Способ измерения концентрации газов в атмосферном воздухе


 


Владельцы патента RU 2425358:

Шайков Михаил Карпович (RU)

Изобретение относится к дистанционному контролю состава атмосферного воздуха, в частности к измерениям концентрации газов в атмосферном воздухе посредством измерения спектров их поглощения в рассеянном солнечном излучении. Способ включает одновременное измерение и сравнение в принимаемом солнечном излучении спектров поглощения искомого газа и спектров поглощения газов, распределенных пропорционально плотности атмосферы. Изобретение позволяет повысить оперативность измерений.

 

Изобретение относится к дистанционным оптическим способам контроля газового состава атмосферного воздуха.

Существуют пассивные и активные оптические способы дистанционного контроля газового состава атмосферы, первые используют прямое или рассеянное солнечное излучение, вторые - автономные источники излучения. Преимуществами пассивных способов контроля является высокая чувствительность измерений и отсутствие необходимости использовать автономный источник излучения (1).

К недостаткам пассивных способов относятся трудности в определении концентрации искомых газов на ограниченных участках атмосферы, так как эти измерения требуют измерения интенсивности спектра излучения до и после прохождения исследуемого участка атмосферы и определение длины этого участка.

Известен способ, при котором солнечное излучение направляется удаленным зеркальным отражателем на объектив спектрометра, и сравниваются спектры поглощения искомого газа в солнечном излучении, падающем на зеркальный отражатель, и в солнечном излучении, приходящем на спектрометр от удаленного на известное расстояние зеркального отражателя (2). Вместо зеркального отражателя могут использоваться топографические объекты, обладающие высокими отражающими свойствами. Однако эти способы не обладают достаточной оперативностью и чувствительностью из-за необходимости установки отражателя или ограничений обусловленных характеристиками отражения топографических объектов и поэтому имеют ограниченные возможности применения.

Наиболее близким является способ дистанционного измерения газового состава атмосферного воздуха, предложенный в работе (3), в котором измерения производятся путем сравнения спектров рассеянного солнечного излучения, приходящего с горизонтального участка атмосферы, и солнечного излучения, освещающего этот участок атмосферы сверху. В этом способе длина горизонтальной трассы определяется как величина, обратная коэффициенту ослабления солнечного излучения, прошедшего этот участок атмосферы. Поэтому применение этого способа осложняется необходимостью определения коэффициента ослабления солнечного излучения на соответствующем горизонтальном участке атмосферы, то есть необходимостью использования дополнительной измерительной аппаратуры, а сам метод ограничен возможностью применения для измерений только в горизонтальном направлении.

При определении относительной концентрации искомого газа измерение длины участка атмосферы, на котором происходит поглощение солнечного излучения, можно заменить измерением величины спектров поглощения газов, плотность которых распределена пропорционально плотности атмосферы.

Относительная концентрация искомого газа в атмосфере определяется как отношение количества молекул искомого газа к количеству молекул воздуха, в котором он находится. Концентрации основных газов атмосферы: молекул кислорода, азота и углекислого газа, пропорциональны плотности атмосферного воздуха.

Величина спектров поглощения основных атмосферных газов в видимой и ультрафиолетовой области в рассеянном солнечном излучении, в пределах нижней и средней тропосферы, в которой находится основная масса атмосферного воздуха, слабо зависит от температуры и давления. При слабом поглощении величина этих спектров поглощения будет пропорциональна общему количеству молекул атмосферного воздуха, находящегося на пути измеряемого солнечного излучения. Величина спектра поглощения искомого газа в принимаемом рассеянном солнечном излучении при слабом поглощении будет пропорциональна количеству молекул искомого газа, находящегося на пути этого излучения. Следовательно, отношение измеренной величины спектра искомого газа к измеренной величине спектра поглощения одного из основных газов атмосферы будет пропорционально относительной концентрации молекул искомого газа в воздухе.

Способ измерения концентрации газов в атмосферном воздухе, включающий: измерение в принимаемом рассеянном солнечном излучении величины спектров поглощения искомого газа, измерение в принимаемом рассеянном солнечном излучении величин спектров поглощения атмосферных газов, плотность которых в атмосфере распределена пропорционально плотности атмосферы, отличающийся тем, что с целью определения концентрации искомого газа и увеличения оперативности измерений в принимаемом рассеянном солнечном излучении вычисляют отношение величины спектра поглощения, вызванного искомым газом, к величине спектра поглощения, вызванного одним из газов атмосферы, плотность которых распределена пропорционально плотности атмосферы, а полученный результат умножают на известную величину спектра поглощения солнечного излучения соответствующим атмосферным газом на метровом участке атмосферы, находящемся при нормальных условиях.

Литература

1. Назаров И.М., Николаев А.Н., Фридман Ш.Д. Основы дистанционных методов мониторинга загрязнения природной среды. Ленинград. Гидрометеоиздат. 1983, с.142-170.

2. Габриэлян А.Г., Дианов-Клоков В.И. Спектроскопические измерения распределения антропогенной окиси углерода над г.Ереваном ФАО АН СССР, 1982, т.18, №12, с.1312-1317.

3. Шайков М.К. Способ определения газового состава атмосферного воздуха. А.С. №1764014 A1 G01W 1/00 от 27.10.89, Бюл. №35 от 23.09.92.

