Способ оптического определения концентрации газовых компонентов атмосферы

 

Использование: оптическая локация, при определении концентраций газовых компонентов атмосферы. Предлагаемый способ повышает точность определения концентраций газовых компонентов за счет исключения погрешности, обусловленной различием сигналов обратного рассеяния, принимаемых на разных длинах волн. Для достижения цели посылают импульсы света с трассы размещения посылки по основному направлению и двум дополнительным направлениям, пересекающим его, с углами наклона ктрассе, зависящими отугла наклона основного направления, находящегося в диапазоне 82-90°, и от отношения минимального и максимального пределов зондирования и принимают сигналы обратного рассеяния с расстояний, не меньших минимального предела зондирования для основного направления и не превышающих максимального предела для дополнительных направлений.1 ил Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 W 1/11

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865246/10 (22) 11,09.90 (46) 15,12.92, Бюл. ¹ 46 (75) И.А. Егорова (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 325579, кл, С 01 W 1/11, 1991.

Dickel P„Bristow М., Zimmerman R, IJYDIAS for Simultemeous Measurement of

Tropospheris 03 and S02. Optimization of the

Transmitter Section IS International Laser

Radar Confeience, Abstracts of papers, Par.

il р.р. 347-350, 1990. (54) СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ АТМОСФЕРЫ (57) Использование: оптическая локация, при определении концентраций газовых компонентов атмосферы, Предлагаемый

Изобретение относится к оптической локации и может быть использовано для определения концентраций газовых компонентов атмосферы.

По известному способу зондирование газового компонента атмосферы производится путем посылки в атмосферу импульсов света на двух разных длинах волн. находящихся в полосе поглощения зондируемого компонента, и приема рассеянного излучения, по мощности которого определяют концентрацию компонента, Недостаток способа состоит в низкой точности определения концентрации из-эа неучета взаимного влияния всей совокупности газовых компонентов и допущения определяющего влияния одного из них.

По прототипу определение концентрации газовых компонентов атмосферы производится путем посылки в атмосферу

„„. Ж „„1781656 А1 способ повышает точность определения концентраций газовых компонентов эа счет исключения погрешности, обусловленной различием сигналов обратного рассеяния, принимаемых на разных длинах волн. Для достижения цели посылают импульсы света с трассы размещения посылки по основному направлению и двум дополнительным направлениям, пересекающим его, с углами наклона к трассе, зависящими от угла наклона основного направления, находящегося в диапазоне 82 — 900, и от отношения минимального и максимальногО пределов зондирования и принимают сигналы обратного рассеяния с расстояний, не меньших минимального предела зондирования для основного направления и не превышающих максимального предела для дополнительных направлений, 1 ил. зондирующих импульсов на четырех длинах волн, находящихся в полосах поглощения двух газовых компонентов, с трассы размещения точек посылки в направлении, перпендикулярном трассе, и приема сигналов обратного рассеяния, по которым судят о концентрации компонентов, Недостаток способа состоит в низкой точности определения концентраций газовых компонентов из-за наличия ошибки, обусловленной спектральной зависимостью показателя обратного рассеяния.

Цель изобретения — повышение точности определения концентраций газовых компонентов за счет уменьшения влияния указанной ошибки.

Для достижения цели в способе оптического определения концентрации газовых компонентов атмосферы, включающем перемещение источника зондирующих им1781656 где

Р з 3 Р 1 2

Zk=

13+ 2 1 пульсов вдоль прямолинейной трассы, посылку зондирующих импульсов на разных длинах волн, по две длины волны А <, соответствующих полосе поглощения каждого

i-го газового компонента, из первой точки по направлению, лежащему под углом ) к трассе перемещения, прием в этой точке сигналов обратного рассеянидя Pk 1(1), Pkf (2), соответственно, из первой и" второй точки исследуемого объема атмосферы и обработку результатов измерений дополнительного посылают зЬндирующие импульсы из второй и третьей точек, расположенных на трассе перемещения по направлениям, лежащим под углами, соответственно, а и к трассе перемещения, проходящим, со.ответственно, через первую и вторую точки исследуемого объема атмосферы и пересекающимся в третьей точке этого объема, и принимают во второй и третьей точках трассы перемещения сигналы обратного рассеяния, соответственно, Pk2 (1), Pk2(3) и Pk3(2), Pk3(3), при этом у = 82-90, а= агсзЬ (Х sin у ), P =arcsln(Xsin y ), гдеХ= бЬ, . Гр

IT, Ip — соответственно, минимальный и максимальный пределы диапазона зондирования, а при обработке результатов измерения величину концентрации каждого газового компонента Nj находят из выражения ц (Q ) — сечение поглощения в полосе

i-ro газового компонента для k-ой длины волны, k = 1, 2 — порядковый номер длины волны для каждого i-го газового компонента..На чертеже изображена схема, реализующая предлагаемый способ.

