RU101836U1 - Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха - Google Patents
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха Download PDFInfo
- Publication number
- RU101836U1 RU101836U1 RU2010136508/28U RU2010136508U RU101836U1 RU 101836 U1 RU101836 U1 RU 101836U1 RU 2010136508/28 U RU2010136508/28 U RU 2010136508/28U RU 2010136508 U RU2010136508 U RU 2010136508U RU 101836 U1 RU101836 U1 RU 101836U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- molecules
- telescope
- collection unit
- air quality
- studied
- Prior art date
Links
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 238000013480 data collection Methods 0.000 claims description 2
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 10
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005085 air analysis Methods 0.000 description 1
- RFEISCHXNDRNLV-UHFFFAOYSA-N aluminum yttrium Chemical compound [Al].[Y] RFEISCHXNDRNLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха, содержащая установленные на платформе твердотельный лазерный излучатель на алюмоиттриевом гранате с неодимом, приемный телескоп, оптическую систему передачи лазерного излучения, блок сбора информации и вычислительно-управляющий комплекс, отличающаяся тем, что оптическая система передачи лазерного излучения дополнительно содержит преломляющую призму, направляющую лазерное излучение в исследуемую область пространства, приемный телескоп выполнен в виде телескопа типа Ньютона со сферическим зеркалом и линзовым объективом, а блок сбора информации содержит интерференционный светофильтр для выделения участка спектра комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами с линиями молекул углеводородов, фотоэлектрический умножитель, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и плату сбора данных.
Description
Полезная модель относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для дистанционного контроля загрязнения атмосферы над исследуемой областью пространства, обеспечивает непрерывный автоматизированный контроль уровней предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ над исследуемой областью пространства.
Известна лидарная система контроля загрязнения атмосферы (патент RU №2022251). Система содержит устройство для многокомпонентного анализа воздуха, построенное по схеме лидара дифференциального поглощения и включающее лазерный излучатель, оптическую приемную антенну, спектроанализатор, фотоприемное устройство.
Недостатком этой системы является низкое временное и пространственное разрешение, присущее всем лидарам дифференциального поглощения, и кроме того сложная оптическая схема системы.
В случае контроля качества атмосферного воздуха над промышленным предприятием использование такой системы не позволяет получить необходимое пространственное разрешение для контроля молекул предельных углеводородов над исследуемой областью пространства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является мобильный лидарный комплекс для дистанционного контроля состояния атмосферы (полезная модель RU №43657), взятым нами за прототип, который содержит твердотельный лазер, два TEA CО2 лазера, телескоп, двухкоординатный зеркальный сканер, оптические системы передачи излучения, приемную спектральную систему, систему синхронизации, блок сопряжении, вычислительно-управляющий комплекс. Данный мобильный комплекс предназначен для определения уровня загрязнения атмосферы большим количеством загрязняющих веществ, что является избыточными и нецелесообразным для решения локальных задач, а именно определения уровней предельно-допустимых концентраций молекул предельных углеводородов, характерных для промышленных объектов, ввиду сложности самого комплекса.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение арсенала средств для контроля качества атмосферного воздуха над промышленным предприятием.
Техническим результатом является упрощение конструкции лидарной системы контроля качества атмосферного воздуха за счет использования принципа комбинационного рассеяния света, что позволяет использовать только один лазер для определения степени загрязнения атмосферного воздуха молекулами предельных углеводородов в атмосфере над промышленной зоной.
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха построена на принципе комбинационного рассеяния света. Технический результат в предложенной лидарной системе достигается за счет платформы с установленными на ней твердотельным лазерным излучателем на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающий в режиме третьей гармоники на длине волны 355 нм, оптической системы передачи лазерного излучения, приемного телескопа, блока сбора информации и вычислительно-управляющего комплекса. Оптическая система передачи лазерного излучения дополнительно содержит преломляющую призму, направляющая лазерное излучение в исследуемую область пространства. Приемный телескоп выполнен в виде телескопа типа Ньютона со сферическим зеркалом и линзовым объективом, а блок сбора информации содержит интерференционный светофильтр для выделения участка спектра комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами с линиями молекул углеводородов, фотоэлектрический умножитель, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и плату сбора данных.
