Analizor cu gaz laser. Marca de omologare de tip

Ca manuscris

DOLGI SERGEI IVANOVICH

ANALIZATORII DE GAZ LASER PE BAZA METODEI DIFERENȚIALE DE ABSORBȚIE

01.04.01 - Dispozitive și metode de fizică experimentală

disertație pentru gradul de candidat la științele fizice și matematice

Barnaul - 2004

Lucrarea a fost efectuată la Institutul de Optică Atmosferică, filiala siberiană a Academiei de Științe din Rusia

Consilieri științifici: - Doctor în științe fizice și matematice

profesor, membru corespondent al Academiei de Științe din Rusia Zuev Vladimir Vladimirovici

Adversari oficiali: - Doctor în științe fizice și matematice

profesorul Sutorikhin Igor Anatolyevich. - Candidat la științe fizice și matematice, cercetător principal Prokopiev Vladimir Egorovich.

Organizație principală: Universitatea Politehnică Tomsk

Apărarea va avea loc pe 15 decembrie 2004. la ora 14:00 la o ședință a consiliului de disertație D 212.005.03 la Universitatea de Stat din Altai la adresa: 656049, Barnaul, Bulevardul Lenin, 61

Disertația poate fi găsită în biblioteca Universității de Stat din Altai.

Secretar științific

dr. consiliului de disertație

D.D. Ruder

Relevanța subiectului. Mediul se schimbă sub influența diferiților factori. Dezvoltarea rapidă a industriei, energiei, agriculturii și transporturilor duce la o creștere a impactului antropic pe mediu. O serie de subproduse nocive sub formă de aerosoli, gaze, ape uzate menajere și industriale, produse petroliere etc., pătrund în atmosferă, hidrosferă și litosferă, care afectează negativ condițiile de viață ale omului și ale biosferei în ansamblu. Prin urmare, controlul mediului este o problemă urgentă a timpului nostru.

În prezent, pentru monitorizarea stării atmosferei se utilizează analizoare de gaze chimice, termice, electrice, cromatografice, spectrale de masă și optice. Mai mult, doar acestea din urmă sunt fără contact, nu necesită eșantionare, ceea ce introduce erori suplimentare în valoarea măsurată. Un loc special printre metodele optice de analiză a gazelor aparține metodelor laser, care se caracterizează prin: sensibilitate ridicată la concentrație a măsurătorilor și rezoluție spațială, distanță și viteză. În primul rând, aceasta se referă la analizorii cu gaz cu laser care funcționează asupra efectului absorbției rezonante, care are cea mai mare secțiune transversală pentru interacțiunea radiației optice cu mediul în studiu, oferind o sensibilitate maximă. Astfel de analizoare de gaze implementează, de regulă, o schemă de absorbție diferențială. Odată cu dezvoltarea tehnologiei laser în țara noastră și în străinătate, analizoare de gaz laser optico-acustice (pentru analiza gazelor locale) și trasee (oferind valori integrale ale concentrației gazului studiat), precum și lidare (LIDAR din cuvintele în limba engleză Light Detection and Ranging), care oferă informații despre concentrația gazelor din atmosferă cu rezoluție spațială. Dar la începutul lucrării la disertație, cu rare excepții, toate erau modele de laborator concepute pentru a măsura una, maximum două componente de gaz, în timp ce monitorizarea mediului necesită o analiză a gazelor multicomponente.

Toți constituenții gazului din atmosfera Pământului, cu excepția celor principali: azot, oxigen și argon, sunt denumiți de obicei așa-numiții constituenți minori ai gazului (MGS). Procentul de MGM în atmosferă este mic, dar creșterea conținutului acestora datorită factorului antropogen are un impact semnificativ asupra multor procese care au loc în atmosferă.

După cum reiese din literatura de specialitate, regiunea IR medie a spectrului este cea mai potrivită în scopul analizei cu laser a gazelor MGS. Principalele benzi vibraționale-rotaționale ale majorității IGM-urilor cu structuri permise sunt situate aici. Lasere moleculare de mare energie, inclusiv lasere de CO și CO2 fiabile și eficiente, emit în această regiune. Pentru aceste lasere s-au dezvoltat convertoare de frecvență parametrice (PFC) extrem de eficiente, care permit o densitate suficientă

intens spectral de transparență a atmosferei

SIMIOTEKA i

sfere. Un alt interval spectral informativ pentru analiza gazelor laser este regiunea UV. Aici există benzi electronice puternice cu multe gaze poluante. Spre deosebire de regiunea IR medie a spectrului, benzile de absorbție UV sunt neselective și se suprapun. Cea mai mare dezvoltare în această zonă a fost obținută prin metoda ozonometrică datorită prezenței aici a benzii de absorbție a ozonului Hartley-Huggins.

Obiectiv. Dezvoltarea analizorilor de gaz pe baza metodei de absorbție diferențială pentru detectarea și măsurarea concentrațiilor de MGM și determinarea distribuției lor spațiu-timp în atmosferă.

În timpul lucrului, au fost îndeplinite următoarele sarcini:

Crearea unui canal de detectare a distribuției verticale a ozonului (VRO) în stratosferă (pe baza oglinzii receptoare 0 0,5 m) la stația lidar siberiană (SLS);

Monitorizarea stării ozonosferei în măsurători de rutină;

Studiul climatologiei ozonosferei, evaluarea tendințelor ozonului stratosferic.

Sunt prezentate pentru apărare următoarele:

2. Structuri dezvoltate de analizoare de gaz laser din seria TRAL, în intervalul IR mediu al spectrului, permițând măsurarea rapidă a concentrațiilor mai mari de 12 gaze la și sub MPC pe trasee de până la 2 km lungime folosind o oglindă sau topografică catadioptru.

