Сигнатурные методы исследования некоторых физико-химических процессов

• Автор: Родионов, Алексей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Разработка сигнатурного подхода для исследования некоторых физико-химических процессов
1.1. Гиперспектрометрия
1.1.1. Гиперкуб. ’
1.1.2. Структура гиперспектральных данных
1.1.3. Методы обработки гиперспектральных данных
1.1.3.1. Метод корреляционной обработки результатов гиперспектральной съемки
1.1.3.2. Метод субпиксельной обработки результатов гиперспектральной съемки
1.1.3.3. Результаты апробации методов сигнатурного гиперспектрального анализа в
натурных экспериментах
1.2. Монофотонные технологии
1.2.1. Координатно-временные сигнатуры, получаемые с помощью монофотонного детектора
1.2.2. Гиперспектрометры на базе ВКЧД
1.2.3. Другие области применения монофотонных приборов
1.3. Заключение
Глава 2. Создание экспериментальных установок, реализующих сигнатурный подход
2.1. Монофотонные датчики излучения и частиц с высоким пространственно-временным
разрешением
2.1.1. Современные Время-Координато-Чувствительные Детекторы (ВКЧД), основанные на
монофотонных технологиях. '
2.1.2. Конструкция и принцип действия МКП (микроканальной пластины)
2.1.2.1. Временные характеристики
2.1.2.2. Эффективность регистрации различных типов излучений
2.1.2.3. Электромагнитное излучение
2.1.2.4. Заряженные частицы
2.1.3. Разработка монофотонной аппаратуры. Датчик УФ-С излучения «Скорпион»
2.2. Гнпсрснектральные видеоспектрометры
2.2.1. Конструкция лабораторного гиперспектрометра
2.2.2. Конструкция гиперспектрометра на основе ЭОП
2.2.3. Конструкция гиперспектрометра на основе ВКЧД
2.2.3.1. Источники излучения
2.2.3.2. Ячейка флуоресценции
Глава 3. Исследования полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников, подвергшихся неразрушающему лазерному воздействию сигнатурным вариантом метода
молекулярных зондов
3.1. Исследования поверхностных состояний полупроводников
3.1.1. Описание методик измерений
3.1.2. Исследуемые объекты
3.1.3. Молекулярные зонды
3.1.4. Методика работы на гиперспектрометре с датчиком на основе время-координато-
чувствительного детектора (ВКЧД)
3.1.5. Методика работы на гиперспектрометре с датчиком на основе электронно - оптического
преобразователя (ЭОП)
3.1.6. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1.6.1. Исследование флуоресценции молекул красителя, нанесенных на поверхность
кремния гипсрспектромстром с ВКЧД
3.1.6.2. Исследование спектров диффузного рассеяния образцов ве и Бі с помощью
установки на базе ЭОП
3.1.7. Заключение
3.2. Исследование оптическими методами характеристик сегнетоэлектрических полимерных пленок с внедренным органическим красителем
3.2.1 Постановка задачи и описание экспериментальной установки
3.2.2 Методические особенности эксперимента
3.2.3 Порядок проведения измерений
3.2.4 Экспериментальные результаты и их обсуждение

3.2.5 Заключение.

Глава 4. Развитие сигнатурных методов для применения в других областях химической физики
4.1. Сигнатурный анализ УФ-С излучения
4.1.1. Сигнатура излучения пламени в УФ-С диапазоне спектра
4.1.2. Сигнатура индустриальных источников излучения в УФ-С диапазоне спектра
4.1.3. Сигнатура молнии в УФ-С диапазоне спектра
4.1.4. Другие естественные источники фонов в УФ-С диапазоне спектра
4.2. Исследование прохождения УФ в атмосфере
4.2.1. Прозрачность атмосферы
4.2.2. Данные о прохождении электромагнитного излучения в атмосфере
4.2.3. Поглощение озоном, находящемся в атмосфере
4.2.4. Поглощение аэрозольными образованиями, находящимися в атмосфере
4.2.5. Экспериментальные работы по измерению прохождения через атмосферу УФ-С излучения.