Способ измерения концентрации газов в атмосферном воздухе, включающий: измерение в принимаемом рассеянном солнечном излучении величины спектров поглощения искомого газа, измерение в принимаемом рассеянном солнечном излучении величин спектров поглощения атмосферных газов, плотность которых в атмосфере распределена пропорционально плотности атмосферы, отличающийся тем, что, с целью определения концентрации искомого газа без измерения длины зондируемой атмосферной трассы и увеличения оперативности измерений, в принимаемом рассеянном солнечном излучении вычисляют отношение величины спектра поглощения, вызванного искомым газом, к величине спектра поглощения, вызванного одним из газов атмосферы, плотность которых распределена пропорционально плотности атмосферы, а полученный результат умножают на известную величину спектра поглощения солнечного излучения соответствующим атмосферным газом на метровом участке атмосферы, находящемся при нормальных условиях, и результат этих вычислений принимают как величину, пропорциональную относительной концентрации молекул искомого газа в воздухе.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для количественного определения концентрации отдельных компонентов в многокомпонентных газовых смесях.
Изобретение относится к области комплексного контроля людей на пунктах пропуска. .

Изобретение относится к области лазерной спектроскопии и спектрального анализа и может быть использовано для одновременной диагностики абсолютного и относительного содержания окислов углерода CO и CO2 в газообразной среде, для мониторинга содержания окислов углерода СО и CO2 например, в выдыхаемом воздухе, в атмосфере, в частности для биомедицинской диагностики.

Изобретение относится к анализу материалов, в частности к определению содержания водорода. .

Изобретение относится к устройствам для обнаружения критических концентраций опасных промышленных газов. .

Изобретение относится к способам анализа примесей различных веществ в газе с применением фотоионизационного детектора. .

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.

Изобретение относится к технике газового анализа и может быть использовано для определения качественного и количественного состава газовых смесей, образуемых в результате жизнедеятельности организмов или выделяемых в процессе работы различных устройств, двигателей внутреннего сгорания, а также для контроля качества парфюмерных изделий.

Изобретение относится к области оптических приборов, предназначенных для газового анализа путем исследования спектра поглощения измеряемого газа, и может быть использовано в оптических устройствах (газоанализаторах, спектрометрах) для селективного измерения концентрации газового компонента в газовой смеси.

Изобретение относится к оптическим способам контроля газового состава атмосферного воздуха

Изобретение относится к определению газовых компонентов слоя атмосферы путем измерения гидрометеорологических параметров на границе атмосфера - гидросфера и может быть использовано при исследовании процессов взаимодействия атмосфера - океан

Изобретение относится к экологии, а именно к дистанционным методам мониторинга природных сред и санитарно-эпидемиологическому контролю промышленных регионов

Изобретение относится к способу измерения содержания газов в атмосферном воздухе с использованием спектров рассеянного солнечного излучения

Изобретение относится к аналитической технике и может быть использовано для анализа состава отработавших газов маломерных судов и других плавучих средств с двигателями внутреннего сгорания с отбором пробы из выхлопной трубы, направленной в воду. Газоанализатор состоит из измерительной системы, содержащей инфракрасный излучатель, кювету, приемники инфракрасного излучения, газозаборное приспособление, фильтры от пыли и сажи и побудитель расхода. При этом газоанализатор дополнительно содержит пневматическую систему, имеющую влагоотделитель, содержащий датчики уровня воды, и пневматический клапан с электроуправлением. Влагоотделитель установлен с возможностью взаимодействия с побудителем расхода, а один из датчиков уровня воды - с пневматическим клапаном с электроуправлением для предотвращения поступления забортной воды в измерительную систему газоанализатора. Изобретение позволяет повысить надежность измерений. 2 ил.

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано для определения концентрации газообразных веществ. Газоанализатор содержит излучающий диод, выполненный из двух p-n переходов, размещенных в едином корпусе и приемник излучения, расположенные в кювете, разделенной прозрачной для излучения перегородкой из сапфирового стекла на два отсека. Один отсек предназначен для исследуемой газовой смеси, а во втором расположены источник и приемник излучения. При этом торцовые стенки кюветы выполнены в виде сферических зеркал, а к выходу приемника излучения подключена схема измерения, содержащая усилитель, вход которого связан с выходом приемника излучения, а выход - с входом резонансного усилителя, синхронные детекторы, входы которых связаны с выходами резонансного усилителя, а управляющие входы - с третьим выходом блока питания источника излучения, первые два выхода которого, связаны с источником излучения, а также регистрирующий прибор. Также схема содержит два блока памяти, аналоговый делитель напряжения, логарифмирующий усилитель. Блоки памяти подключены к входам аналогового делителя напряжения и выходам синхронных детекторов соответственно, а выход делителя связан с входом логарифмирующего усилителя, выход которого подключен к входу регистрирующего прибора. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для дистанционного зондирования примесей в атмосфере. Устройство включает лазерный излучатель, рандомизатор фазы лазерного излучения, приемо-передающий оптический тракт, зеркала, направляющие собранное телескопом излучение на фотоприемный модуль, и светофильтр, уменьшающий засветку фотоприемника за счет узкой полосы пропускания, и пилотный лазер. Передающая часть тракта состоит из системы направляющих зеркал, а приемная часть - из приемного телескопа. При этом передающий канал генерирует направленное излучение с пространственно-временными и спектральными характеристиками, исключающими влияние спекл-структуры на результаты лидарных измерений. Технический результат - устранение ошибки за счет использования системы рандомизации фазы лазерного излучения для коррекции спекл-картины, что обеспечивает большую точность измерений. 2 ил.
Наверх