SK288772B6 - Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a - Google Patents
Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a Download PDFInfo
- Publication number
- SK288772B6 SK288772B6 SK3-2013A SK32013A SK288772B6 SK 288772 B6 SK288772 B6 SK 288772B6 SK 32013 A SK32013 A SK 32013A SK 288772 B6 SK288772 B6 SK 288772B6
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- lasers
- determined
- wavelength
- laser
- concentrations
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a využíva dva alebo viaceré lasery, z ktorých je vždy aspoň jeden naladený na vlnovú dĺžku λON silne pohlcovanú detekovaným plynom a najmenej jeden je naladený na vlnovú dĺžku λOFF slabo pohlcovanú detekovaným plynom, pričom všetky lasery postupne vyšlú po jednom laserovom impulze a z návratových energií sa určí prvá koncentrácia detekovanej látky. Následne sa všetky lasery preladia z vlnových dĺžok λON na vlnové dĺžky λ OFF a naopak. Potom sa vyšle druhá séria impulzov a z výsledkov sa obdobne určí druhá koncentrácia, pričom za výslednú sa považuje priemer prvej a druhej koncentrácie. Následne sa zo zmeraných návratových energií určia i koncentrácie detekovanej látky pre každý laser osobitne, pričom detekcia sa považuje za pozitívnu, iba ak i koncentrácie určené z oboch sérií pre každý z laserov jednotlivo sú pozitívne a prekročia stanovenú minimálnu hodnotu.
Description
Oblasť techniky
Vynález sa týka spôsobu rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov meraním koncentrácií plynných látok v atmosfére pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a s dvomi alebo viacerými lasermi. Vynález patrí do laserovej techniky.
Doterajší stav techniky
Systémy DIAL používajúce jeden preladiteľný laser určujú koncentráciu delegovanej látky na meracej trase tak, že sa laser naladí najprv na vlnovú dĺžku λοΝ, ktorá je danou látkou pohlcovaná silno, a cez skúmanú atmosféru sa na terč vyšle laserový impulz. Laserové žiarenie odrazené od terča sa zachytí optickým prijímačom systému a premení sa v ňomna napäťový signál Uon. Následne sa laser naladí na vlnovú dĺžku Zoff, ktorá je danou látkou pohlcovaná slabo, postup sa zopakuje a získa sa napäťový signál Uoff. Z pomeru veľkostí Uon/Uoff sa potom určí koncentrácia meranej plynnej látky. Hlavnou nevýhodou takto pracujúceho systému DIAL je fakt, že laserové žiarenie na vlnovej dĺžke Zoff prechádza atmosférou so značným oneskorením proti žiareniu na vlnovej dĺžke λ on (oneskorenie je dané maximálnou opakovacou frekvenciou lasera, ktorá býva malá, tzn. zriedka nad 10 impulzov za sekundu); optické vlastnosti turbulentnej atmosféry sa však menia rýchlejšie, čo pri takomto systéme DIAL spôsobuje veľké chyby merania.
Systémy DIAL, ktoré používajú dva, prípadne i viac laserov, tento problém odstraňujú tak, že aspoň jeden laser sa naladí na vlnovú dĺžku λ on a aspoň jeden na vlnovú dĺžku Zoff. Potom sa lasery spúšťajú s veľmi malým oneskorením, teda oneskorenie impulzu z lasera (laserov) naladeného (naladených) na vlnovú dĺžku Zoff proti impulzu z lasera naladeného na vlnovú dĺžku Zon je omnoho kratšie (bežne o niekolko rádov) a vplyv turbulencií sa neprejaví. Inak je funkcia systému obdobná.
Koncentráciu meranej plynnej látky na trase je opäť možné určiť z pomeru útlmov na vlnovej dĺžke Zon a na vlnovej dĺžke Zoff (pozri napr. Killinger, D. K. a kol.: Optical and Laser Remote Sensing. SpringerVerlag, Berlín 1983, 383 s.; Measures, R. M.: Laser Remote Sensing. John Wiley and Sons, New York, 1983, 510 s.; CO2 Lasers and Applications. Proc. of SPIE, Voľ 1042, Los Angeles 1989, 139 s.). Jedno úplné meranie sa spravidla skladá z väčšieho počtu individuálnych meraní. Individuálne meranie sa získa vyslaním jedného impulzu z každého lasera.
Na výpočet koncentrácie delegovanej látky na meracej trase sapoužíva pomer:
P = Uon/Uoff
Pri takomto systéme DIAL môžu vzniknúť chyby merania, ktoré vyplývajú z technických nedokonalostí diferenciálneho absorpčného LIDAR-a a chyby spôsobené nehomogénnosťouterčapoužitého pri meraní.