Так как над промышленным предприятием основными загрязняющими веществами являются молекулы предельных углеводородов, то нам нецелесообразно использовать сложное оборудование для многокомпонентного анализа воздушного пространства над исследуемой областью, а достаточно использовать простую в исполнении лидарную систему для определения степени загрязнения атмосферного воздуха только молекулами предельных углеводородов.
На фигуре 1 представлена оптическая схема лидарной система контроля качества атмосферного воздуха. Лидарная система включает в себя приемный телескоп типа Ньютона со сферическим зеркалом 1 диаметром 0,4 м, линзовый объектив 2, интерференционный светофильтр 3 с максимумом пропускания на длине волны комбинационного рассеяния света, фотоэлектрический умножитель 4, преломляющая лазерное излучение призма 5, 6 - твердотельный лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом, 7 - контролируемая область пространства, 8 - вычислительно-управляющий комплекс, 9 - масштабный усилитель, 10 - аналого-цифровой преобразователь, 11 - плата сбора данных.
Принцип лазерного дистанционного зондирования методом комбинационного рассеяния света заключается в регистрации лазерного излучения, комбинационно рассеянного молекулами предельных углеводородов в направлении 180° с частотным сдвигом, характерным именно для этих молекул и определяемым их колебательными полосами.
Система работает следующим образом: импульс твердотельного лазерного излучателя 6 на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающий в режиме третьей гармоники на длине волны 355 нм, направляется в исследуемую область пространства 7 над промышленной зоной. Часть лазерного излучения используется для создания опорного сигнала, который задает начало отсчета времени, а его амплитуда - энергию лазерного импульса. Рассеянное назад излучение комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами собирается телескопом типа Ньютона 1, фокусируется через линзовый объектив 2, проходя сквозь интерференционный светофильтр 3 на фотокатод ФЭУ-79 4. Импульс напряжения с ФЭУ-79 подается на вход масштабного усилителя 9, затем при помощи аналого-цифрового преобразователя 10 через плату сбора данных 11, сигнал поступает на вычислительно-управляющий комплекс, где информация обрабатывается стандартным программным обеспечением и формируется сигнал для передачи его по каналам связи (Internet, wi-fi и т.д.).
Для сопоставления достоверности измерений в нашей ситуации, были рассчитаны и даны оценки мощности регистрируемого излучения комбинационного рассеяния света молекулами предельных углеводородов по лидарному уравнению для комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами.
Полученные результаты подтверждают, что для заданной концентрации Na и энергии комбинационного рассеяния, равной энергии 10 фотонов, оптимальным вариантом для обнаружения предельных углеводородов на расстояниях до 6 км является длина волны лазерного излучения: λL=355 нм, которая позволяют использовать минимально возможное при энергии импульса лазера 1 мДж время измерения.
По всей трассе зондирования с увеличением расстояния от 0,01 до 2 км время измерения увеличивается примерно на 4 порядка. Если за установленное время с расстояния R=2,0 км, при заданном числе импульсов, посылаемых в атмосферу, ФЭУ регистрирует больше, чем 10 фотонов, мы можем сказать о превышении на этом расстоянии концентрации молекул над заданным уровнем. Кроме того, полученные значения времени измерения удовлетворяют требованию по быстродействию лидара.
Метод обеспечивает высокую точность измерений, в качестве источников загрязнений выступают молекулы предельных углеводородов.
Лидар в режиме секторного обзора, который обеспечивается за счет поворота платформы, устанавливают в промышленной зоне на доминирующее по высоте строение. Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха предназначена для непрерывного контроля содержания газообразных предельных углеводородов в исследуемой области пространства. В случае обнаружения аварийного выброса или превышения уровня предельно-допустимых концентраций, в режиме реального времени происходит обработка результатов в вычислительно-управляющем комплексе и передача сигнала по каналам связи.