3. Lidarul de ozon UV creat de autor pe baza laserului excimer XeQ, care a furnizat sunet neîntrerupt pe termen lung al ozonosferei peste Tomsk la stația lidar siberiană în intervalul de altitudine de 13-45 km cu o rezoluție verticală maximă de 100 m.

Noutatea științifică a lucrării:

Pentru prima dată, lungimile de undă informative ale sunetului atmosferei IGM folosind lasere moleculare IR și PPC au fost selectate și testate experimental;

Au fost create o serie de analizoare unice de gaze mobile și staționare, care fac posibilă efectuarea rapidă a unei analize multicomponente a compoziției gazelor din atmosferă;

Măsurătorile variațiilor zilnice ale concentrației MGM (cum ar fi C2H4, NH3, H2O, CO2, CO, Oz, N0 etc.) au fost efectuate în regiuni ecologice curate ale țării, supuse unei sarcini antropice semnificative;

Folosind rezultatele muncii. Datele obținute cu ajutorul analizoarelor de gaz au fost prezentate Comitetului Olimpic al URSS în anii 1979-1980. la Moscova, precum și organizațiilor de mediu din orașul Tomsk, Kemerovo, Sofia (NRB), au fost incluse în rapoartele finale ale IAO SB RAS privind diferite subvenții, acorduri, contracte și programe RFBR, de exemplu „TOR” (cercetarea ozonului troposferic), „SATOR” (ozon stratosferic și troposferic) cercetare) și altele.

Valoarea practică a lucrării este următoarea: - a fost dezvoltat un analizor optic-acustic de gaze, care permite măsurarea cu o precizie ridicată a concentrației atât a sumei de hidrocarburi din grupul metan, cât și a metanului separat și a hidrocarburilor mai grele într-un amestec de gaze naturale și asociate petrolului. Cu ajutorul acestui analizor de gaze, este posibil să căutați petrol și gaze prin halouri gazoase de gaze care ies la suprafața pământului peste câmpurile de hidrocarburi;

Analizoarele de gaz de cale dezvoltate permit măsurarea concentrației amestecurilor de gaze la și sub MPC dintr-o listă largă de gaze poluante prioritare;

Creați un canal pentru detectarea distribuției verticale a ozonului SLS pe \u200b\u200bbaza unei oglinzi de 0,5 m, care va permite obținerea de profile VOD fiabile în intervalul de altitudine de 13-45 km cu o rezoluție maximă de 100 m.

Fiabilitatea rezultatelor muncii este asigurată de: - o bună acordare a datelor experimentale obținute cu ajutorul analizatoarelor de gaz dezvoltate și a datelor obținute simultan prin alte metode, precum și; date obținute de alți autori în condiții climatice și ecologice similare;

Bună coincidență a profilurilor VOD din stratosferă, măsurată prin lidar, date ozonozone, precum și măsurători prin satelit în cadrul erorii dispozitivelor utilizate.

Aprobarea muncii. Principalele rezultate pe tema disertației, obținute de autor, au fost publicate în 11 articole în reviste științifice rusești revizuite de colegi, au fost raportate la: VI, VII și XI Simpozioane All-Union despre laser și sunet acustic (Tomsk, 1980 , 1982, 1992); VI Simpozion All-Union on Propagation of Laser Radiation in Atmosphere (Tomsk, 1881); A XII-a Conferință a Uniunii Unice privind Optica Coerentă și Neliniară (Moscova, 1985); V Școala-Seminar internațional despre electronica cuantică. Lasere și aplicarea lor (NRB, Sunny Beach, 1988); A 5-a Adunare Științifică a Asociației Internaționale pentru Fizică Atmosferică și Meteorologie (Reading, Marea Britanie, 1989); Al XI-lea Simpozion cu laser și sunet acustic (Tomsk, 1992); Și, III, IV și VI Simpozioane inter-republicane „Optica atmosferei și oceanului” (Tomsk, 1995, 1996, 1997 și 1999); III întâlnire siberiană privind monitorizarea climatului și ecologic (Tomsk, 1999); I întâlnire interregională „Ecologia râurilor siberiene și a regiunii arctice” (Tomsk 1999); VII Simpozion internațional privind optica atmosferică și oceanică (Tomsk 2000); VIII și IX Simpozioane internaționale privind optica atmosferică și oceanică și fizica atmosferică (Tomsk 2001 și 2002); 11 Workshop despre măsurători ale radiațiilor atmosferice (Atlanta, SUA 2001); IX Grup de lucru „Aerosoli din Siberia” (Tomsk 2002); 21 și 22 Conferința internațională cu laser (Quebec, Canada, 2002, Matera, Italia 2004); A II-a conferință internațională „Mediul și ecologia din Siberia, Orientul Îndepărtat și Arctica” (Tomsk 2003). Conferința internațională privind tehnologiile optice pentru cercetarea atmosferică, oceanică și de mediu (Beijing, China 2004).

Contribuție personală. În această lucrare, am folosit rezultatele obținute fie de autorul personal, fie cu participarea sa directă. Aceasta este participarea autorului la dezvoltarea ambelor scheme generale pentru construcția de analizoare de gaze, precum și a ansamblurilor și blocurilor optico-mecanice și electronice individuale ale acestora; lucrări de instalare și punere în funcțiune. Dezvoltarea tehnicilor de măsurare, testarea și testele expediționare și de teren ale analizatoarelor de gaz create, prezentate și în lucrare, au avut loc cu participarea directă a autorului. Din 1996, practic toate observațiile privind starea ozonosferei pe SLS au fost efectuate cu participarea activă a autorului. El a creat un canal îmbunătățit pentru detectarea distribuției verticale a ozonului SLS pe \u200b\u200bbaza unui laser XeQ și a unei oglinzi de recepție de 0 0,5 m. Reanaliza datelor RFO efectuate de autor a făcut posibilă determinarea particularităților climatologiei ozonosfera peste Tomsk ..

