SU1764014A1 - Способ определени газового состава атмосферного воздуха - Google Patents

Abstract

Использование: дистанционные оптические методы контрол  состава атмосферного воздуха. Целью изобретени   вл етс  повышение оперативности измерений, получение возможности определ ть распределение газовой примеси вдоль горизонтальной трассы и проводить измерени  с передвижных транспортных средств. Сущность изобретени : на вход спектрометра направл ют солнечное излучение , рассе нное на горизонтальной трассе , имеющее горизонтальную пол ризацию, из полученного сигнала спектрометра вычитают нулевой сигнал, определ емый как средневзвешенную по соответствующим интенсивност м сумму сигналов спектрометра , полученных при непосредственном направлении на его вход восход щего и нисход щего на горизонтальную трассу рассе нного и отраженного от земли солнечного излучений, а разность дел т на эффективную длину горизонтальной трассы, определ емую как величину обратную коэффициенту ослаблени  излучени  на трассе на используемой длине волны, причем дл  изменени  длины горизонтальной трассы мен ют используемую дл  измерени  длину волны принимаемого излучени  в пределах полосы поглощени  измер емого газа, 1 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к дистанционным оптическим методам контрол  состава атмосферного воздуха.

Существуют активные оптические дистанционные способы измерени  содержани  газовых примесей атмосферного воздуха на горизонтальных трассах, использующие автономные источники излучени : лазеры или дуговые газоразр дные лампы и лампы накаливани  (1). Эти способы требуют использовани  или мощных источников излучени  дл  получени  отраженного пучка света (от топографических объектов, от аэрозолей атмосферы) или установку удаленных зеркальных отражателей, В первом случае из-за слабого отраженного сигнала ограничена дальность действи  и чувствительность способов, во втором - оперативность и возможность определени  пространственного распределени  газовой примеси.

Один из недостатков приведенных способов , а именно необходимость использовани  мощного источника излучени  устранен в пассивном способе измерений газовых примесей, при котором в качестве источника излучени  используетс  пр мое солнечное излучение, направл емое удаленным зеркальным отражателем через горизонтальную трассу на вход спектрометра, который определ ет по спектрам поглощени  общее содержание измер емой газовой примеси на горизонтальной трассе (прототип ) 2.

xj

QS

N О

Способ включает в себ  также регистрацию спектров пр мого солнечного излучени , направленного непосредственно на вход спектрометра, мину  горизонтальную трассу. Концентраци  газовой примеси в воздухе получаетс  делением измеренного общего содержани  газовой примеси на горизонтальной трассе на рассто ние до зеркального отражател .

Существенным недостатком данного способа  вл етс  необходимость использовани  удаленного зеркального отражател  и невозможность проведени  измерений в облачной обстановке. Эти недостатки снижают оперативность измерений, исключают возможность их проведени  с перемещающихс  транспортных средств, не позвол ют получать информацию о пространственном распределении газовой примеси вдоль горизонтальной трассы.

Целью изобретени   вл етс  упрощение реализации измерений, повышение оперативности, возможности проведени  измерений с подвижных транспортных средств при отсутствии пр мого солнечного излучени , а также получени  возможности исследовани  распределени  содержани  газовой примеси вдоль горизонтальной трассы.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе определени  состава атмосферного воздуха, включающем определение спектра солнечного излучени  в горизонтальном направлении и в направлении падени  солнечного излучени  измерение интенсивности спектральных линий и обработку результатов измерений в горизон- тальнбм направлении определ ют коэффициент ослаблени  (рассе ни ) и спектр рассе нного солнечного излучени , имеющего горизонтальную пол ризацию, значени  которых используют при обработке результатов измерений.

На чертеже, по сн ющем суть предлагаемого способа измерений пр мыми лини-  ми, изображены направлени  падени  солнечного излучени , а волнистыми - направлени  рассе ни  света, и dli° и dl2° - интенсивности направленного в спектрометр рассе нного света на участке рассе - ни  длиной dl, расположенном на рассто нии I от объектива спектрометра, соответственно совпадающие и не совпадающие с полосой поглощени  измер емого газа, dh и dla - интенсивности упом нутых пучков света принимаемых спектрометром, 1 линза объектива спектрометра, 2 - спектрометр , 3 - блок обработки сигнала.

Рассмотрим реализацию способа в услови х гладкости спектра солнечного излучени  (dli° dl2°), слабого поглощени  (dh ), а также посто нства коэффициента рассе ни  солнечного излучени  посто нства концентрации газовой примеси/3 вдоль горизонтальной трассы. Тогда интенсивность излучени  dl, принимаемого спектрометром 2 с помощью объектива 1 с участка трассы dl пррпорциональна:

dl aexp{-al}dl,(1)

где а - коэффициент рассе ни  (ослаблени ) излучени  на трассе. В соответствии с законом Бугера:

jUjnp-Aa.p.,.(2)

где Да- разность коэффициентов поглощени  в полосе и вне полосы поглощени  измер емого газа. Сигнал спектрометра R, обусловленный полными потоками принимаемого излучени  И /dh и 2 / dh с горизонтальной трассы в соответствии с выражени ми (1) и (2) равен

R - /dH-/dl2 Ag-p /I dl /dH/dl

00

Асг-р f a -expfcljdl

/ ехрЈ a lid

Дст-уэ(а) 1 (з)

.dl

Из выражени  3 следует, что измер   интенсивность излучени  И и 12 в полосе и вне полосы поглощени  исследуемого газа и коэффициент ослаблени  (рассто ни )излучени  на трассе по рассе нной солнечной радиации, использу  выражение (3), блок обработки сигнала 3 может вычислить среднюю концентрацию/ искомого газа на горизонтальной трассе длиной .

На практике вследствие неравномерности спектра солнечного излучени , освещающего горизонтальную трассу сигнал спектрометра R имеет вид:

R Да-р (а) 1 +Ro где Ro - посто нна  составл юща  не завис ща  от концентрации измер емого газа, которую определ ют направл   объектив спектрометра вверх в направлении падени  солнечного излучени , освещающего горизонтальную трассу.

Дл  выполнени  геометрии эксперимента при приеме рассе нного вдоль горизонтальной трассы солнечного излучени  выдел ют только компоненту с гориизон- тальной пол ризацией при этом подавл ютс  компоненты солнечного излучени , освещающие горизонтальную трассу сбоку. При измерении на нескольких длинах волн газовой компоненты, имеющей поглощение

в широкой полосе спектра, вследствие зависимости коэффициента рассе ни  от длины волны, по вл етс  возможность исследовать распределение концентрации газовой примеси вдоль горизонтальной трассы.

Новый способ определени  газового состава атмосферного воздуха позвол ет проводить в светлое врем  суток непрерывный пассивный дистанционный контроль загр зненности атмосферного воздуха с земли и с летательных аппаратов и не использовать в таких измерени х зеркальных отражателей. Способ  вл етс  недорогой и эффективной альтернативой, активным лидарным способом зондировани  газового состава атмосферного воздуха , позвол ет создать сеть станций

контрол  газового состава воздушного бассейна большого города.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  газового состава

   атмосферного воздуха, включающий определение спектра солнечного излучени  в го- ризонтальном направлении и в направлении падени  солнечного излучени , измерение интенсивности спектральных линий и обработку результатов измерений, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  реализации, в горизонтальном направлении определ ют спектр рассе нного солнечного излучени , выдел ют его горизонтально пол ризованную компоненту и определ ют коэффициент ослаблени , значение которых используют при обработке результатов измерений.

   v4 У fy+dJz