Способ определения концентраций газовых компонентов слоя атмосферы

 

Использование: изобретение относится к оптической локации и может быть использовано для определения концентраций газовых компонентов атмосферы. Сущность изобретения: для повышения точности определения концентрации газовых компонентов зондирующие импульсы посылают не менее, чем по двум направлениям трасс зондирования, дополнительным к основному направлению, пересекающимся внутри слоя и пересекающим основную трассу зондирования в точках пересечения ее с границами слоя. 1 ил.

Способ определения концентраций газовых компонентов слоя атмосферы.

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

Известны способы определения концентраций газовых компонентов атмосферы [1, 2].

По способу [1] 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 судят о концентрации компонента.

Недостаток способа состоит в низкой точности определения концентрации за счет неучета взаимного влияния всей совокупности газовых компонентов и допущения определяющего влияния одного из них.

По способу-прототипу [2] концентрации газовых компонентов определяют путем посылки по пересекающей слой трассе зондирования оптических импульсов на различных длинах волн, причем длины волн оптических импульсов выбирают в полосах поглощения определяемых газовых компонентов, и регистрации сигналов обратного рассеяния, по интенсивностям которых судят о значениях концентраций газовых 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 определения концентраций газовых компонентов слоя атмосферы, заключающемся в том, что по основной трассе зондирования посылают оптические импульсы на различных длинах волн, причем длины волн оптических импульсов выбирают в полосах поглощения определяемых газовых компонентов, и регистрируют сигналы обратного рассеяния, по интенсивностям которых судят о значениях концентраций газовых компонентов, оптические импульсы посылают не менее, чем по двум дополнительным трассам зондирования, причем направления дополнительных трасс выбирают таким образом, чтобы точки пересечения основной и каждой из дополнительных трасс лежали на обеих границах зондируемого слоя атмосферы.

На чертеже показана схема, поясняющая предлагаемый способ.

Световые импульсы посылают в атмосферу из точек, расположенных на прямой ОР. Основное направление зондирования -луч EL, который пересекает границы зондируемого слоя в точках В, Н на расстояниях Z₁, Z₂ от прямой. Дополнительно к зондированию по основному направлению посылают импульсы из точек A и C вдоль лучей АК и CM, пересекающихся внутри слоя в точке D и пересекающих основную трассу зондирования в точках пересечения ее с границами слоя, т. е. в точках В, Н. Скорректированные на геометрический фактор (умноженные на квадрат расстояния зондирования) сигналы обратного рассеяния Р_ki на длинах волн λ_ki, находящихся в полосе поглощения к-го газового компонента, принимают из точек В, Н в точке E и находят их отношение , аналогично находят величины , .

Найденные отношения связаны с искомыми концентрациями, N_k, средними по слою, оптико-локационным уравнением P_ki(l)=Пβ_ki(l)exp -2 α_ki(lʹ)dl ,, (1) где β_ki(l) - показатель обратного рассеяния на расстоянии l от точки посылки, α_ki(l') - показатель ослабления на расстоянии l', зависящий от локальных концентраций N_к газового компонента, поглощающего излучение на длине волны λ_ki α_ki(lʹ)= n_k(lʹ)δ(λ_ki), , (2) причем на отрезке каждой из трасс [l₁, l₂] n_k(lʹ)dlʹ=N_k(l₂-l₁), , (3) j - число газовых компонентов; n - постоянная лидара, с помощью которого осуществляется посылка импульсов и прием сигналов обратного рассеяния; σ (λ_ki) - сечение поглощения к-го газового компонента на длине волны λ_ki.

По найденным отношениям определяют концентрацию каждого газового компонента N_k= - ;; (4) где Z_ki= ,. (5)
Погрешность концентрации N_к уменьшается при увеличении протяженности (BD+DH-DH) зондируемого участка и достигает минимума при зондировании по схеме, в которой основное направление перпендикулярно прямой ОР, а синусы углов наклона двух других направлений к прямой ОР равны , , где L - максимальная дальность зондирования.

Предлагаемый способ дает возможность повысить точность измерения газовых компонентов за счет неизвестного исключаемого показателя обратного рассеяния.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ГАЗОВЫХ КОМПОНЕНТОВ СЛОЯ АТМОСФЕРЫ, заключающийся в том, что по основной трассе зондирования посылают импульсы оптического излучения на различных длинах волн, причем длины волн импульсов оптического излучения выбирают в полосах поглощения определяемых газовых компонентов, регистрируют сигналы их обратного расстояния, по интенсивностям которых судят о значениях концентраций газовых компонентов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, импульсы оптического излучения посылают не менее чем по двум дополнительным трассам зондирования, причем направления дополнительных трасс выбирают так, чтобы точки пересечения основной и каждой из дополнительных трасс лежали на обеих границах зондируемого слоя атмосферы.

РИСУНКИ

Рисунок 1