Dezvoltarea analizorilor de gaze în infraroșu „LAG-1” și „Rezonanță-3” a fost realizată împreună cu doctoratul. G.S. Khmelnitsky, restul rezultatelor au fost obținute sub îndrumarea unui membru corespondent. RAS, doctor în științe fizice și matematice V.V. Zuev, cu participarea angajaților laboratorului său la diferite etape de lucru.

În introducere, relevanța subiectului este justificată, se formulează obiectivele și obiectivele studiului, se subliniază noutatea științifică și semnificația practică și sunt date principalele dispoziții pentru apărare.

Primul capitol descrie metoda optico-acustică, o diagramă bloc a unui analizor optic-acustic de gaze conceput pentru măsurarea separată a concentrațiilor de metan și a altor hidrocarburi saturate din probele de aer.

Numeroase studii au arătat prezența concentrațiilor crescute de hidrocarburi (HC) în probe de atmosferă și aer din sol în zonele de zăcăminte de petrol și gaze. Autorii și-au exprimat opinia că acest lucru se datorează eliberării de hidrocarburi din rezervor la suprafața zilei. Metodele geochimice de căutare a câmpurilor de petrol și gaze se bazează pe aceste fapte. Conform datelor, compoziția procentuală (în volum) a gazelor naturale din depozitele fostei URSS: metan 85-95%; etan până la 7%; propan până la 5%; butan până la 2%; pentan și hidrocarburi mai grele până la 0,4%. Compoziția gazelor petroliere asociate din petrol și câmpuri de gaz: metan până la 80%; etan până la 20%; propan până la 16%; izobutan + n-butan până la 6%; pentan și hidrocarburi mai grele până la 0,9%. Astfel, pentanul și hidrocarburile mai grele contribuie nesemnificativ la conținutul de halou de gaz din câmpurile de petrol și gaze.

Figura: 1. Schema bloc a unui laser cu analizor de gaz 1-2-CO g cu o rețea de difracție; 4, 5 - Laser He-Ne; 7, 9, formatoare cu 10 impulsuri; 8-modulator; 11- unitate de control modulator; Spectrofon cu 12 camere; 13-microfon; 14-amplificator selectiv; 15- ADC!; Contor cu 16 frecvențe; 17 atenuator; 18-receptor; 19-ceas digital; 20-ADC2; 21- unitate de control; 22 microcomputer; Imprimare cu 23 de cifre.

Atunci când căutați câmpuri de petrol și gaze de-a lungul halourilor de gaz ale hidrocarburilor care apar deasupra câmpurilor de pe suprafața pământului, este de o mare importanță să măsurați separat concentrația de metan și hidrocarburile mai grele, deoarece metanul poate fi un produs nu numai al structurilor adânci, de asemenea, a straturilor active biologic superioare și nu este întotdeauna un vestitor al unui câmp ... Acest lucru este tipic, de exemplu, pentru Za-

siberia de Vest, unde metanul poate fi generat în cantități mari de mlaștinile situate pe teritoriul său, în timp ce hidrocarburile grele nu sunt generate în straturile superioare ale scoarței terestre. Lucrarea analizează posibilitatea unei astfel de măsurători separate, cu condiția ca conținutul de metan din amestecuri să nu fie de peste 100 de ori mai mare decât conținutul altor hidrocarburi.

Analizorul de gaz optic-acustic foarte sensibil dezvoltat "LAG-1" permite înregistrarea concentrației de hidrocarburi cu orice raport dintr-un amestec de metan și alte HC. Schema bloc a analizorului de gaz este prezentată în Fig. unu.

Presiunea gazului din camera unui spectrofon cilindric (detector optic-acustic) atunci când radiația laser modulată trece prin el la frecvența de modulație ω, depinde de puterea radiației laser și de coeficientul de absorbție al gazului studiat și de Q- factorul rezonatorului acustic la frecvența de modulație Q (ω) ca:

5zhg02 [co2 + t1) "

unde £) este diametrul cilindrului; t, timpul de relaxare a temperaturii spectrofonului.

Pulsările de presiune sunt transformate într-un semnal electric de către un microfon cu condensator de tip MKD / MV 101 (13). Mai mult, semnalul este amplificat de un amplificator selectiv de tipul U2-8 (14), digitalizat prin ADC1 (15) și intră în sistemul de procesare a rezultatelor. Radiația laser trecută prin camera cu spectrofon este atenuată de un atenuator (17), lovește un receptor termoelectric (18), este digitalizată de ADC2 (20) și intră și în sistemul de procesare a rezultatelor

Sistemul calculează coeficienții de absorbție:

și concentrația gazului în cazul absorbției predominante pe o singură linie:

/ \u003d /, 2, 3 ... n,

unde l este factorul de calibrare al spectrofonului; n este numărul de măsurători; £ / s / -semnal de la microfon; -semnal proporțional cu puterea radiației laser; - semnalul de fundal al spectrofonului; coeficientul de absorbție a masei gazului de încercare. Rezultatul calculului, împreună cu codul lungimii de undă și timpul, este afișat pentru imprimarea digitală.

