Способ определения пространственного распределения микроструктуры аэрозоля

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ АЭРОЗОЛЯ, В1сл1очающий освещение исследуемого аэрозоля направленными импульсами электромагнитного излучения на нескольких частотах V; длительностью не более 100 не, регистрацию временной зависимости отраженных в обратном направлении сигналов, определение пространственного распределения коэс1|фнциентов обратного рассеяния р (Vf , Zj) при последовательном задании частоты vf и определенных расстояний Zj ( j 1,2,...) от источника излучения, соответствующих последовательному ; ряду выбираемых значений расстояний, и определение пространственного распределения микроструктуры аэрозоля Ч (h jlj) по минимуму невязок Р (Z j ) min, где ,h - радиус частиц , pMZjj Q|K(v)i,h)Y(Mj)d.,zjr, . I . , K(Yi,f) фактор эффективности обратного рассеяния, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности определения пространственного распределения микроструктуры аэрозоля, определяют координату Zo из условия минимума в множестве максимумов .Zj)-p(Vi,Z)} -,H,: , f .на. расстоянии 2оот источника излучения измеряют размеры частиц и определяют функцию fp(r,2p плотности распределения аэрозоля по размерам в ZpH уточня от пространственное распределение микроструктуры аэрозоля из условия fMгj} -o(,(,z,). 4 00 I:IИ ьt}-Y(r.Zi)., где эмпирические коэффициенты «/., 50-500, о(,5. 5-10 - 10

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 G 01 М 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Н (21) 35)4018/18-25 (22) 24. 11. 82 (46) 23.02.86. Бюп. Р 7 (7f) Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН БССР (72) A.П. (айковский и В.Н.1Цербаков (53) 548, 137 (088.8) (56) Филиппов В.Л. и др. Классификатор аэрозолей. Квант 802 М,В с6.

1 Всесоюзное совещание по атмосферной оптике, ч. II, Томск, 1976, с. 243.

Наац И.Э. Теория многочастотного лазерного зондирования атмосферы.

Новосибирск, "Наука", 1980, с. 8 1 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИИКРОСТРУКТУРЫ АЭРОЗОЛЯ, включающий освещение исследуемого аэрозоля направленными импульсами электромагнитного излучения на нескольких частотах длительностью не более 100 нс, регистрацию временной зависимости отраженных в обратном направлении сигналов, определение пространственного распределения коэффициентов обратного рассеяния (9;, 2; ) при последовательном задании частоты 4q и определенных расстояний Zd () =

1,2,...) от источника излучения „ соответствующих последовательному ряду выбираемых значений расстояний, и определение пространственного распределения микроструктуры аэрозоля Ч (t,2 ) по минимуму невязок л 2.

r" (2„) = min, где,) — радиус частиц, p (j)= Q()<(J; г)((, z„)d - p();,т;));

I к() ) — фактор эффективности обратного рассеяния, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения пространственного распределения микроструктуры аэрозоля, определяют координату Z из условия минимума в множестве максимумов

БЫР((((4;, z;)-)((((;,2.)) ) =,д,„

1.на:.расстоянии 2 от источникаизлучения измеряют размеры частиц и определяют функцию ()",ф плотности распределе-, ния аэрозоля по размерам в g и уточо няют пространственное распределение микроструктуры аэрозоля из условия р („.)+,(f((r )-v.(-.ц «" .) м, )(у(ь,z>,.„„)- („,.)),(„

) где эмпирические коэффициенты о(.) =

= 50-500, Ы = 5 ° 10 — 10 3

3 1

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в изучении физики атмосферы, метеорологии, при контроле загрязнения атмосферы промышленными аэрозолями.

Известен способ определения микроструктуры, заключак цийся в освещении аэрозоля "направленным световым

4Р излучейием и регистуации интенсивности .рассеянного с@йтф, по которому ойуеделяют размеры частиц. недостатком этого способа является трудоемкость процесса измерений при определении пространственного распределения микроструктуры аэрозоля протяженных объемов, так как необходимо производить забор проб аэрозоля во множестве точек пространства.

Наиболее близким техническим решением является способ, основанный на освещении исследуемого аэрозоля направленнымп световыми импульсами электромагнитногo излучения па нескольких частотах ; излучения длительностью не более 100 нс, регистрации временной зависимости интенсивности отраженных в обратном направлении сигналов, определении пространственного распределения коэффициентов обратного рассеяния ((, Z„) npn последовательном задании частоты ; и определенных расстояний Zq от источника излучения, соответствующих последовательному ряду выбираемых значений расстояний (= 1,2,...) и определении пространственного распределения микроструктуры аэрозоля P(e,7.j) по минимуму невязок P (Zj) = ппп, где i — радиус частиц, а(z;) = jar(4; ) V(Z,) dV )(4; У )1

1 (1 Г ) — фактор эффективности обратного рассеяния.

114148 2

1О

45 аэрозоля определяется с погрешностью, достигающей более 100 .

