Разработка дистанционного лазерного измерителя толщины нефтяных пленок на взволнованной морской поверхности

• Автор: Березин, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : 28 ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В.1. Нефтяные загрязнения морей и внутренних водоемов

В.2. Постановка задачи измерения толщины пленок нефтепродуктов на

водной поверхности

В.З. Основные проблемы дистанционного измерения толщины пленок

нефтяных загрязнений морских, озерных и речных

акваторий

В.4. Цели и основные задачи работы

ГЛАВА 1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК НЕФТЕПРОДУКТОВ НА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
1.1. Методы измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной
поверхности
1.2. Методы измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной поверхности, основанные на регистрации экстремумов
интенсивности отраженного излучения за период редукции толщины нефтяной пленки
1.3. Спектрофотометрический метод измерения толщины пленок
нефтепродуктов на водной поверхности
1.4. Фотометрические и поляриметрические методы измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной поверхности, основанные на использовании эмпирических зависимостей
1.5. Метод на основе регистрации флуоресцентного излучения
1.6. Метод на основе регистрации излучения комбинационного рассеяния
1.7. Выводы
ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИСТАНЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ПЛЕНОК НЕФТЕПРОДУКТОВ, ОСНОВАННОГО НА ПЕРЕСТРОЙКЕ ДЛИНЫ ВОЛНЫ
ЗОНДИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ

2.1. Характеристики морской поверхности
2.2. Оптические характеристики воды и нефти
2.3. Коэффициент отражения трехслойной системы «воздух - нефтяная пленка - вода»
2.4. Физические основы спектрофотометрического метода измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной поверхности
2.5. Анализ перестраиваемых лазеров для задачи дистанционного измерения толщины пленок нефтепродуктов
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ПЛЕНОК
НЕФТЕПРОДУКТОВ НА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
3.1. Теоретические основы лазерного дистанционного зондирования
морской поверхности с нефтяными загрязнениями
3.2. Метод измерения толщины тонких пленок нефтепродуктов на водной поверхности", основанный на перестройке длины волны зондирующего излучения и аппроксимации зависимости мощности отраженного сигнала от длины волны
3.3. Комплекс программ для математического моделирования
3.4. Математическое моделирование метода измерения тонких пленок нефтепродуктов
3.5. Дистанционный способ измерения толщины пленки на поверхности
воды
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. МЕТОД КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ ТОЛСТЫХ ПЛЕНОК
НЕФТЕПРОДУКТОВ НА МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
4.1. Особенности измерения толщины толстых пленок нефтепродуктов
4.2. Методы предварительной обработки данных измерений
4.2.1. Алгоритм сглаживания, использующий оператор текущего среднего
4.2.2. Алгоритм сглаживания с помощью кубических сплайнов

4.2.3. Алгоритм сглаживания, использующий цифровую фильтрацию со специальным выбором спектральной характеристики фильтра
4.3. Метод измерения толщины толстых пленок нефтепродуктов, основанный на перестройке длины волны зондирующего излучения и анализе положения экстремумов в сглаженной зависимости мощности отраженного сигнала от длины волны
4.5. Комплекс программ для математического моделирования
4.6. Математическое моделирование методов измерения толщины толстых пленок нефтепродуктов
4.7. Выводы
ГЛАВА 5. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ НЕФТЯНЫХ ПЛЕНОК НА ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
5.1. Описание измерительного комплекса
5.2. Блок излучателя
5.3. Приемники излучения
5.4. Программное обеспечение измерительного комплекса
5.5. Методика измерений
5.6. Результаты экспериментальных исследований
5.7. Энергетический расчет самолетного варианта измерительного комплекса для контроля толщины нефтяных пленок на водной поверхности
5.8. Выводы
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

К красителям относят все сложные органические соединения, имеющие сильные полосы поглощения и люминесценции в ближней УФ, видимой или ближней ИК областях спектра.
Длина волны излучения, генерируемого лазерами на различных растворах органических красителей, в основном лежит в диапазоне 0.3...1.1 мкм [18, 67-72]. Перестройка длины волны излучения обычно достигается путем применения отражающих дифракционных решеток. Для перестройки длины волны излучения применяют также комбинации призм, интерферометров, двулучепреломляющих фильтров и т.п.
Для получения более коротковолнового лазерного излучения, в лазерных системах дистанционного зондирования часто используют лазеры на органических красителях с удвоением частоты.
Лазеры на красителях, накачка которых осуществляется лампой, обычно дают большую энергию в импульсе при довольно значительной длительности импульсов: они генерируют импульсы длительностью 0,3 - 1 мкс. При использовании режима модуляции добротности возможна генерация импульсов длительностью ~ 30 не и пиковой мощностью превышающей 1 МВт. При накачке импульсным лазером возможно получение коротких (1-10 не) лазерных импульсов при частоте повторения до 1 кГц. При этом пиковая выходная мощность лазеров на красителях меньше (сотни кВт).
ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ЦЕНТРАХ ОКРАСКИ
Лазеры на центрах окраски являются эффективными и надежными источниками перестраиваемого по длине волны лазерного излучения [73-82].
Первоначально прозрачный в видимом диапазоне спектра кристалл может приобрести окраску при введении в него точечных дефектов. Отсюда название точечных дефектов в диэлектрике — центры окраски.
На центрах окраски был реализован практически весь арсенал технических решений и режимов, известных для лазеров на красителях.