În domeniul de reglare al laserului III-N, linia de emisie la o lungime de undă de 1,15 μm coincide cu linia de absorbție a vaporilor de apă atmosferică, iar linia de 3,39 μm coincide cu benzile de absorbție ale hidrocarburilor din grupul metan, începând cu metanul însuși. În gama de reglare a lungimii de undă a laserului CO2 (9,1-10,8 mm), există benzi de absorbție a undelor de șoc, începând de la

etan, astfel, prin măsurarea concentrațiilor sumei de hidrocarburi și separat etan, propan și butan, devine posibilă determinarea concentrației de metan. Tabelul 1 prezintă o listă a acestor componente gazoase, coeficienții lor de absorbție la lungimile de undă de radiație corespunzătoare și lasere CO2:

tabelul 1

Gaz He-Me X. \u003d 3,39 μm a, cm "1 atm" 1 CO2

A, μm a, cm "1 atm" 1

Metan 9.0 - -

Etan 4,1 10,8847 0,5

Propan 9,0 10.8352 0,45-0,5

N-butan 12,6 10,4 762 0,9

Izobutan 13 10.8598 0.4

Datorită faptului că laserul cu CO2 are o gamă largă de reglare, este posibilă măsurarea separată a etanului, propanului, n-butanului, izobutanului, etilenei și benzenului și a altor componente gazoase. Din același tabel se poate observa că coeficienții de absorbție a radiației laser CO2 de către hidrocarburi sunt de 10-20 de ori mai mici decât coeficienții de absorbție a radiației laserului III-N-laser. Dar pentru un spectrofon rezonant, sensibilitatea este proporțională cu puterea radiației laser care trece prin el (formula 1) și apoi cu puterea unui laser de tip LG-126 la o lungime

lungime de undă 3,39 μm 8 mW și un laser CO2 10 W, acest analizor de gaz are o sensibilitate de 100 de ori mai mare pentru undele de șoc puternice.

Figura 2 prezintă rezultatele măsurătorilor comparative ale HC obținute în timpul uneia dintre expedițiile de-a lungul râului Ob de către mai mulți analizoare de gaze diferite: LAG-1 (s-au măsurat atât HC cu metan, cât și HC-urile mai grele separat), Iskatel (suma HC cu metan) și un lidar SKR (cantitatea de HC a fost măsurată fără metan). Datele obținute de toate aceste dispozitive indică o creștere bruscă a conținutului de HC din atmosferă peste câmpurile de petrol și gaze.

Distanță hmm

Figura: 2. Concentrarea hidrocarburilor conform măsurătorilor diferiților analizoare de gaze

Departe de depozite, concentrațiile de etan, propan și butan nu sunt

a depășit 0,02 milioane "1, metan - 1,7-2 milioane" 1, dar pe măsură ce ne apropiam de câmpurile explorate, concentrația de hidrocarburi mai grele a crescut semnificativ. De exemplu, în zona câmpului petrolier din zona inferioară a râului Vakh (punctul 650 km din Fig. 2) au fost măsurate următoarele concentrații: cantitatea de hidrocarburi 5,1 mln "1, etan - 1,0 mln "1, propan - 1,7 mln" 1, butan - 0,3 mln "1, cu o concentrație de metan de 2,1 mln" 1. Astfel, se poate observa că, cu variații relativ mici ale concentrației de metan din atmosferă (1,5-2,0 mln "1), valori mari ale cantității de hidrocarburi pe câmpurile de petrol și gaze se datorează concentrațiilor crescute de hidrocarburi grele.

Testele efectuate au arătat caracteristici bune de performanță ale analizorului de gaz LAG-1 în condiții de câmp. Rezultatele obținute cu ajutorul său sunt în acord cu rezultatele obținute pe alte sisteme de măsurare în cursul măsurătorilor comune, arată fiabilitatea lor. Utilizarea a două surse laser (He-N și CO2) și a unui spectrofon în complex face posibilă măsurarea concentrației unei game largi de gaze atât atmosferice, cât și gaze poluante. Cel mai important, este posibil să se măsoare separat fracțiunea de metan și hidrocarburile mai grele într-un amestec de gaze naturale și de petrol asociate. Acest lucru ne permite să sperăm la utilizarea analizorului de gaz propus pentru căutarea zăcămintelor de petrol și gaze de către halouri gazoase de hidrocarburi care ies la suprafața pământului, precum și pentru analiza operațională a fracției de gaz a miezurilor în timpul explorării forarea puțurilor.

Al doilea capitol descrie o serie de analizoare de gaz de linie „Rezonanță-3”, „TRAL”, „TRAL-3”, „TRAL-ZM”, „TRAL-4” care funcționează pe baza metodei absorbției diferențiale (DP). Metoda în sine este descrisă pe scurt.

Puterea semnalului optic primit la momentul I, cu metoda de urmărire DP pentru o lungime de undă X, poate fi scrisă ca:

unde Р- este puterea optică transmisă (W),

d - distanță (cm), c - viteza luminii - 3 x 1010 cm / s,

P, (r) ~ eficiența optică totală a transceiverului,

<т,- поперечное сечение поглощения (см2),

A - deschidere de primire (cm2),

a (g) - coeficient de atenuare (cm "1),

I, este unghiul solid de backscattering al țintei (cf "1),

/ "este indicele lungimii de undă, / \u003d / și 2, pentru lungimile de undă la absorbția maximă și respectiv minimă, N0 este concentrația de gaz (cm" 3).

