Оптико-электронные системы газоанализа с пространственным разрешением на основе непрерывного модулированного ладара и бистатического метода встречного зондирования

• Автор: Сагдиев, Рафаэль Касимович
• Шифр специальности: 05.12.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Приборы и методы детектирования газов
1.1 Способы выделения объектов контроля при детектировании газов
1.2 Дистанционные спектроскопические методы детектирования газов
1.3 Спектроскопические абсорбционные методы детектирования газов
1.4 Лидарные методы детектирования газов
1.4.1 Моностатические лидары
1.4.2 Бистатические оптико-электронные системы с пространственным сканированием
1.5 Постановка задачи . 28 Глава 2 Непрерывный спектроскопический ладар на лазерном диодном
излучателе с двойной частотной модуляцией
2.1 Принцип действия НСПР-ладара
2.2 Математическая модель НСПР-ладара
2.2.1 Модель НСПР-ладара на основе описания спектра эхо-сигнала
2.2.2 Модель НСПР-ладара на основе описания "мгновенной" частоты излучения
2.3 Методика измерений и структурная схема НСПР-ладара
2.4 Численное моделирование НСПР-ладара
2.4.1 Численное моделирование на основе "спектрального" подхода описания НСПР-ладара
2.4.2 Численное моделирование НСПР-ладара на основе подхода "мгновенной частоты"
2.5 Погрешности определения концентрации газа, обусловленные нестабильностью частоты излучения лазера и нестабильностью относительной девиации оптической несущей
2.6 Стабилизация частоты излучения лазера НСПР-ладара
2.7 Выводы по главе
Глава 3 Бистатические оптико-электронные системы детектирования газов с пространственным сканированием
3.1 Анализ точностных характеристик традиционных бистатических оптико-электронных систем с пространственным сканированием
3.2 Бистатические оптико-электронные системы с встречным зондированием
3.3 Анализ точностных характеристик оптико-электронных систем с встречным зондированием
3.4 Бистатические оптико-электронные системы с ортогональным зондированием
3.5 Методика измерений и структурная схема оптико-электронной системы с ортогональным зондированием
3.6 Выводы по главе
Г лава 4 Исследование особенностей реализации систем дистанционного
газоанализа на основе оптических спектроскопических методов
4.1 Исследование спектра поглощения газа
4.2 Экспериментальные установки для дистанционного детектирования аммиака
4.2.1 Экспериментальная установка на основе лазерного диода
4.2.2 Экспериментальная установка на основе на основе широкополосных источников излучения
4.2.3 Исследования работы дистанционных детекторов газов
4.3 Сравнение разработанных дистанционных анализаторов аммиака
4.4 Выводы по главе
Заключение Список литературы Приложения

Введение
Охрана окружающей среды представляет собой важнейшую проблему современности. Производственная деятельность человека приводит ко все возрастающему загрязнению атмосферы, водоемов и почвы. В атмосферу выбрасывается большое количество газообразных загрязняющих веществ, которые влияют на естественные физические и химические процессы в природе.
Необходимым условием для понимания различных процессов загрязнения воздуха является чувствительное и избирательное детектирование многочисленных газовых компонентов. Непрерывный и оперативный контроль атмосферы необходим на производствах, использующих опасные газы, при исследованиях процессов пространственного переноса различных веществ в атмосфере, выхлопов двигателей, исследовании пламен и т.п. Для сведения к минимуму последствий аварийных ситуаций необходимо вовремя обнаружить факт утечки газа. То есть приборы контроля должны быть способны за короткое время и без непосредственного участия персонала обследовать значительные площади пространства и обладать разрешением по дальности.
Однако эффективность существующих детекторов газов, характеризуемая совокупностью функциональных, экономических и эксплуатационных показателей системы, остается невысокой. В частности, различные контактные датчики определяют концентрацию лишь в нескольких заранее выбранных точках. Импульсные лидары позволяют проводить измерения с разрешением по дальности в значительных пространственных масштабах, но являются слишком дорогими, что затрудняет их широкое применение.
Непрерывные ладарные системы с пространственным разрешением, а также бистатические системы с пространственным сканированием имеют ряд несомненных преимуществ. Однако в настоящее время они недоста-
3 Принимаемый эхо-сигнал

Интенсивность
2 контур поглощения газа
Частота
1 Зондирующий сигнал
Т(у)
Поглощение ▲
Рис.2.2. Взаимодействие частотно-модулированного излучения лазера с исследуемым газом.
Обозначено: 1 - Зависимость частоты излучения и лазера от времени /;
2 - зависимость коэффициента поглощения газа а от частоты и,
3 - зависимость интенсивности принимаемого эхо-сигнала / от времени.
Часть излучения, рассеянного атмосферным аэрозолем в обратном направлении, собирается приемной частью аппаратуры. Интенсивность принимаемого эхо-сигнала промодулирована по закону ЛЧМ, глубина мо-