PL211413B1 - Sposób wykrywania obecności w atmosferze substancji chemicznych w postaci aerozoli lub gazów - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211413 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 383780 (22) Data zgłoszenia: 02.08.2007 (51) Int.Cl.

G01N 21/59 (2006.01) G01N 21/47 (2006.01)

Sposób wykrywania obecności w atmosferze substancji chemicznych w postaci aerozoli lub gazów (73) Uprawniony z patentu:

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA, Warszawa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

16.02.2009 BUP 04/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.05.2012 WUP 05/12 (72) Twórca(y) wynalazku:

ANDRZEJ GAWLIKOWSKI, Warszawa, PL MAREK ZYGMUNT, Warszawa, PL ANDRZEJ MŁODZIANKO, Warszawa, PL PIOTR KNYSAK, Warszawa, PL

ANDRZEJ GIETKA, Warszawa, PL MICHAŁ MUZAL, Warszawa, PL WIESŁAW PIOTROWSKI, Warszawa, PL ZYGMUNT MIERCZYK, Warszawa, PL KRZYSZTOF KOPCZYŃSKI, Warszawa, PL MIROSŁAW KWAŚNY, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Janusz Rybiński

PL 211 413 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania obecności w atmosferze substancji chemicznych w postaci aerozoli lub gazów stosowany do monitorowania zanieczyszczenia atmosfery i wykrywania rozpylonych w niej szkodliwych substancji, a zwłaszcza metanu.

Znany jest sposób pomiaru koncentracji metanu w atmosferze opisany w polskim patencie nr 200 564. W sposobie tym, za pomocą dwóch laserów generuje się modulowane impulsowo i rozdzielone przestrzennie wiązki promieniowania laserowego o różnych długościach fal. Długość fali jednej wiązki pokrywa się z pasmem absorpcji metanu. Sygnały obu wiązek laserowych rozdziela się za pomocą płytek światłodzielących i część sygnału kieruje się przez układ optyczny nadajnika w kierunku badanej atmosfery, a niewielką część przekazuje się do układu przetwarzania sygnałów. Następnie rozproszone i odbite od obiektów sygnały obu wiązek laserowych odebrane przez układ optyczny odbiornika przekazuje się do układu przetwarzania sygnałów, w którym określa się różnicę wartości natężenia promieniowania sygnałów o dwóch generowanych przez nadajnik długościach fal i na podstawie tej różnicy oblicza się koncentrację metanu w atmosferze.

Istota sposobu według wynalazku polega na tym, że sygnały generowane przez dwa lasery o zbliż onych dł ugoś ciach fal koduje się, a kod zapamiętuje się w układzie przetwarzania sygnałów. Jeden sygnał jest sygnałem wzorcowym, a drugi pomiarowym. Po zakodowaniu wiązki promieniowania laserowego wysyła się w kierunku monitorowanego obszaru atmosfery. Po detekcji odebranych przez układ optyczny odbiornika sygnałów echa obu wiązek laserowych, oblicza się wartości funkcji korelacji sygnału wzorcowego i pomiarowego z sygnałami odniesienia zapamiętanymi w układzie przetwarzania sygnałów. Nastę pnie określa się stosunek wartości funkcji korelacji sygnału wzorcowego i pomiarowego oraz wyznacza czas jaki upłynął od momentu wysłania sygnałów laserowych do momentu gdy wartość funkcji korelacji osiąga wartość maksymalną. Potem z wartości stosunku funkcji korelacji sygnału wzorcowego i pomiarowego wyznacza się stężenie badanej substancji, a na podstawie zmierzonego czasu jaki upłynął od momentu wysłania sygnałów laserowych do momentu gdy wartość funkcji korelacji osiąga wartość maksymalną oblicza się odległość od urządzenia pomiarowego do miejsca gdzie wykryto rozpyloną substancję lub obiektu odbijającego promieniowanie laserowe.

Zastosowanie funkcji korelacji do wykrywania i określania koncentracji szkodliwych substancji rozpylonych w atmosferze pozwala uzyskać poprawę stosunku sygnału do szumu w odbiorniku urządzenia pomiarowego dzięki czemu uzyskuje się większy zasięg wykrywania występujących zanieczyszczeń.

Sposób według wynalazku zostanie bliżej wyjaśniony w oparciu o rysunek, który przestawia schemat blokowy układu do wykrywania i określania stężenia metanu w atmosferze oraz kierunek propagacji wiązek promieniowania laserowego generowanego przez nadajniki laserowe zastosowane w urzą dzeniu.