Pentru două lungimi de undă apropiate, este adevărat:

Apoi, concentrația medie de gaz din volumul investigat poate fi exprimată după cum urmează, precum și lidari (LIDAR - o prescurtare a cuvintelor în engleză Light Detection and Ranging), care oferă informații cu o rezoluție spațiu-timp pentru studierea concentrației MGM în atmosfera. Dar la începutul lucrărilor la disertație, cu rare excepții, toate au fost proiectate pentru a măsura una, maximum două componente de gaz sau au fost modele de laborator, în timp ce monitorizarea mediului necesită o analiză a gazelor multicomponente pe trasee destul de lungi (de-a lungul autostrăzilor orașului , teritoriu mari întreprinderi industriale).

După cum reiese din literatura de specialitate, regiunea IR medie a spectrului este cea mai potrivită în scopul analizei cu laser a gazelor MGS. Principalele benzi vibraționale-rotaționale ale majorității IGM-urilor sunt situate aici. Există structuri permise și linii individuale de absorbție a aproape tuturor gazelor atmosferice, cu excepția celor simple, cum ar fi N2, O2, H2.

În gama IR medie a spectrului, așa cum se știe, lasere moleculare extrem de eficiente emit: CO, CO2, NH3, HF, DF și altele. Dintre acestea, cele mai fiabile și acceptabile în scopul analizei gazelor sunt laserele cu CO foarte eficiente. În aceste lasere, pe lângă benzile tradiționale de 9,6 și 10,6 μm, pot fi generate benzi secvențiale care sunt deplasate față de cele tradiționale cu aproximativ 1 cm "1, precum și banda principală de 4,3 μm și liniile de emisie la cald. Și CO2 izotopi pentru a obține un set suplimentar de linii de lasare deplasate, apoi obținem un set bogat de linii de emisie pentru această sursă laser.

Convertoarele de frecvență parametrice extrem de eficiente dezvoltate recent, bazate pe cristale neliniare ZnGeP2, CdGeAs2, TlAsSe3, AgGaSe2, etc. alte lasere, cum ar fi CO, NH3, Erbium etc. Pentru sondarea cu laser a IGM-urilor atmosferice, este important ca majoritatea acestor linii de emisie, inclusiv cele transformate, să cadă în ferestrele de transparență spectrală ale atmosferei.

Astfel, un laser molecular de joasă presiune CO2 echipat cu un set de convertoare de frecvență parametrice fără limită realizate din ZnGeP2, CdGeAs2, TlAsSe3 și AgGaSe2 îndeplinește majoritatea următoarelor cerințe. Distanța dintre liniile adiacente ale acestor lasere este de aproximativ 1,5-2 cm "1, ceea ce simplifică problema selecției spectrale și a reglării acestora în frecvență. Aplicarea unei conversii în două etape, de exemplu, a unui laser CO2 sau a frecvențelor de diferență sumă din două lasere CO2 sau CO2 și CO2 și armoniile acestora, este posibil să se acopere foarte bine, cu un pas până la 10 ^ cm "1, să acopere intervalul de la 2 la 17 microni. Poziția centrelor liniilor de emisie ale laserelor pompei și lățimea spectrală destul de îngustă (2x 10 "3 cm" 1) sunt asigurate de parametrii fizici ai mediului activ. Poziția centrelor liniilor și, în consecință, poziția liniilor de emisie ale frecvențelor convertite sunt cunoscute cu o precizie foarte mare, ceea ce elimină problema monitorizării caracteristicilor spectrale. Eficiența acestor convertoare este destul de ridicată și variază de la zecimi la zeci de procente, ceea ce face posibilă crearea analizorilor de gaz de rută folosind ca reflectoare obiecte topografice și aerosoli atmosferici.

Un alt interval spectral informativ pentru analiza gazelor laser este regiunea UV. Aici există benzi electronice puternice cu multe gaze poluante. Spre deosebire de regiunea IR medie a spectrului, benzile de absorbție UV sunt neselective și se suprapun reciproc. Cea mai mare dezvoltare în această zonă a fost obținută prin metoda ozonometrică datorită prezenței aici a benzii de absorbție a ozonului Hartley-Huggins.

Capacitatea de a efectua măsurători rezolvate spațial de ozon atmosferic cu un lidar a fost arătată pentru prima dată în 1977 (Meger și colab.). Și, din a doua jumătate a anilor 1980, sunetul cu laser al ozonosferei a devenit o caracteristică obișnuită la un număr de observatoare. Oferă informații despre distribuția verticală a ozonului (VOD), completând cu succes astfel de informații obținute prin metoda de contact folosind ozonesonde și rachete, în special peste 30 km, unde datele despre ozonosonde devin nereprezentative.

Stația Lidar Siberiană monitorizează ozonosfera din decembrie 1988. În această perioadă, tehnologia lidar a fost îmbunătățită constant, au fost dezvoltate și îmbunătățite metodele de măsurare și prelucrare a datelor, au fost create programe software pentru controlul procesului de măsurare, noi pachete software pentru procesarea rezultatelor obținute.

Obiectiv. Dezvoltarea analizorilor de gaz pe baza metodei de absorbție diferențială pentru detectarea și măsurarea concentrației MGM și determinarea distribuției spațiu-timp a acestora în atmosferă.

Pe parcursul lucrării au fost îndeplinite următoarele sarcini;

Dezvoltarea unui analizor optic-acustic de gaze pentru analiza și studierea gazelor locale folosind distribuția spațială a hidrocarburilor și a altor MGM;

Dezvoltarea și crearea de analizoare cu gaz laser cu cale pentru studierea compoziției gazelor din atmosferă;

Dezvoltarea metodelor de măsurare a IGM în atmosferă;

Testarea la scară completă a dispozitivelor dezvoltate pe baza tehnicilor de măsurare dezvoltate;

Studiul dinamicii temporale a IGM în regiunile ecologice ale țării supuse unei încărcături antropice semnificative;

Crearea unui canal pentru detectarea distribuției verticale a ozonului (VRO) în stratosferă (pe baza oglinzii receptoare 0 0,5 m) CJIC;

Monitorizarea stării ozonosferei în măsurători de rutină; - studiul climatologiei ozonosferei, evaluarea tendințelor ozonului stratosferic.

