SK32013A3 - Method of rapid and reliable detection of gases using differential absorption LIDAR - Google Patents
Method of rapid and reliable detection of gases using differential absorption LIDAR Download PDFInfo
- Publication number
- SK32013A3 SK32013A3 SK3-2013A SK32013A SK32013A3 SK 32013 A3 SK32013 A3 SK 32013A3 SK 32013 A SK32013 A SK 32013A SK 32013 A3 SK32013 A3 SK 32013A3
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- laser
- tuned
- lasers
- concentration
- pulses
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Detekcia sa vykonáva tak, že najmenej jeden laser sa naladí na vlnovú dĺžku silne pohlcovanú detegovaným plynom – ?ON a najmenej jeden laser sa naladí na vlnovú dĺžku slabo pohlcovanú detegovaným plynom - ?OFF. Následne všetky lasery systému postupne vyšlú po jednom laserovom impulze a zo zmeraných návratových energií sa určí koncentrácia č. 1 detegovanej látky. Potom sa lasery naladené na ?ON preladia na ?OFF a lasery naladené na ?OFF sa preladia na ?ON, vyšle sa druhá séria impulzov a z nej sa určí koncentrácia č. 2. Výslednou koncentráciou je priemer koncentrácií č. 1 a č. 2, avšak detekcia sa považuje za pozitívnu iba vtedy, ak sú pozitívne i koncentrácie určené z oboch sérií impulzov pre každý z laserov jednotlivo a prekročia istú minimálnu hodnotu.The detection is carried out in such a way that at least one laser is tuned to a wavelength strongly absorbed by the detected gas - and at least one laser is tuned to a wavelength weakly absorbed by the detected gas -? OFF. Subsequently, all lasers of the system sequentially send one laser pulse and the concentration no. 1 of the detected substance. Then the lasers tuned to? ON are switched to OFF and the lasers tuned to? OFF are tuned to? ON, a second series of pulses is transmitted and the concentration no. 2. The resulting concentration is the average of concentrations no. 1 and no. 2, however, detection is considered positive only if both the positive and the concentration determined from both series of pulses for each of the lasers individually and exceed a certain minimum value.
Description
Vynález sa týka detekcie a merania koncentrácií plynných látok v atmosfére pomocou laserového systému pracujúceho technikou DIAL (DIfferential Absorption LIDAR) s dvomi alebo viacerými lasermi.The invention relates to the detection and measurement of concentrations of gaseous substances in the atmosphere by means of a laser system operating with the DIAL (DIfferential Absorption LIDAR) technique with two or more lasers.
Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Systémy DIAL používajúce jeden preladiteľný laser určujú koncentráciu detegovanej látky na meracej trase tak, že sa laser naladí najprv na vlnovú dĺžku Xon, 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 ňom na napäťový signál Uon· Následne sa laser naladí na vlnovú dĺžku Xoff, 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 Xoff prechádza atmosférou so značným oneskorením voči žiareniu na Xon (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.DIAL systems using one tunable laser determine the concentration of the detected substance on the measurement path by first tuning the laser to the Xon wavelength, which is absorbed strongly by the substance, and sending a laser pulse through the atmosphere under investigation. The laser beam reflected from the target is captured by the optical receiver of the system and transformed into a Uon voltage signal. The laser then tunes to a wavelength Xoff, which is poorly absorbed by the substance, repeats the procedure to obtain a voltage signal Uoff. The concentration of the gaseous substance to be measured is then determined. The main disadvantage of such a DIAL system is that Xoff laser radiation passes through an atmosphere with a considerable delay to Xon radiation (the delay is given by the maximum repetition rate of the laser, which tends to be small, ie rarely above 10 pulses per second); however, the optical properties of the turbulent atmosphere change more rapidly, which in such a DIAL system causes major measurement errors.
