Устройство для измерения концентрации атмосферного озона

 

Использование: для измерения концентрации атмосферного озона в атмосфере оптическим методом. Сущность изобретения: устройство снабжено третьим фотоприемником со светофильтром, причем второй и третий фотоприемники, а также соответствующие светофильтры выполнены в виде колец. Диаметр внешнего кольца определяется исходя из длины тубуса. 2 ил.

Изобретение относится к метеорологии, а именно физике и химии атмосферы, и предназначено для определения содержания озона в атмосфере оптическим методом.

Аналогами устройства для измерения концентрации атмосферного озона являются оптические озонозонды [1], основанные на измерении интенсивности ультрафиолетовой солнечной радиации, поглощаемой озоном, при прохождении ее через атмосферу к приборам, находящимся на радиозондах, поднимаемых с помощью воздушных шаров. Оптические озонозонды содержат фотометр, выделяющий ультрафиолетовую часть солнечного спектра излучения в полосе поглощения озона и вне полосы. Фотометр состоит из светорассеивателя, набора светофильтров и фотоприемника.

К недостатку аналогов относится пониженная точность измерения концентрации озона, обусловленная тем, что светорассеиватель собирает как прямое солнечное излучение, так и рассеянное воздухом и аэрозолем излучение. Кроме того, в аналогах используется механическая смена светофильтров, что усложняет и удорожает конструкцию оптических озонозондов, снижает надежность измерений.

Прототипом изобретения является оптический озонометр [2], содержащий тубус, светофильтры и фотоприемники, причем один из них расположен в основании тубуса. Наличие тубуса у прототипа позволяет исключить либо прямое, либо рассеянное солнечное излучение путем наведения тубуса на зенит или на солнце. Для наведения тубуса на зенит неба или на солнце, а также смены светофильтров требуются механические узлы и элементы.

Задачей изобретения является устранение механических узлов и элементов и таким образом упрощение конструкции, ее удешевление, а также повышение надежности измерений.

Задача решается тем, что устройство для измерения концентрации атмосферного озона, содержащее тубус, светофильтры и два фотоприемника, причем один из них того же диаметра, что и тубус, и расположен в основании тубуса, снабжено третьим фотоприемником, при этом второй и третий фотоприемники выполнены кольцевыми и расположены концентрически в одной плоскости с первым фотоприемником направленными приемными поверхностями по оси тубуса. Отношение длины тубуса к его диаметру и отношение длины тубуса к квадратному корню из разности квадратов радиусов большого третьего внешнего фотоприемника и радиуса круглого фотоприемника больше котангенса угловой высоты солнца во время измерений. При этом один из кольцевых фотоприемников снабжен светофильтрами, имеющими полосу пропускания в полосе поглощения излучения озоном, а другой - вне полосы.

На фиг. 1 представлено устройство для измерения концентрации атмосферного озона, общий вид; на фиг.2 показана геометрия устройства.

Устройство содержит тубус 1, фотоприемники 2, 3, 4 со светофильтрами 5. Тубус 1 (фиг. 1) направлен вертикально вверх и расположен перпендикулярно плоскости фотоприемников 2-4. Солнечные лучи расположены наклонно под углом высоты солнца. Из геометрии (фиг.2) и условия, чтобы тень тубуса перекрывала фотоприемники 2-4, следуют указанные соотношения: > ctgϕ > ctgϕ где Z - длина тубуса; d - диаметр тубуса; D - внешний диаметр большого фотоприемника; ϕ- угловая высота солнца.

Примером конкретного исполнения устройства может быть следующий: длина тубуса 5 см, диаметр тубуса 1 см, диаметры фотоприемников 1, 2, 3 см, светофильтры марки ЖС, УФС для ультрафиолетовых излучений. Тубус изнутри зачернен. В качестве фотоприемников используется полупроводниковая шайба с выполненными на поверхности бороздками, разделяющими приемную поверхность фотоприемников, к верхним поверхностям и к нижней присоединены электроды.

Устройство работает следующим образом.

На фотоприемники падает солнечное излучение. Поскольку выполнены вышеуказанные геометрические соотношения, то тень от тубуса постоянно затеняет внутренний фотоприемник 2 и часть внешних фотоприемников 3 и 4. Таким образом, на фотоприемник 2 поступает только рассеянное излучение, на внешние 3 и 4 - рассеянное и прямое от солнца излучение.

Вычитая из сигнала от фотоприемников 3 и 4 сигнал фотоприемника 2, получают только часть сигнала от прямого излучения. Имея два сигнала от прямого излучения на фотоприемниках 3 и 4 со светофильтром и без светофильтра, вычисляют содержание озона в столбе воздуха.

При подъеме устройства для измерения концентрации атмосферного озона с помощью радиозонда можно определять концентрацию озона в воздухе в зависимости от высоты измерения.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АТМОСФЕРНОГО ОЗОНА, содержащее тубус с круглым фотоприемником в основании тубуса того же диаметра, второй фотоприемник и светофильтры в полосе поглощения и вне полосы поглощения ультрафиолетового излучения озоном, отличающееся тем, что оно снабжено третьим фотоприемником, при этом второй и третий фотоприемники выполнены кольцевыми и расположены концентрически в одной плоскости с первым фотоприемником, приемные поверхности фотоприемников направлены по оси тубуса, один из кольцевых фотоприемников снабжен светофильтром, имеющим полосу пропускания в полосе поглощения ультрафиолетового излучения озоном, а другой - вне полосы поглощения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2