Sunt prezentate pentru apărare următoarele:

1. Analizorul de gaz optic-acustic cu laser "LAG-1" dezvoltat, care permite, pe baza tehnicii dezvoltate, să măsoare separat concentrația de metan și hidrocarburi mai grele din amestecurile de aer de gaze naturale și de petrol asociate cu orice raport de componentele din amestec.

2. Modele dezvoltate de analizoare cu gaz laser din seria TRAL, în intervalul IR mediu al spectrului, permițând măsurarea rapidă a concentrației a mai mult de 12 gaze la și sub MPC pe trasee de până la 2 km lungime folosind o oglindă sau retroreflector topografic.

3. Lidarul de ozon UV creat de autor pe baza laserului excimer XeC1, care a asigurat un sunet neîntrerupt pe termen lung al ozonosferei peste Tomsk la stația lidar siberiană în intervalul de altitudine de 13-45 km cu o rezoluție verticală maximă de 100 m.

Noutatea științifică a operei.

Pentru prima dată, lungimile de undă informative ale sondării atmosferice IGM au fost selectate și testate experimental;

Au fost create o serie de analizoare de gaz unice, mobile și staționare, bazate pe lasere moleculare reglabile cu convertoare de frecvență de radiații, care fac posibilă efectuarea rapidă a analizei multicomponente a compoziției gazelor din atmosferă;

S-au efectuat măsurători ale variațiilor zilnice ale concentrației MGM (cum ar fi C2H4, NH3, H2O, CO2, CO, O3, N0 etc.) în regiunile ecologice ale țării, supuse unei încărcături antropice semnificative;

Pentru prima dată caracteristicile climatologice ale ozonosferei peste Tomsk au fost determinate pe baza măsurătorilor regulate și pe termen lung ale profilurilor distribuției verticale a ozonului;

Folosind rezultatele muncii. Datele obținute cu ajutorul analizoarelor de gaz au fost prezentate Comitetului Olimpic al URSS în anii 1979-1980. la Moscova, precum și organizațiilor de mediu din orașul Tomsk, Kemerovo, Sofia (NRB). Acestea au fost incluse în rapoartele finale ale IAO SB RAS cu privire la diverse subvenții, acorduri, contracte și programe RFBR, de exemplu, „TOR” (cercetarea ozonului troposferic), „SATOR” (cercetarea ozonului stratosferic și troposferic) și altele.

Valoarea practică a lucrării este următoarea:

A fost dezvoltat un analizor optic-acustic de gaze, care permite măsurarea cu o precizie ridicată a concentrației atât a sumei de hidrocarburi din grupul metan, cât și a metanului separat și a hidrocarburilor mai grele dintr-un amestec de gaze naturale și de petrol asociate. Cu ajutorul acestui analizor de gaze, este posibil să căutați petrol și gaze prin halouri gazoase de gaze care ies la suprafața pământului peste câmpurile de hidrocarburi;

Analizoarele de gaz de cale dezvoltate permit măsurarea concentrației amestecurilor de gaze la și sub MPC dintr-o listă largă de gaze poluante prioritare;

Un canal pentru sondarea distribuției verticale a ozonului CJIC a fost creat pe baza unei oglinzi de recepție de 0 0,5 m, ceea ce face posibilă obținerea de profile VOD fiabile în intervalul de altitudine de 13-45 km cu o rezoluție maximă de 100 m.

Fiabilitatea rezultatelor muncii este asigurată de: -un bun acord al datelor experimentale obținute folosind analizoarele de gaz dezvoltate și datele obținute simultan prin alte metode, precum și; date; obținut de alți autori în condiții climatice și ecologice similare;

Bună coincidență a profilurilor VOD din stratosferă, măsurată prin datele lidar, ozonosonde, precum și măsurători prin satelit în cadrul erorii dispozitivelor utilizate | (cincisprezece%).

Contribuție personală. În această lucrare, am folosit rezultatele obținute fie de autorul personal, fie cu participarea sa directă. Aceasta este participarea autorului la dezvoltarea atât a schemelor generale pentru construcția de analizoare de gaze, cât și a ansamblurilor și blocurilor optico-mecanice și electronice individuale ale acestora, la efectuarea lucrărilor de instalare și punere în funcțiune. Dezvoltarea tehnicilor de măsurare, testare și expediție ^ și teste de teren ale analizatoarelor de gaz create, prezentate și în lucrare, a avut loc cu participarea directă a autorului. Din 1996, practic toate observațiile privind starea ozonosferei la CJIC au fost efectuate cu participarea activă a autorului. El a creat un canal CJIC îmbunătățit pentru detectarea distribuției verticale a ozonului pe baza unui laser XeC1 și a unei oglinzi de recepție de 0 0,5 m. Reanaliza datelor RFO efectuate de autor a făcut posibilă determinarea particularităților climatologiei ozonosferei. peste Tomsk.