Цель изобретения — повышение точности определения пространственного распределения микроструктуры аэрозоля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения пространственного распределения микроструктуры освещают исследуемый аэрозоль направленными импульсами электромагнитного излучения на нескольких частотах ф длительностью не более 100 нс, регистрируют временную зависимость отраженных в обратном направлении сигналов, определяют пространственное распределение коэффициентов обратного рассеяния Р (;, Z„) при последовательном задании частоты ; и опреде.ленных расстояний 1 от источника излучения, соответствующих последовательному ряду выбираемых значений расстояний (3 = 1,2,.;.), определяют пространственное распределение микроструктуры аэрозоля 1 (t,7, )

2 по минимуму невязок j ..(Z;) = min, где Р— радиус частиц, Р (7.;) =, > ЦК();, ) Р(1, Z;)dr-Р(4, 1„)) °

1 ) — фактор эффективности обратно 1(/ ).

ro рассеяния,определяют координату из условия минимума в множестве !

f у / т

MazczAyraoeiSuP(DP(i Zij Рй -е)) =""

i на расстоянии, от источника излучения измеряют размеры частиц, определяют функцию о (, ) плотности распределения аэрозоля по размерам в Х и уточняют пространственное распределение микроструктуры аэрозоля иэ условия:

Е P (Zj)+cC j((".Z) - о(., Z)j äÐ+ (1)

" К, (г (г, 2. . 1 ) - У (г, Z j ) J d p = ei i n, 50

Недостатком этого способа является то, что он обладает малой точностью иэ-за того, что при определении пространственног о распределения микроструктуры аэрозоля по коэффи-, циентам обратного рассеяния существует множество функций распределе-. ния по размерам, которые удовлетворяют измеренным коэффициентам обратного рассеяния. Поэтому пространственное распределение микроструктуры. 4 где эмпирические коэффициенты d„=

= 50-500; Ы = 5 10з — 10 з

Дополнительное определение (t, 7.О) в точке позволяет существенно ограничить область возможных решений в соседних с Z точках и соответственно уменьшить погрешность определения микроструктуры аэрозоля в них. Повышение точности определения микроструктуры аэрозоля в точках соседних с Z >, в свою очередь, 1114

1" {, (Р(6, ;) -P(dj, е )) ) = лпи !

30

35. j({г,2„м)- Р(, Lj)) d(, 40

Редактор П. Горькова . Техред Ж.Кастелевич Корректор С.ШекмаР

Заказ 793/3 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 позволяет ограничить область возмож-" ных решений и уменьшить погрешность определения микроструктуры аэрозоля в соседних с ними точках. Таким образом, такого рода взаимное влияние экспериментально полученных данных позволяет повысить точность определения пространственного распределения микроструктуры аэрозоля.

Измерение размеров частиц и определение функции Ч (и, Z ) необходимо производить не в произвольной точке пространства 7,, а в Z выбранной из условия:

suvfQ(p(J; z;)-/5(й z,) =,п, (1 поскольку, вследствие наличия в реальных измерениях некоторой ошибки эксперимента, погрешность опреде- 20 ления функции плотности определения по размерам в точке Z растет про: порщюонально: Р(4 zJ) Рй,z. )

1

Если выполнено условие (2), то погрешность определения пространственного распределения микроструктуры аэрозоля будет минимальной.

В соответствии с методом множителей Лангранжа пространственное распределение микроструктуры аэрозоля ищется как функция, минимизирующая выражение:

I EP (2-j)+« f(P(,2..1- г,(,г,Ц „„

4 в которое второй и третий члены входят с эмпирическими коэффициентами Ы1 и . Значения эмпирических коэффициентов Ы„ и о(выбираются в пределах соответственно 505ОО и 5 ° 10 — 10, которые обусловлены характерными для реальных

148 4 аэрозолей численными значениями коэффициентов обратного рассеяния

Р (, Z„ ) и функций P (v, 7.) и е, (- z) °

П р и и е р. Исследование атмосферного аэрозоля осуществляется при помощи многочастотного .лидера с рабочими частотами 23,53; 21,74;

18 52; 16 95; 15 37; 13 51, 12 2; i0,75 см "и длительностью импульса излучения 20 нс. По временной зависимости интенсивности отраженных в обратном направлении сигналов определяется пространственное распределение коэффициентов обратного рассеяния Р (1;, Z ) на трассе длиной

600 м с шагом 20 и. Пространственное распределение коэффициентов обратного рассеянпя получается в виде таблицы для восьми частот и тридцати точек трассы. Согласно условию находится точка Z = 200 м, в которой производится забор пробы аэрозоля, измеряются размеры частиц и определяется функция (t . Zo ) плотности распределения по размерам аэрозоля пробы. Из условия (i) при о „= 10 и о4 = 10 ", определяется пространственное распределение микроструктуры аэрозоля Р (Р, Ж) °

Погрешность измерений в этом случае составляет 5-13Ж.

Погрешность измерений размеров частиц по базовому способу составляет 89 †9, т.е. применение предложенного способа позволило повысить точность определения микроструктуры в 5-10 раз.

Применение предложенного метода при точности измерений размеров частиц в протяженных объемах 5-15Х позволяет уменьшить трудоемкость процесса измерения.