Tieto chyby potláča riešenie opísané v slovenskom patente č. 282 472 s názvom„Spôsob určovania koncentrácie plynov s diferenciálnym absorpčným LIDAR-ompotláčajúci chyby merania“. Riešenie podľa tohto patentu potláča spomenuté chyby merania, zatiaľ čo „chybné“ meranie je možné odhaliť štatistickým spracovaním výsledkov. Pod „chybným“ meraním sa rozumie meranie, ktoré bolo ovplyvnené náhodnými poruchami vnútri systému DIAL alebo v atmosfére - pozdĺž meracej trasy, napríklad náhodným zaclonenímjedného laserového impulzu vegetáciou. V dôsledku vznikne „chybné“, tzn. falošné meranie: látka nie je delegovaná, hoci je na meracej trase prítomná, alebo naopak. Ak sa pri využití spomínaného patentu použijú aspoň štyri laserové impulzy z každého lasera, štatistické spracovanie výsledkov individuálnych meraní „chybné“ meranie jednoznačne odhalí - štatisticky vypočítaná chyba merania je väčšia ako nameraná koncentrácia. Použitie menšieho počtu impulzov odhalenie „chybného“ merania opísaným spôsobomneumožňuje.
V praxi sa však stáva, že i vyslanie štyroch impulzov z každého lasera trvá príliš dlho; buď používateľ vyžaduje rýchlejšiu odozvu systému DIAL na situáciu v atmosfére, alebo časová nestabilita koncentrácie delegovanej látky v atmosfére meranie anuluje.
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a podľa tohto vynálezu, ktorého podstata spočíva v tom, že detekcia prebieha tak, že z LIDAR-a, v ktorom sú aspoň dva alebo viaceré preladiteľné lasery, zktorých je vždy aspoň jeden naladený na vlnovú dĺžku Zon silne pohlcovanú detegovanýmplynoma najmenej jeden je naladený na vlnovú dĺžku Zoff slabo pohlcovanú delegovaným plynom Všetky lasery cez skúmanú atmosféru postupne vyšlú po jednom laserovom impulze s minimálnym možným oneskorením a z návratových energií sa určí prvá koncentrácia delegovanej látky.
S K 288772 B6
Následne sa všetky laseiy preladia z vlnových dĺžok Zon na vlnové dĺžky Loff a naopak. Potom sa vyšle druhá séria impulzov a z výsledkov sa obdobne určí druhá koncentrácia, pričom za výslednú sa považuje priemer prvej a druhej koncentrácie.
Výsledky merania sa vyhodnotia spôsobom opísaným vo vynáleze SK 282 472, tzn. ako priemer z dvoch individuálnych meraní, z ktorých každé je získané pomocou všetkých laserov systému. Okrem toho sa však zo zmeraných návratových energií určia i koncentrácie delegovanej látky pre každý laser osobitne, pričom detekcia sa považuje za pozitívnu iba ak i koncentrácie určené z oboch sérií pre každý z laserov jednotlivo sú pozitívne a prekročia stanovenú minimálnu hodnotu.
Výhody spôsobu rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a podľa vynálezu sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky spočívajú v tom, že údaje namerané každým laserom jednotlivo sú síce podstatne menej presné, ako údaje získané podľa patentu SK 282 472, ale umožňujú odhaliť „chybné“ meranie, tzn. meranie znehodnotené poruchou vnútri systému DIAL alebo mimo neho. Použitie predloženého riešenia podľa tohto vynálezu umožňuje skrátiť čas detekcie minimálne na polovicu, pričom zostáva zachovanái vy sokápravdepodobnosť odhalenia „chybného“ merania.
Príklady uskutočnenia vynálezu
V systéme DIAL s dvomi lasermi sa laser „A“ naladí na vlnovú dĺžku Lon (silne pohlcovanú delegovanou látkou) a laser ..B sa naladí na vlnovú dĺžku Loff (málo pohlcovanú delegovanou látkou). Obidva lasery vyšlú po jednom laserovom impulze (druhý laser s malým oneskorením) a zmerajú sa návratové energie pre obidve vlnové dĺžky. Následne sa laser naladený pôvodne na vlnovú dĺžku Lon preladí na vlnovú dĺžku Loff a laser naladený pôvodne na vlnovú dĺžku Loff sapreladí na vlnovú dĺžku Lon. Opäť sa vyšlú laserové impulzy a znovu sa zmerajú návratové energie. Potom saurčia 3 koncentrácie:
- Koncentrácia určená ako polovica súčtu koncentrácie určenej z prvej dvojice impulzov a koncentrácie určenej z druhej dvojice impulzov;
- Koncentrácia získaná z údajov pre laser „A“, tzn. pre laser v prvej dvojici impulzov naladený na vlnovú dĺžku LoNav drahej dvojici impulzov naladený na vlnovú dĺžku Loff;
- Koncentrácia získaná z údajov pre laser „B“, tzn. pre laser v prvej dvojici impulzov naladený na vlnovú dĺžku LoFFav druhej dvojici impulzov naladený na vlnovú dĺžku Lon.
Za výsledok merania sa pokladá prvá koncentrácia (z údajov z oboch laserov), ale detekcia sa považuje za pozitívnu iba ak i koncentrácie určené z oboch sérií pre každý z laserov jednotlivo sú pozitívne a prekročia stanovenú minimálnu hodnotu.