Procesul de dezvoltare a analizorilor de gaz, testele lor de testare, procesarea rezultatelor obținute în timpul lucrărilor expediționale, acumularea pe termen lung a unei cantități atât de mari de informații empirice despre BPO și analiza acesteia nu ar fi putut fi realizată fără participarea activă a unui întreg echipă, fără de care această lucrare de disertație nu ar fi avut loc. Declarația problemei și conducerea științifică în diferite etape au fost realizate de către membrul corespondent. RAS Zuev V.V. și doctorat Khmelnitsky G.S. Dezvoltarea analizorilor de gaze și testarea lor și testele de teren au fost realizate împreună cu doctorul în științe fizice și matematice. Andreev Yu.M., doctor în fizică și matematică Geiko P.P., cercetătorul Shubin S.F. Lucrarea teoretică privind căutarea lungimilor de undă informative a fost efectuată de doctorat. Mitselem A.A., doctor în fizică și matematică Kataev M.Yu., candidat la fizică și matematică Ptashnikom I.V., dr. Romanovsky O.A. Măsurătorile Lidar VOD au fost efectuate împreună cu cercetătorul principal Dr. A.V. Nevzorov Burlakov V.D. și d.ph.-m.s. Marichev V.N. și prelucrarea datelor de sondare împreună cu dr. Bondarenko SL. și d.ph-m.s. Elnikov A.V.

Aprobarea muncii. Principalele rezultate pe tema disertației, obținute de autor, au fost publicate în 11 articole în reviste științifice rusești, raportate la: VI, VII și XI simpozioane All-Union on laser and acoustic sounding (Tomsk, 1980, 1982, 1992); VI Simpozion All-Union on Propagation of Laser Radiation in Atmosphere (Tomsk, 1881); A XII-a Conferință a Uniunii Unice privind Optica Coerentă și Neliniară (Moscova, 1985); V Școli internaționale: I Seminar despre electronică cuantică. Lasere și aplicarea lor (NRB, Sunny Beach, 1988); A 5-a Adunare Științifică a Asociației Internaționale pentru Fizică Atmosferică și Meteorologie (Reading, Marea Britanie, 1989); Al XI-lea Simpozion cu laser și sunet acustic (Tomsk, 1992); Și, III, IV și VI Simpozioane inter-republicane „Optica atmosferei și oceanului” (Tomsk, 1995, 1996, 1997 și 1999); III întâlnire siberiană privind monitorizarea climatului și ecologic (Tomsk, 1999); I întâlnire interregională „Ecologia râurilor siberiene și a regiunii arctice” (Tomsk 1999); VII Simpozion internațional de optică atmosferică și oceanică (Tomsk 2000); VIII și IX Simpozioane internaționale privind optica atmosferică și oceanică și fizica atmosferică (Tomsk 2001 și 2002); 11 Workshop despre măsurători ale radiațiilor atmosferice (Atlanta, SUA 2001); IX Grup de lucru „Aerosoli din Siberia” (Tomsk 2002); 21 și 22 Conferința internațională cu laser (Quebec, Canada, 2002, Matera, Italia 2004); Conferința internațională II „Mediul și ecologia din Siberia, Orientul Îndepărtat și Arctica” (Tomsk 2003); Conferința internațională privind tehnologiile optice pentru cercetarea atmosferică, oceanică și de mediu (Beijing, China 2004).

Structura și domeniul de aplicare al tezei. Lucrarea de disertație constă dintr-o introducere, trei capitole și o concluzie. Volumul tezei este de 116 pagini, conține 36 de figuri, 12 tabele. Lista literaturii folosite conține 118 titluri.

Concluzia tezei pe tema „Dispozitive și metode de fizică experimentală”

Concluzie

În cursul lucrării de disertație, autorul ca parte a echipei a făcut următoarele:

A fost dezvoltat un analizor optic-acustic de gaze pentru analiza gazelor locale, cu ajutorul acestuia un studiu al distribuției spațiale a -hidrocarburilor (în timpul mai multor expediții pe o navă cu motor) în zonele în care sunt situate câmpurile petroliere. Creșterea măsurată a conținutului de hidrocarburi din probele de aer din zona câmpurilor petroliere a confirmat ipoteza prezenței halourilor de gaz peste câmpurile de hidrocarburi și perspectivele utilizării acestui analizor de gaze pentru căutarea câmpurilor de petrol și gaze;

A fost dezvoltat și creat un complex de analizoare cu gaz laser cu cale care funcționează în regiunea IR a spectrului prin metoda absorbției diferențiale și care face posibilă măsurarea concentrației a mai mult de 12 gaze la și sub MPC;

A fost elaborată tehnica de măsurare a IGM în atmosferă;

Au fost efectuate teste la scară completă ale dispozitivelor dezvoltate;

Perechile de lungimi de undă informative au fost testate experimental și s-au tras concluzii cu privire la adecvarea lor în scopul analizei gazelor conform MIS;

Au fost efectuate studii privind dinamica temporală a IGM în regiunile ecologice din țară, supuse unei încărcături antropice semnificative;

Măsurătorile comparative ale concentrațiilor de MGM au fost efectuate utilizând analizoarele și instrumentele de gaz laser dezvoltate care funcționează pe baza metodelor standard, care au arătat un acord bun cu rezultatele obținute;