Claims (1)
- Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха, содержащая установленные на платформе твердотельный лазерный излучатель на алюмоиттриевом гранате с неодимом, приемный телескоп, оптическую систему передачи лазерного излучения, блок сбора информации и вычислительно-управляющий комплекс, отличающаяся тем, что оптическая система передачи лазерного излучения дополнительно содержит преломляющую призму, направляющую лазерное излучение в исследуемую область пространства, приемный телескоп выполнен в виде телескопа типа Ньютона со сферическим зеркалом и линзовым объективом, а блок сбора информации содержит интерференционный светофильтр для выделения участка спектра комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами с линиями молекул углеводородов, фотоэлектрический умножитель, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и плату сбора данных.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010136508/28U RU101836U1 (ru) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010136508/28U RU101836U1 (ru) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU101836U1 true RU101836U1 (ru) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308855
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010136508/28U RU101836U1 (ru) | 2010-08-30 | 2010-08-30 | Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU101836U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208185U1 (ru) * | 2021-08-25 | 2021-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Многоволновой лидар комбинационного рассеяния света для зондирования атмосферы |
| RU2803518C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2023-09-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Мобильный лидар для зондирования атмосферного озона на наклонных и горизонтальных трассах |
-
2010
- 2010-08-30 RU RU2010136508/28U patent/RU101836U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU208185U1 (ru) * | 2021-08-25 | 2021-12-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Многоволновой лидар комбинационного рассеяния света для зондирования атмосферы |
| RU2803518C1 (ru) * | 2023-05-24 | 2023-09-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Мобильный лидар для зондирования атмосферного озона на наклонных и горизонтальных трассах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wagner et al. | Ground-based, integrated path differential absorption LIDAR measurement of CO2, CH4, and H2O near 1.6 μm | |
| US7656526B1 (en) | Lidar system for remote determination of calibrated, absolute aerosol backscatter coefficients | |
| Weibring et al. | Versatile mobile lidar system for environmental monitoring | |
| US20070018104A1 (en) | Machine for detecting sulfur hexafluoride (SF6) leaks using a carbon dioxide laser and the differential absorption lidar ( DIAL) technique and process for making same | |
| CN110095423B (zh) | 一种多通道污染排放应急遥测成像系统及方法 | |
| CN106970392A (zh) | 高灵敏度气体污染探测激光雷达系统 | |
| US20090219525A1 (en) | System and method for portable raman spectroscopy | |
| RU2679455C1 (ru) | Способ дистанционного измерения концентрации газов в атмосфере | |
| CN104793218A (zh) | 基于振转动拉曼谱探测大气温度的激光雷达装置 | |
| Robinson et al. | First measurements of a carbon dioxide plume from an industrial source using a ground based mobile differential absorption lidar | |
| CN107101962A (zh) | 多组分污染源污染气体柱浓度的紫外成像遥测装置与方法 | |
| Yu et al. | Three-dimensional detection of CO2 and wind using a 1.57 µm coherent differential absorption lidar | |
| Aiuppa et al. | New advances in dial-lidar-based remote sensing of the volcanic CO2 flux | |
| CN219625363U (zh) | 基于多个小阵列spad探测器的硼酸检测拉曼光谱仪 | |
| RU101836U1 (ru) | Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха | |
| Marchant et al. | Aglite lidar: a portable elastic lidar system for investigating aerosol and wind motions at or around agricultural production facilities | |
| RU2694461C1 (ru) | Дистанционный оптический абсорбционный лазерный газоанализатор с длиной волны излучения в области 1,6 мкм (2 варианта), способ его осуществления и оптоволоконный рамановский усилитель для дистанционного оптического абсорбционного лазерного газоанализатора с длиной волны излучения в области 1,6 мкм | |
| CN206773190U (zh) | 高灵敏度气体污染探测激光雷达系统 | |
| Chiang et al. | A new mobile and portable scanning lidar for profiling the lower troposphere | |
| Yang et al. | Compact 405-nm random-modulation continuous wave lidar for standoff biological warfare detection | |
| CN201051075Y (zh) | 被动差分光学吸收光谱仪 | |
| Ruzankina et al. | Raman lidar with for geoecological monitoring | |
| Leonard et al. | A single-ended atmospheric transmissometer | |
| RU134648U1 (ru) | Лидарная система для дистанционного измерения концентраций загрязняющих веществ в атмосфере | |
| Jaanson et al. | A continuously tunable NIR laser and its applications in material classification |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20110831 |
|
| RZ1K | Other changes in the information about an invention | ||
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130831 |