Лазерные газоанализаторы на основе метода дифференциального поглощения

• Автор: Долгий, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Глава 1. Метод оптико-акустической спектроскопии

1.1. Лазерный оптико- акустический газоанализатор «ЛАГ-1»

Глава 2. Трассовые газоанализаторы дифференциального поглощения

2.1. Метод дифференциального поглощения на длинных трассах

2.2. Анализ информативных спектральных диапазонов для зондирования МГС по МДП

2.3. Эксплуатационные характеристики параметрических преобразователей

2.4. Выбор информативных длин волн

2.5. Газоанализатор «Резонанс-3»

2.5. 1. Блок регистрации

2.6. Газоанализатор «Трал»

2.7. ИК лазерные газоанализаторы «Трал-3» и «Трал-Зм»

2.8. Лазерный газоанализатор «Трал-4»
2.8. 1 «Трал-4». Результаты натурных измерений
2.9. «Резонанс-3»,«Трал». Результаты натурных измерений МГС атмосферы
Глава 3. Дистанционный лазерный контроль озоносферы лидаром дифференциального поглощения
3.1 Методы сокращения динамического диапазона лидарного сигнала
3.2 Учет фактора «слипания» одноэлектронных импульсов
3.3 Канал зондирования вертикального распределения озона СЛС на базе зеркала 0 0,5 м.
3.4 Пакет программного обеспечения «АТОС»
3.5 Климатология и тренды стратосферного озона над Томском за период 1996-2003 гг.
3.5.1. Внутригодовая изменчивость стратосферного озона
3.5.2. Межгодовая изменчивость и тренды стратосферного озона
3.6 Сравнение лидарных и спутниковых данных по профилям ВРО Заключение
Литература

Актуальность проблемы. Важнейшей проблемой современности является охрана окружающей среды. Под влиянием различных факторов окружающая среда претерпевает изменения. Вместе с различными природными явлениями (извержения вулканов, лесные пожары, эрозия почв и т. д.) в процессе воздействия на окружающую среду все большее значение приобретает деятельность человека. Стремительное развитие промышленности, энергетики, сельского хозяйства и транспорта привело к возрастающему антропогенному воздействию на окружающую среду. В атмосферу, гидросферу и литосферу поступает целый ряд вредных побочных продуктов в виде аэрозолей, газов, сточных бытовых и технических вод, нефтепродуктов и т. д, отрицательно влияющих на биологические условия существования человека и биосферы в целом.
В индустриально развитых районах многих стран содержание вредных веществ в атмосфере иногда превышает предельно допустимые нормы. Основными источниками загрязнения являются [1]:
а) Мощные тепловые электростанции, работающие на твердом, жидком или газообразном топливе. Выработка электроэнергии на тепловых электростанциях, работающих на угле, влечет за собой выброс в атмосферу золы, сернистого ангидрида и окислов азота. Электростанции, работающие на природном газе, не выбрасывают в атмосферу золу и сернистый ангидрид, но в больших количествах выделяют окислы азота.
б) Предприятия черной и цветной металлургии. Выплавка стали связана с выбросом в атмосферу пыли, сернистого ангидрида и окиси углерода.
в) Предприятия химической промышленности, которые выбрасывают в атмосферу значительно меньшее по объему количество вредных веществ по сравнению, например, с металлургическими предприятиями, однако большое разнообразие химических производств и их близкое расположение к
населенным пунктам часто делают эти выбросы наиболее опасными. Известно, например, что предприятия химической промышленности выбрасывают в атмосферу более 100 особо вредных химических соединений, отличающихся высокой токсичностью, на которые установлены предельно допустимые концентрации (ПДК) [2].
г) Серьезную опасность для здоровья и жизни людей представляют выделяемые автомобилями вредные вещества, входящие в выхлопные газы, которые составляют около 60% всех токсичных примесей, загрязняющих воздух индустриальных центров. В состав выхлопных газов автотранспорта входит большая гамма токсичных веществ, главными из которых является окись углерода, окислы азота, углеводороды, канцерогенные вещества, в том числе 3,4-бензапирен, сернистые газы, продукты, содержащие свинец, хлор, бром и иногда фосфор. [3].
С тех пор как было обнаружено, что хлорный цикл может играть значительную роль в балансе стратосферного озона, внимание исследователей привлекает возможное накопление фторхлоруглеродов (фреонов), которое требует контроля их содержания, в тропосфере и особенно в стратосфере, где они участвуют в процессе разрушения озонового слоя планеты - единственного щита всего живого от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. В атмосферу фреоны поступают как непосредственно из аэрозольных упаковок, так и при авариях из холодильных установок, кондиционеров и т. д. [4].
Серьезную проблему представляет накопление в атмосфере, так называемых, парниковых газов: паров воды, углекислого газа, метана и др. (мониторинг которых также необходим), приводящее к росту температуры окружающей среды и изменению климата. Так, содержание метана в атмосфере растет довольно быстро - с начала индустриального периода оно выросло приблизительно на 150%, в то время как содержание углекислого газа выросло всего на 30% (у обоих газов скорость роста концентрации была довольно мала до второй половины XX века и значительно возросла в последние десятилетия).
состав (рисунок 2.6) дополнительной внешней памяти на магнитных дисках СМ5400, накопителя на магнитной ленте СМ5300, управляемыми через соответствующие контроллеры (КНМД и КНМЛ), штатный дисплей заменен на СМ7219. Измерительная и управляющая часть системы выполнена в конструктиве КАМАК. Она состоит из АЦП последовательного приближения с пиковыми детекторами ихнормирующими усилителями на входе (время преобразования 30 мкс, максимальное входное напряжение 10 В, погрешность преобразования 0,1%); цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) управления пьезокорректорами систем автоподстройки частоты генерации лазеров (выходное напряжение 0-5,5 В, погрешность установки 0,5%); блоков управления шаговыми двигателями. Внешние устройства (цифропечать DZM-180, графопостроитель ЭМ7042) подключены к каналу микро-ЭВМ через последовательные интерфейсы. Цветное видеоконтрольное устройство (ВКУ) управляется с помощью 64х-цветного контроллера графического дисплея (КГД), имеющего формат кадра 256x256. КАМАК - магистраль подключена к микро-ЭВМ через крейт контроллер (КК) типа К106. Программное обеспечение написано на языке СИ. Вся работа происходит в среде РТ-11.
Для получения второй гармоники излучения СО и СОг-лазеров его направляют в специально разработанный узел. Узел состоит из фокусирующей линзы (18), нелинейного кристалла, закрепленного в держателе (1) и расположенного на оси шагового двигателя, фильтра (плоскопараллельной пластинки из 1лБ толщиной 10 мм), отрезающего не преобразованное излучение накачки на выходе преобразователя и коллимирующей выходной линзы (19). Чтобы получить максимальную эффективность преобразования, настройка нелинейного элемента на направление синхронизма для каждой длины волны осуществляется по команде ЭВМ с помощью шагового двигателя, несмотря на достаточно большие значения ширин углового синхронизма используемых кристаллов ZnGeP2■
Для получения суммарно-разностных частот излучение лазеров