeordnet sind, daß die Empfänger (2) ung ermöglicht jedoch eine qualitative Analyse aller entlang einer zweiten, in einer anderen Richtung Chemikalien in der verunreinigten Atmosphäre, da als die erste Linie verlaufenden Randlinie an- 15 die Frequenz des gestreuten Lichtes spezifisch für jegeordnet sind und daß in jedem Lasersender- des Molekül um einen gewissen Betrag gegen die Strahlengang jeweils mehrere Strahlteiler (7) hin- Frequenz des ausgesandten Lichtes verschoben ist. tereinander so angeordnet sind, daß jeder Strahl- Es ist ebenfalls möglich, die Verteilung uer molekuteiler eines Mrahlenganges jeweils einen Teil der laren Dichte in der verunreinigten Atmosphäre m Strahlung zu einem zugeordneten Empfänger um- 20 bestimmen. Will man beispielsweise die Konzentralenkt und den Rest der Strahlung zum nächsten tion von CO₂-Molekülen ermitteln, so benötigt man Strahlteiler durchläßt. das Intensitätsverhältnis des rückgestreutcn Lichtes

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zwischen den CO₂-Molekülen und den O₂-Molekiizeichnet, daß die Strahlteiler (7) derart angeord- len, den Ramanrückstreu-Differential-Wirkungsquernet sind, daß die an den StnJilteilern umgelenk- 25 schnitt der CO₂-Moleküle, den spektralen Anzeigeten Laserstrahlen parallel verlaufen. koeffizienten des Detektors und schließlich den Ra-

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekenn- manstreukoeffizienten von ₀₂. Mit Hilfe dieser Angazcichnet, daß die Strahlteiler (7) derart angeord- ben läßt sich die Molekulardichte von CO₂ bestimnet sind, diS"> die an den Strahlteilern umgelenk- men. Auf ähnliche Weise kommt man zu weiteren ten Laserstrahlen in unterschiedlichen Richtun- 30 Luftverunreinigungsanteilen. In diesem Artikel ist algen verlaufen. lerdings nur von einem Lasersender und einem Emp-

4. System nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- fänger die Rede. Mit Hilfe dieser Anordnung läßt durch gekennzeichnet, daß eine zentrale Erfas- sich daher nur die Luftverunreinigung in einem bcsungsanordnung für alle Empfängerdaten vorge- grenzten kleinen Gebiet überwachen.

sehen ist, welche die Daten auf ein zentrales 35 Soll ein System zur Kontrolle von Luftverunreini-

Ortsnetz umrechnet. gungen aufgebaut werden, das an einer Vielzahl von

Orten in einem Großraum zu messen gestattet, so läßt sich dies — wie in der herkömmlichen Radar-

technik allgemein üblich — durch in einer Reihe an-

40 geordnete Lasersendestationen und durch in einer Reihe angeordnete ausgerichtete Empfangsstationen

Die Erfindung betrifft ein System zur Kontrolle erreichen. Die in der Atmosphäre enthaltenen Atome

von Luftverunreinigungen mit einem Lasersender, und Moleküle werden zu Absorption oder zu spezifi-

mit mehreren Empfängern zum Empfang der von sehen Ramanstrahlungen angeregt, die dann rcgi-

den luftverunreinigenden Stoffen nach Anregung 45 striert und analysiert werden.

durch die Laserstrahlung ausgehenden Ramanstreu- Dabei können die Sendestationen und die Emp-

strahlung. fangsstationen eine gemeinsame Reihe bilden, in der

Durch die modernen industriellen Produktionspro- jeweils eine Sendestation neben einer Empfangssta-

zesse entstehen in wachsendem Maße Luftverunreini- tion angeordnet ist. wobei alle Sender zueinander

gungen, die sich nachteilig auf die Gesundheit der Ie- 50 parallele Strahlungsbündel aussenden und die rück-

benden Welt auswirken können. Es besteht daher seit gestreute Strahlung jeweils von dem zugehörigen

längerer Zeit das Bedürfnis, den Luftraum zu über- Empfänger registriert und analysiert wird. Da die

Wachen. Strahlungsbündel alle parallel zueinander verlaufen,

Versuche sind in dieser Richtung bereits unter- erhält man eine Strahlungsebene, die insbesondere

nommen worden. So wurden in den USA. großflä- 55 horizontal liegen kann. Auf diese Weise kann in die-

chige, poröse Stoffproben in dem zu vermessenden ser Strahlungsebene eine Luftüberwachung in einem

Gebiet verteilt, die Verunreinigungen der Luft auf- um so größeren Bereich durchgeführt werden, je

saugen sollten. Diese Verunreinigungen wurden spä- mehr Lasersender- und Empfangsstationen angeord-

ter auf chemischem Wege qualitativ und quantitativ net werden.

untersucht. Um nach dieser Methode Verunreinigun- 60 Die Vorrichtung kann derart ausgebildet werden,

gen feststellen zu können, müssen die Proben aller- daß die Strahlungsebene variabel einstellbare Winkel

dings monatelang der Luft ausgesetzt werden. mit der Horizontalen bildet. Auf diese Weise la«sen

Außerdem erhält man nur Aussagen über Luftverun- sich dann nämlich mehrere Messungen bei versdiie-

reitligungen direkt an den Orten, wo die Proben an- denen Winkeln durchführen, wobei man zu einer

geordnet sind. 65 räumlichen Überwachung eines Gebietes kommt.

Es ist ferner bekannt, Verunreinigungen in der Bei den bisher aufgeführten Anordnungen werden

Luft mittels einer Laser-Ramanradartechnik zu er- die Orte der Streupartikeln aus der Laufzeit der Strah-

mitteln (Laser-Raman Radar for Air Pollution Probe lung ermittelt. Da nämlich je ein Paar eines Senders