W każ dym nadajniku promieniowania laserowego 1 i 2 znajduje się laser półprzewodnikowy.

Laser zastosowany w nadajniku 1 generuje sygnał laserowy o długości fali 1,55 μm. Sygnał ten pełni rolę sygnału wzorcowego. W drugim nadajniku laserowym 2 laser generuje sygnał o długości fali 1,65 μm, która pokrywa się z długością fali centrum pasma absorpcji metanu. Jest to sygnał pomiarowy. Obydwa sygnały są kodowane, a kod sygnałów jest generowany i zapamiętany w układzie przetwarzania sygnałów 3. Po zakodowaniu wiązki promieniowania sygnału wzorcowego 5 i pomiarowego 6 są kierowane do miejsca gdzie istnieje potrzeba monitorowania zanieczyszczenia atmosfery. Promieniowanie laserowe wysyłane przez nadajniki 1, 2 odbija się od obiektów 8 znajdujących się w terenie, wraca do urządzenia pomiarowego w postaci sygnałów echa i jest odbierane przez układ optyczny odbiornika 4. W odbiorniku następuje detekcja sygnałów, a po detekcji sygnały są przekazywane do układu przetwarzania sygnałów 3. Jeżeli wiązki promieniowania laserowego 5 i 6 napotkają na swojej drodze chmurę metanu 7 to natężenie promieniowana wzorcowego sygnału echa jest większe niż natężenie promieniowania pomiarowego sygnału echa ponieważ metan pochłania część promieniowania wiązki sygnału pomiarowego. W układzie przetwarzania sygnałów 3 wylicza się wartości funkcji korelacji zapamiętanych sygnałów generowanych przez nadajniki 1, 2 i odebranych przez odbiornik 4 sygnałów echa, porównuje wartości funkcji korelacji sygnału pomiarowego i wzorcowego oraz wyznacza stosunek wartości funkcji korelacji sygnału pomiarowego do wartości funkcji korelacji sygnału wzorcowego. Gdy stosunek wartości funkcji korelacji obu sygnałów jest równy jeden układ przetwarzania sygnałów 3 przekazuje informację, że metanu nie wykryto. Gdy stosunek wartości sygnałów

PL 211 413 B1 jest mniejszy od jedności w układzie przetwarzania sygnałów 3 określa się stężenie metanu i rejestruje się czas jaki upłynął od momentu wysłania sygnałów z nadajnika do momentu, gdy wartość funkcji korelacji sygnału pomiarowego osiąga wartość maksymalną. Na podstawie tego czasu wyznacza się odległość od urządzenia pomiarowego do obiektu odbijającego promieniowanie laserowe, na której dokonano wykrycia metanu.

Aby urządzenie pomiarowe wykrywało w atmosferze inne zanieczyszczenia, należy w nadajnikach laserowych 1 i 2 zastosować lasery generujące promieniowanie o długościach fal pokrywających się z centrum pasma absorpcji lub rozproszenia substancji, które należy wykryć.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wykrywania obecności w atmosferze substancji chemicznych w postaci aerozoli lub gazów, w którym dwie wiązki promieniowania laserowego o różnej długości fali kieruje się w miejsce gdzie może występować rozpylona substancja, a po odbiciu promieniowania laserów od obiektu znajdującego się za chmurą zawierająca rozpyloną substancję mierzy się natężenie promieniowania sygnału odbitego, znamienny tym, że sygnały generowane przez dwa lasery, z których jeden jest sygnałem wzorcowym, a drugi pomiarowym przed skierowaniem w monitorowany obszar koduje się, a następnie kod zapamiętuje się w układzie przetwarzania sygnałów, zaś po odebraniu sygnałów echa obu wiązek laserowych oblicza się wartości funkcji korelacji sygnału wzorcowego i pomiarowego z sygnałami odniesienia zapamiętanymi w układzie przetwarzania sygnałów i określa się stosunek wartości funkcji korelacji sygnału wzorcowego i pomiarowego oraz wyznacza czas jaki upłynął od momentu wysłania sygnałów laserowych do momentu gdy wartość funkcji korelacji osiąga wartość maksymalną po czym z wartości stosunku funkcji korelacji sygnału wzorcowego i pomiarowego określa się stężenie badanej substancji, a na podstawie zmierzonego czasu jaki upłynął od momentu wysłania sygnałów laserowych do momentu gdy wartość funkcji korelacji osiąga wartość maksymalną określa się odległość od urządzenia pomiarowego do miejsca gdzie wykryto rozpyloną substancję lub obiektu odbijającego promieniowanie laserowe.