Systémy DIAL, ktoré používajú dva, prípadne i viac laserov, tento problém odstraňujú tak, že aspoň jeden laser sa naladí na Xon a aspoň jeden na Xoff · Potom sa lasery spúšťajú s veľmi malým oneskorením, teda oneskorenie impulzu z lasera (laserov) naladeného (naladených) na Äoff voči impulzu z lasera naladeného na Xon je omnoho kratšie (bežne o niekoľko rádov) a vplyv turbulencií sa neprejaví. Inak je funkcia systému obdobná.DIAL systems that use two or more lasers eliminate this problem by having at least one laser tuned to Xon and at least one to Xoff · Then the lasers start with a very small delay, ie the pulse delay from the laser (s) tuned ( tuned) to Äoff against a pulse from a laser tuned to Xon is much shorter (usually several orders of magnitude) and the effect of turbulence does not occur. Otherwise, the function of the system is similar.
Koncentráciu meranej plynnej látky na trase je opäť možné určiť z pomeru útlmov na Xon a na Xoff (pozri napr. Killinger, D. K. a kol.: Optical and Laser Remote Sensing. Springer-Verlag, Berlin 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, Vol.1042, Los Angeles 1989, 139 s.).Again, the concentration of the measured gaseous material along the route can be determined from the attenuation ratio to Xon and Xoff (see, e.g., Killinger, DK et al .: Optical and Laser Remote Sensing. Springer-Verlag, Berlin 1983, 383 s .; Measures, RM: Laser Remote Sensing, John Wiley & Sons, New York, 1983, 510 p.; CO2 Lasers and Applications. Proc. Of SPIE, Vol. 1042, Los Angeles 1989, 139 p.).
Jedno úplné meranie sa spravidla skladá z väčšieho počtu individuálnych meraní. Individuálne meranie sa získa vyslaním jedného impulzu z každého lasera.One complete measurement typically consists of a plurality of individual measurements. Individual measurement is obtained by sending one pulse from each laser.
Na výpočet koncentrácie detegovanej látky na meracej trase sa používa pomer:The ratio of:
P _ Uon / UqfFP _ Uon / UqfF
Pri takomto systéme DIAL môžu vzniknúť chyby merania, ktoré vyplývajú z technických nedokonalostí diferenciálneho absorpčného LIDAR-u (=DIAL) a chyby spôsobené nehomogénnosťou terča použitého pri meraní.Such a DIAL system may give rise to measurement errors resulting from the technical imperfections of the differential absorption LIDAR (= DIAL) and errors due to the inhomogeneity of the target used in the measurement.
Tieto chyby potláča patent „Spôsob určovania koncentrácie plynov s diferenciálnym absorpčným LIDAR-om potláčajúci chyby merania“, č. 282 472, ktorý nadobudol účinky 5. 2. 2002. Tento patent potláča vyššie spomenuté chyby merania, zatiaľ čo „chybné“ meranie je možné odhaliť štatistickým spracovaním výsledkov. Pod „chybným“ meraním sa rozumie meranie, ktoré bolo ovplyvnené náhodnými poruchami vo vnútri systému DIAL, alebo v atmosfére - pozdĺž meracej trasy, napríklad náhodným zaclonením jedného laserového impulzu vegetáciou. V dôsledku vznikne „chybné“, tzn. falošné meranie: látka nie je detegovaná, hoci je na meracej trase prítomná, alebo naopak. Ak sa pri využití spomínaného patentu použijú aspoň 4 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 popísaným spôsobom neumožňuje.These errors are suppressed by the patent method "Determination of gas concentration with differential absorption LIDAR suppressing measurement errors", no. No. 282,472, which came into effect on February 5, 2002. This patent suppresses the aforementioned measurement errors, while "erroneous" measurements can be detected by statistical processing of the results. A "false" measurement is a measurement that has been affected by accidental disturbances within the DIAL system or in the atmosphere - along the measurement path, for example by accidentally blocking one laser pulse through vegetation. As a result, "wrong", ie. false measurement: the substance is not detected, even if it is present on the measurement path or vice versa. If at least 4 laser pulses per laser are used with the patent, the statistical processing of the individual measurement results will clearly reveal a "false" measurement - the statistically calculated measurement error is greater than the measured concentration. The use of fewer pulses does not allow the detection of "erroneous" measurements as described.