Claims (1)
- PATENTOVÉ NÁROKYSpôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a s dvomi alebo viacerými lasermi, z ktorých je vždy aspoň jeden naladený na vlnovú dĺžku λ on silne pohlcovanú delegovaným plynom a najmenej jeden je naladený na vlnovú dĺžku λορρ slabo pohlcovanú delegovaným plynom, pričom všetky lasery postupne vyšlú po jednom laserovom impulze a z návratový ch energií sa určí prvá koncentrácia delegovanej látky; následne sa všetky lasery preladia z vlnových dĺžok λ on na vlnové dĺžky λορρ a naopak, potom sa vyšle druhá séria impulzov a z výsledkov sa obdobne určí druhá koncentrácia, pričom za výslednú sa považuje priemer prvej a druhej koncentrácie, vyznačujúci sa tým, že zo zmeraných návratových energií sa určia i koncentrácie delegovanej látky pre každý laser osobitne, pričom detekcia sa považuje za pozitívnu, iba ak i koncentrácie určené z oboch sérií pre každý z laserov jednotlivo sú pozitívne a prekročia stanovenú minimálnu hodnotu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK3-2013A SK288772B6 (sk) | 2013-01-16 | 2013-01-16 | Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK3-2013A SK288772B6 (sk) | 2013-01-16 | 2013-01-16 | Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK32013A3 SK32013A3 (sk) | 2014-10-03 |
| SK288772B6 true SK288772B6 (sk) | 2020-08-03 |
Family
ID=51656129
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK3-2013A SK288772B6 (sk) | 2013-01-16 | 2013-01-16 | Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK288772B6 (sk) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021206640A1 (en) * | 2020-04-07 | 2021-10-14 | SEC Technologies, s.r.o. | Method for remote detection of gaseous substances in the atmosphere by the dial system with two lasers and a remote detector |
-
2013
- 2013-01-16 SK SK3-2013A patent/SK288772B6/sk unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK32013A3 (sk) | 2014-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6583417B2 (en) | Infrared optical gas-measuring device and gas-measuring process | |
| CN107462900B (zh) | 基于波长可调谐激光源的气体成分探测激光雷达 | |
| CN106872404B (zh) | 一种玻璃容器内tdlas气体检测的多光束干涉抑制方法 | |
| CN103439232A (zh) | 一种减光式烟尘颗粒浓度测量方法及其装置 | |
| US9096323B1 (en) | Window contamination sensor for optical detection systems | |
| EP3139152A1 (en) | Optical methane detector using higher harmonic background functions for determining the methane concentration | |
| Aditya et al. | A Giant Metrewave Radio Telescope survey for associated H i 21 cm absorption in the Caltech–Jodrell flat-spectrum sample | |
| US9500722B2 (en) | Magnetic field measurement apparatus | |
| CN104180762A (zh) | 基于太赫兹时域光谱技术的厚度检测方法 | |
| US20160258808A1 (en) | Distributed optical sensing devices and methods performing a measurement | |
| Gelfusa et al. | UMEL: A new regression tool to identify measurement peaks in LIDAR/DIAL systems for environmental physics applications | |
| CN105067563A (zh) | 开放空间气体平均浓度测量装置及测量方法 | |
| Prakash et al. | Near-infrared incoherent broadband cavity enhanced absorption spectroscopy (NIR-IBBCEAS) for detection and quantification of natural gas components | |
| JP2011099803A (ja) | 光吸収型ガス検知器 | |
| Migdall | Absolute quantum efficiency measurements using: toward a measurement protocol | |
| SK288772B6 (sk) | Spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-a | |
| Zhan et al. | A high performance distributed sensor system with multi-intrusions simultaneous detection capability based on phase sensitive OTDR | |
| Henriksson et al. | Scintillation index measurement using time-correlated single-photon counting laser radar | |
| US10996201B2 (en) | Photoacoustic measurement systems and methods using the photoacoustic effect to measure emission intensities, gas concentrations, and distances | |
| CN107515389B (zh) | 一种星载激光雷达探测器高精度校准系统 | |
| KR101331239B1 (ko) | 광 수신감도 측정 방법 및 이를 이용한 평가 시스템 | |
| Abe et al. | Dual-laser cavity ring-down spectroscopy for real-time, long-term measurement of trace moisture in gas | |
| Xiao et al. | Distance ranging based on quantum entanglement | |
| KR101913216B1 (ko) | 가스 탐지 장치 및 가스 탐지 방법 | |
| ES2426574T3 (es) | Procedimiento de detección de la distorsión de una señal GNSS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Assignment and transfer of rights |
Owner name: SEC TECHNOLOGIES, S.R.O., LIPTOVSKY MIKULAS, SK Free format text: FORMER OWNER: SECURITY EDUCATION AND CONSULTING, S.R.O., BRATISLAVA, SK Effective date: 20160710 |