RU717981C - Устройство дл измерени газового состава атмосферы - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к области лазерной Локации и может быть применено в метеорологии при измерении состава атмосферы в вертикальном и горизонтальном профиле, а также дл  контрол  газового состо ни  атмосферы

Известны устройства дл  контрол  газового состо ни  атмосферы, основанные на измерении резонансного рас- се ни  относительно молекул рного или аэрозольного

Недостатком известных устройств дл  анализа газового состава атмосферы  вл етс  недостаточна  точность и надежность в определении газовых компонентово Это обусловлено большими техническими трудност ми, св занными с необходимостью высокой стабилизации частоты излучени  лазера, настроенного на частоту спектральной линии атмосферЫв

Ввиду изменчивости спектрального состава за счет загр зн ющих газов нет гарантии, что рассе ние опорного излучени  лазера обусловлено только молекул рным или аэрозольным рассе нием , т (,ео излучение может не попасть в спектральное окно прозрачности атмосферы

Известно также устройство дл  измерени  газовых характеристик атмрсферы оптическим зондированием, включающее лазер и оптическую приемную систему В устройстве установлены два лазера, измен ющие длины волн, одна из которых совпадает со спектральной линией исследуемого газа , а друга  не совпадает о Сравнива  рассто ни  излучени  от обоих лазеров, определ ют газовый состав атмосферы Настройка частоты излучени  лазера на Спектральную /гинию ив окно прозрачности производитс  при помощи дисперсионных элементов, помещенных в резонатрр лазера, а Также за счет сдвига линий в магнитном поле Возможен Подбор типа лазера, час 1гота которого совпадает с частотой линий погло1чени о В известном устройстве изменение состава атмосферы технически сложно в св зи с большими трудност ми стабилизации частоты и выбора окон прозрачности дл  излучени  опорного лазера Цель изобретени  - повышение точности и надежности измерений газовых характеристик Достигаетс  это тем, что в устрой стве дл  измерени  газового состава атмосферы оптическим зондированием, включающем лазер с резонатором и оптическую приемную систему, резонатор лазера выполнен в виде двух многоходовых кювет с оптическим переключателем , причем одна из кювет заполнена газовым составом, аналогичным составу атмосферы., а друга  таким же составом без измер емого в атмосфере компонента На чертеже показано предлагаемое устройство Устройство содержит две многоходовые герметические кюветы 1 и 2, которые помещены в резонатор лазерао На оптической оси кювет 1,2 расположены оптический переключатель 3, активный элемент, например рубин , полупрозрачное зеркало 5 Опорный сигнал, направл емый в атмосферу , отводитс  пластинкой 6 и направл етс  на фотоприемник 7 Рассе нное излучение улавливаетс  линзой 8 и фотоприемником 9о-Сигнал от фотоприемников 7 и 9 измер етс  измерителем отношений 10„ Устройство работает следующим образом , В процессе зондировани  газового состава атмосферы генерации попеременно от импульса к импульсу осуществл ютс  на резонаторе, образованном многоходовой кюветой 1 или 2 и выходным зеркалом 5с Переключение на соответствующий резонатор осущест вл етс  оптическим переключателем 3 Кювета 1 заполн етс  газом включающим те молекулы газа, которые необходимо определить, В этом случае при генерации на резонаторе с кюветой 1 за счет резонансного поглощени  спектральной линией молекулами исследуемого газа находитс  в кювете 1, в спектре излучени  лазера образуетс  провал, обусловленный гашением генерации на частоте линии поглощени  Подбором концентрации поглощающего и постороннего газа и длины кюветы Можно добитьс  полного гашени  генерации по всему контуру спектральной линии, при этом энерги  генерации перекачиваетс  в область, где отсутствует селективное поглощение Кювета 2 заполн етс  также атмосферой , но в этом случае в кювете отсутствуют молекулы, наличие и состав которых необходимо определить При зондировании газового состава атмосферы опорный сигнал от фотоприемника 7 сравниваетс  с рассе нным излучением, улавливаемым линзой 8 и выдаваемым фотопрйемником 9 На линзу 8 попеременно поступает рассе нное излучение от импульсов с провалом в спектре излучени  и без Отношение мощностей этих импульсов будет иметь вид j KqQ) J KuO)d где КцО), ) - контуры линии излучени  и поглощени ; р - плотность исследуемого газа; 2 - рассто ние, пройденное рассе нным . излучением Количественное содержание газа, который исследуют в атмосфере, 6предел ют по отношению энергий рассе нного атмосферного излучени  лазера при генерации, когда резонатор образован кюветой без поглощающего газа, к энергии рассе нного излучени , при генераций, когда в резонатор помещён исследуемый газ, количество которого необходимо определить Причем оптическа  толща исследуемого газа в резонаторе такова, что генераци  на линии не происходит, в св зи

S7

с чем излучение в атмосфере не испытывает резонансного поглощени . Величина этого поглощени  зависит от величины поглощенной энергии спектральной линией исследуемого газа в атмосфере при прохождении рассе нного излучени  (при генерации, когда в резонаторе отсутствует исследуемый газ) дл  исключени  неточностей в измерении, завис щих от нестабильности энергии генерации лазера от импульса.к импульсу Указанное отношение сравниваетс  с опорным сигналом , который отвод щей пластиной 6, подаетс  на фотоприемник 7 и измеритель отношений 10о

При измерении газового состава, когда спектральна  ширина посылаемых импульсов много меньше ширины

79816

линии поглощени  и газовый состав определ етс  по отношению сигналов на линии и вне ее, точность определени  газового состава зависит от воспроизводимости частоты используемого лазерао Так, например, при смещении частоты лазера на 0,1 см коэффициент поглощени  линии К() изме 0 н етс  в 10 раЗо На высоте l6 км при смещении на 0,1 измен етс  К{) в 100 раЗо

Устройство может найти широкое применение при зондировании атмосферы с целью определени  промышленных . загр знений, в метеорологии и в различных отрасл х промышленности, где необходим дистанционный контроль за вредными газовыми примес ми. .