V praxi sa však stáva, že i vyslanie 4 impulzov z každého lasera trvá príliš dlho; buď používateľ vyžaduje rýchlejšiu odozvu systému DIAL na situáciu v atmosfére, alebo časová nestabilita koncentrácie detegovanej látky v atmosfére meranie anuluje.In practice, however, it also takes too long to send 4 pulses from each laser; either the user requires a faster response from the DIAL system to the atmosphere situation, or the temporal instability of the concentration of the detected substance in the atmosphere cancels the measurement.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob rýchlej a spoľahlivej detekcie plynov pomocou diferenciálneho absorpčného LIDAR-u podľa tohto vynálezu.These drawbacks are largely overcome by the method of rapidly and reliably detecting gases using the differential absorption LIDAR of the present invention.
Detekcia prebieha tak, že z LIDAR-u, v ktorom sú aspoň 2 preladiteľné lasery, sa cez skúmanú atmosféru vyšlú iba dva laserové impulzy z každého lasera: jeden na X<,n a druhý na Xoff : Najprv sa z každého lasera vyšle jeden impulz, pričom aspoň jeden laser je naladený Xon a aspoň jeden na Äoff, impulzy sa vysielajú s minimálnym možným oneskorením. Potom sa všetky lasery preladia, tzn. z Xon na Xqff alebo naopak, a vyšle sa druhá séria impulzov.The detection is done by sending only two laser pulses from each LIDAR laser with at least 2 tunable lasers from one laser: one on X <, the other on Xoff: First, one laser is sent from each laser, wherein at least one laser is tuned to Xon and at least one to offoff, the pulses are transmitted with the minimum possible delay. Then all lasers are tuned, ie. from Xon to Xqff or vice versa, and a second series of pulses is sent.
Výsledky merania sa vyhodnotia spôsobom popísaným 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 určia i koncentrácie detegovanej látky pre každý laser osobitne, tzn. ako v systéme s jediným laserom. Takéto údaje sú síce podstatne menej presné, ako údaje získané podľa patentu „SK 282 472“, avšak umožňujú odhaliť „chybné“ meranie, tzn. meranie znehodnotené poruchou vo vnútri systému DIAL alebo mimo neho.The measurement results are evaluated as described in the invention "SK 282 472", i. as an average of two individual measurements, each of which is obtained using all the lasers of the system. In addition, however, the concentrations of the detected substance are determined for each laser separately, i. as in a single laser system. While such data are substantially less accurate than those obtained under the 'SK 282 472' patent, they make it possible to detect 'erroneous' measurements; Measurement impaired by failure inside or outside the DIAL system.
Použitie predloženého vynálezu umožňuje skrátiť dobu detekcie minimálne na polovicu, pričom zostáva zachovaná i vysoká pravdepodobnosť odhalenia „chybného“ merania.The use of the present invention makes it possible to reduce the detection time by at least half, while maintaining a high probability of detecting a "false" measurement.
Príklad uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
V systéme DIAL s dvomi lasermi sa laser „A“ naladí na vlnovú dĺžku λοΝ (silne pohlcovanú detegovanou látkou) a laser „B“ na Xoff (málo pohlcovanú detegovanou 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 Xon preladí na Aoff a laser naladený pôvodne na Xoff sa preladí na Xon, opäť sa vyšlú laserové impulzy a znovu sa zmerajú návratové energie. Potom sa určia 3 koncentrácie:In the dual laser system DIAL, the laser "A" tunes to the wavelength λο Ν (strongly absorbed by the detected substance) and the laser "B" to Xoff (poorly absorbed by the detected substance). Both lasers emit one laser pulse (second laser with low delay) and the return energies are measured for both wavelengths; subsequently, the laser initially tuned to Xon is tuned to Aoff and the laser tuned initially to Xoff is tuned to Xon, the laser pulses are again sent and the return energies are measured again. 3 concentrations are then determined:
Koncentrácia určená ako polovica súčtu koncentrácie určenej z prvej dvojice impulzov a koncentrácie určenej z druhej dvojice impulzov;The concentration determined as the half of the sum of the concentration determined from the first pulse pair and the concentration determined from the second pulse pair;
- Koncentrácia získaná z údajov pre laser „A“, tzn. pre laser v prvej dvojici impulzov naladený na Xon a v druhej dvojici impulzov naladený na Xoff;- The concentration obtained from the data for the laser "A", ie. for a laser in the first pair of pulses tuned to Xon and in the second pair of pulses tuned to Xoff;
- Koncentrácia získaná z údajov pre laser „B“, tzn. pre laser v prvej dvojici impulzov naladený na Xoff a v druhej dvojici impulzov naladený na Xon·- Concentration obtained from data for laser "B", ie. for a laser in the first pair of pulses tuned to Xoff and in the second pair of pulses tuned to Xon ·
Za výsledok merania sa pokladá prvá koncentrácia (z údajov z oboch laserov), ale detekcia sa považuje za pozitívnu iba ak sú i koncentrácie pre jednotlivé lasery pozitívne a prekročia minimálnu detegovateľnú koncentráciu daného systému DIAL.The first concentration (from both laser data) is considered as the result of the measurement, but detection is considered positive only if the concentrations for the individual lasers are positive and exceed the minimum detectable concentration of the DIAL system.