Световые импульсы посылают из точек

2, 1т, 3 прямолинейной трассы с помощью перемещающегося вдоль нее лидара. В точках посылки принимают сигналы обратного рассеяния и по принятым сигналам находят величины

«Р 2 Д2 — 2(N о1 (2k) + С) If, (1) — 2(N й(Q)+С) 2, (2) где Д (1)Д (2)Д (3) — показатели обратного рассеяния на длине волны 4, соответственно, в первой, второй и третьей точках исследуемого обьема атмосферы, С вЂ” средний показатель ослабления, If, !2, I3 — расстояния между первой и второй, первой и третьей, второй и третьей точками исследуемого объема атмосферы, соответственно.

По найденным величинам определяют концентрацию каждого газового компонента

М 1 22 -У1 (4) где

Рю 3 Ркз 2 Ри (1

2 — Pk2 1 Pk3 3 Pk f(2)

2 — 3+ 2 1

Погрешность. концентрации Ц уменьшается при увеличении протяженности (l3+

I2 — () зондируемого участка и достигает минимума при равенстве расстояний от точек 2т, 3> трассы до точек Зо, 2О исследуемого обьема, соответственно, значению Ip и при равенстве расстояния между первыми точ- ками трассы и объема значению 1>, когда а =arcsin(X sin y ), (6)

P = arcsin(Xsin g ), (7) гдеХ= P, г8)

1р. причем угол g зависит от параметра Х и находится в пределах у = 82-90,".

Предлагаемый способ дает возможность повысить точность измерений концентраций газовых компонентов за счет исключения неизвестного показателя обРагтдгйОГО РаССЕЯНИЯ P k ПРИ МаКСИМаЛЬНОй протяженности зондируемого участка, Формула изобретения

Способ оптического определения концентрации газовых компонентов атмосферы, включающий перемещение источника зондирующих импульсов вдоль прямолинейной трассы. посылку зОндирующих импульсов на разных длинах волн по две длины волны 4, соответствующих полосе поглощения каждого I-ro газового компонента, из первой точки по направлению, лежащему под углом ук трассе перемещения, причем в этой точке сигналов

1781656

Zk— з+!г — !! где Х= Я, 3

Составитель И,Егорова

Техред М.Моргентал

Редактор Т,Иванова

Корректор M.Òêà÷

Заказ 4273 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат нПатент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101 обратного рассеяния Рк1(1), Рк1(2), соответственно иэ первой и второй тачек исследуемого объема. атмосферы и обработку результатов измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной спектральной зависимостью показателя обратного рассеяния, дополнительно посылают зондирующие импульсы иэ второй и третьей точек, расположенных на трассе перемещения по направлениям, лежащим под углами соответственно а и Р к трассе перемещения, проходящим, соответственно через первую и вторую точки исследуемого обьема атмосферы и пересекающимся в третьей точке этого объема, и принимают во второй и третьей точках трассы перемещения сигналы обратного рассеяния, соответственно, Ргг(1), Ргг(3) и Ргг(2). Pn(3), нри .этом у =82 — 90О, а=-arcsinX sin y, j3 =

=arcsIn X. sin y, !

», !р — соответственно минимальный и максимальный пределы диапазона зондирования, а при обработке результатов измерения ве5 личину концентрации каждого газового компонента N) находят из выражения

1 Ъ вЂ” Z>

N) = — g где ai (4 ) — сечение поглощения в полосе

i-го газового компонента для k-ой длины волны, k = 1, 2 — порядковый номер длины волны для каждого i-ro газового компонента, !

i, Iz, !з — расстояние между первой и второй, первой и третьей, второй и третьей точками исследуемого объема атмосферы соответственно,