• 4.2.5.1. Измерения в тумане
' 4.2.5.2. Измерения на приземных трассах
4.2.5.З. Измерения на территории Москвы
4.2.6. Заключение
Глава 5. Исследование физико-химической кинетики при сжигании сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом в лабораторных условиях с внедрением сигнатурного анализа кинетики процесса и биохимический анализ растительности
5.1. Исследование физико-химической кинетики при сжигании сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом
5.1.1. Модернизация установки путем создания оптической системы регистрации
гиперспскгральных сигнатур продуктов горения
5.1.2. Продукты сжигания сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом
5.1.3. Результаты экспериментов на модернизированной установке
5.1.4. Спектры излучения при горении различных веществ
5.1.5. Заключение
5.2. Метод сигнатурного анализа растительности посредством гииспектрального мониторинга
(распознавание разных видов растений)
5.2.1. Спектральная сигнатура растений
5.2.2. Тематическая обработка и оценка достоверности классификации объектов
5.2.3. Заключение
5.3. Биохимический анализ комнатных растений с помощью лабораторного гиперспектрометра
5.3 Л. Вегетационные индексы
5.3.2. Анализ комнатных растений сигнатурным методом с использованием гиперспекгральных данных
5.3.3. Заключение
Основные результаты и выводы
Благодарности
Литература

Используемые сокращения
Винилиденфторид — ВДФ
Трифторэтилен — ТФЭ
Поливинилиденфторид — ПВДФ
Флуоресценция — ФЛ
Полная ширина спектра на половине высоты — ПШПВ
Прибор с зарядовой связью — ПЗС
Программное обеспечение — по
Трифторэтилен — ТФЭ
Поверхностные электронные состояния — пэс
Ультрафиолет — УФ
Инфракрасное излучение — ик
Спектр ультрафиолетового излучения в диапазоне 250 - 280 нм — УФ-С
Время-координато чувствительный датчик — вкчд
Электроннооптический преобразователь — эоп
Коэффициент спектральной яркости — кся
Коротковолновая инфракрасная область — SWIR
Искусственный спутник Земли — исз
Программу Enviroment For Vizualizing Images — ENVI
Вегетационный индекс Chlorophyll Absorption Integral — С AI
Вегетационный индекс Red Edge — REP
Leaf Area Index (площадь листовой поверхности) — LAI
Leaf Angle Distribution (распределение наклона листьев) — LAD
Mean Leaf Angle (средний угол наклона листьев) — MLA
Вегетационный индекс Normalized Difference Vegetation Index — NDVI
Программируемая Логическая Интегральная Схема - ПЛИС
Монофотонный датчик микрорельефа — МДМ- локатор
Источника импульсного излучения — ИИИ
Аналого-цифровой преобразователь — АЦП
Цифро-аналоговый преобразователь - ЦАП
Российская Федерация — РФ
Эксимерная лампа - ЭЛ
Минимальная дальность видимости — мдв
Global Positioning System - GPS
Iterative Self-Organising Data Analysis Technique - ISODATA
Институт Химической Физики РАН - ИХФ РАН
Дистанционное зондирование Земли - ДЗЗ

объектива МДМ-локатора, определяется направление движения фотона. Таким образом, для каждого фотона легко рассчитать точку, в которой произошло его «столкновение» с объектом. Это происходит, несмотря на то, что ИИИ посылает излучение во всем поле зрения, а не в данную точку поверхности. Кроме того, имеется возможность перераспределять плотность излучения по разным направлениям в пределах телесного угла обзора МДМ-локатора, то есть осуществлять электронную фокусировку посылаемого излучения. Это дает возможность для широкоугольных приборов более детально рассматривать выбранные узкие области пространства.
Регистрируемый поток поступающих в детектор частиц создает множество точек рельефа композиции объектов, на которые направлен прибор. Одно измерение МДМ-локатора - это набор величин (Х,7,/д), где Х,У - номера считывающей ячейки ВКЧД, которые соответствуют определенному направлению движения фотона, / - расстояние до объекта, / - время прихода фотона на ВКЧД. Поток измерений, поступающих непрерывно, является входными данными для алгоритмов обработки получаемой информации.

(а) (Ь) (с)
Рис.1-11. Иллюстрация работы МДМ-локатора. а) Исследуемые объекты, б) Измерения прибором (в качестве ИИИ использовался лазер видимого диапазона) объектов, показанных на рисунке «а» (цветовая гамма отображает время в наносекундах), в) Обработанные измерения.
МДМ-локатор предоставляет качественно новые возможности в области технического зрения. Исходные данные, получаемые прибором, имеют трехмерную размерность, при этом исчезает необходимость решения задачи пространственной реконструкции трехмерных объектов по измерениям, имеющим двухмерную размерность. Подход, основанный на принципе монофотонных технологий, позволяет принципиально избавиться от эффекта «смаза» при работе в подвижной системе координат. Эффективность работы при использовании лазерного излучения для подсветки значительно