Patentové nárokyPatent claims
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK3-2013A SK288772B6 (en) | 2013-01-16 | 2013-01-16 | Method of rapid and reliable detection of gases using differential absorption LIDAR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SK3-2013A SK288772B6 (en) | 2013-01-16 | 2013-01-16 | Method of rapid and reliable detection of gases using differential absorption LIDAR |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SK32013A3 true SK32013A3 (en) | 2014-10-03 |
SK288772B6 SK288772B6 (en) | 2020-08-03 |
Family
ID=51656129
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SK3-2013A SK288772B6 (en) | 2013-01-16 | 2013-01-16 | Method of rapid and reliable detection of gases using differential absorption LIDAR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SK (1) | SK288772B6 (en) |
Cited By (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/en unknown
Cited By (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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SK288772B6 (en) | 2020-08-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9096323B1 (en) | Window contamination sensor for optical detection systems | |
US20160025842A1 (en) | System and method for monitoring optical subsystem performance in cloud lidar systems | |
US11137519B2 (en) | Multi-fiber optical sensor for icing | |
US8761606B2 (en) | Systems and methods for quantum illumination detection for optical communications and target detection | |
US10031059B1 (en) | Controlled sampling volume of clouds for measuring cloud parameters | |
US9506804B2 (en) | Open path gas detector | |
EP3139152A1 (en) | Optical methane detector using higher harmonic background functions for determining the methane concentration | |
CN103439232A (en) | Obscuration type soot particle concentration measuring method and device thereof | |
Gelfusa et al. | UMEL: A new regression tool to identify measurement peaks in LIDAR/DIAL systems for environmental physics applications | |
US6583417B2 (en) | Infrared optical gas-measuring device and gas-measuring process | |
US10337996B2 (en) | Lidar instrument and method of operation | |
WO2019013699A1 (en) | High resolution molecular lidar | |
EP3351966A2 (en) | Controlled sampling volume of clouds for measuring cloud parameters | |
BR102019010365A2 (en) | SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING CLOUD PARAMETERS | |
Gaudio et al. | First open field measurements with a portable CO2 lidar/dial system for early forest fires detection | |
SK32013A3 (en) | Method of rapid and reliable detection of gases using differential absorption LIDAR | |
JP5415331B2 (en) | Dimmable smoke detector | |
JP2018514960A (en) | Method and apparatus for detecting shared risk link groups | |
KR101331239B1 (en) | Method and system for measuring sensitivity of optical signal | |
KR101958623B1 (en) | Lidar apparatus and error reduction metohd thereof | |
US10520357B2 (en) | Arc light sensor and arc light detection method | |
Immler | A new algorithm for simultaneous ozone and aerosol retrieval from tropospheric DIAL measurements | |
KR101913216B1 (en) | Apparatus and method for detecting gas | |
JP2011203010A (en) | Light extinction type smoke sensor | |
US20120140220A1 (en) | Cavity ring-down spectrometer systems |
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 |