A fost creat un canal pentru sondarea distribuției verticale a ozonului (VOD) în stratosferă (pe baza oglinzii receptoare de 0 0,5 m) CJIC, care a furnizat profiluri VOD fiabile peste Tomsk pe o perioadă lungă de timp, confirmat în acord cu satelitul. și datele sondei de ozon. Acest lucru a făcut posibilă efectuarea de studii climatologice și evaluarea tendințelor de ozon stratosferic, care au arătat că în stratosfera inferioară la altitudini sub 26 km, modificările intra-anuale ale concentrațiilor de ozon sunt caracterizate printr-un maxim primăvara și un minim toamna și la altitudini peste 26 km, maximul se deplasează spre vară și minim spre iarnă ... La o altitudine de 26 km, în zona căreia se află pauza ciclului, ozonosfera este împărțită în două părți: în partea inferioară, comportamentul acesteia este determinat în principal de procese dinamice, iar în partea de sus, de procese fotochimice. O analiză mai detaliată a variațiilor intra-anuale în VOD face posibilă identificarea următoarelor puncte: a) la o altitudine de 14 km, unde, aparent, influența fluctuațiilor în înălțimea tropopauzei este încă semnificativă, un maxim localizat nu este observat; b) în intervalul de până la 18 km inclusiv, fluctuațiile sezoniere maxime apar în februarie, iar în intervalul de 20-26 km - în martie; Cea mai mare corespondență a variațiilor intra-anuale în VOD cu variația anuală a TOC se observă în intervalul de altitudine de 20-24 km, în special la o altitudine de 22 km. c) la toate înălțimile, tendințele BPO au fost statistic nesemnificative. În același timp, în partea inferioară a ozonosferei, acestea se caracterizează prin valori ușor negative, iar în partea superioară, prin valori slab pozitive. În zona de localizare a ozonului stratosferic maxim 20 km), valorile tendințelor negative sunt mici (-0,32% pe an). Aceste rezultate sunt în concordanță cu o tendință TO nesemnificativă statistic nesemnificativă (0,01 + 0,026% pe an) în aceeași perioadă de șase ani.

Lista surselor disertație și abstract în fizică, candidat la științe fizice și matematice, Dolgiy, Serghei Ivanovici, Tomsk

1. Kuznetsov IE, Troitskaya TM Protecția bazinului aerian de contaminarea cu substanțe nocive. - M.: Chimie, 1979. - 340 p.

2. Bespamyatov GP, Bogushevskaya KK și colab. Concentrații maxime admise de substanțe nocive în aer și apă. Ed. Banda 2 si adauga. L.: Chimie, 1975. - S. 455.

3. Detry J. Atmosfera trebuie să fie curată. M., 1973. - 379 p.

4. Khrgian A. X. Fizica ozonului atmosferic. L.: Gidrometeoizdat, 1973.-292 p.

5. Bazhin N.M. Metan în atmosferă. // Jurnal educațional Soros, 2000. T. 6. Nr. 3.-С. 52-57.

6. Hinkley E.D., Melfi S.H. și colab. Monitorizarea cu laser a atmosferei - Berlin, Helidelberg, New-York: Springer-Verlag, 1976.-416 p.

7. Omenetto H. Spectroscopie laser analitică. M., Mir 1982. 606 p.

8. Schotland R.M. Detectarea profilului vertical al gazelor atmosferice prin intermediul unui radar optic la sol. // Proc. Al treilea simpozion privind teledetecția mediului, Michigan: Ann, Arbor, SUA, 1964. P. 215-224.

9. Uchino O., Maeda M., Hirono M. -Aplicarea laserelor excimer la observațiile laser-radar ale atmosferei superioare // JEEE J. Qucnt Electr., 1979, V. QE 15, N 10, P. 10 S 4-1100.

10. Grant W.B., Hake R.D. Măsurarea la distanță a SO2 și O3 prin tehnica de absorbție diferențială // J. Appl. Fizic. -1975.V. 46, nr. 5.- P. 3019-3024.

11. P. Khmelnitskiy GS Finanțarea gazelor din atmosferă prin absorbția moleculară a radiațiilor dintr-un laser CO2 reglabil. Dis. Cand. fizic. științe. - Tomsk. 1979 .-- 241 s.

12. Middleton W. E. K., Spilhaus A. F., // Meteorological Instruments, Univ. Toronto Ptress, Toronto, 1953 p. 208.

13. Ku R. T., Hinkley E. D. și colab. Monitorizarea pe cale lungă a monoxidului de carbon atmosferic cu un laser cu diodă reglabilă // Aplic. Opt.-1975- V.14. Nr. 4, p. 854-861.

14. Hinkley E.D., Ku R.T., Nill K.W. et. al. Monitorizare pe cale lungă: instrumentare avansată cu laser cu diodă reglabilă // Apl. Opt.-1976- V.15. N 7.- P.1653-1655.

15. Samokhvalov IV, Sosnin A.B., Khmelnitsky G.S. și altele.Determinarea concentrației unor gaze pe traseele orizontale din atmosferă folosind un laser CO2 ajustabil. // Journal of Applied Spectroscopy, 1980. V.32. Problema 3.- S. 525-531.

16. Măsuri R.M., Pilon G.A. Un studiu al tehnicilor laser reglabile pentru cartografierea la distanță a constituenților gazoși specifici ai atmosferei, Opto-electronică 4, P. 141-153, (1972).

17. Byer R.L. Măsurarea la distanță a poluării aerului. // Electronică optică și cuantică 1975. V. 7. P. 147-177.

18. Asai K., Igarashi T. Detectarea ozonului prin absorbție diferențială folosind laserul C02. // Opt. Cant. Electron., 7. P. 211-214, (1975).

19. Fredriksson K., Galle B., Nystrom K., Svanberg S. Lidar System Applied in Atmospheric Pollution Monitoring. // Apl. Opt., 18. P. 2998-3003, (1979).

20. Murray E.R., Hake R.D., și colab., - Măsurători de vapori de apă atmosferice cu un sistem DIAL de 10 micrometri. // Apl. Fizic. Lett. 28. P. 542-543 (1976).

21. Wetkam C. Distribuția clorurii de hidrogen în prunele navelor de incinerare: dezvoltarea de noi sisteme de măsurare, deșeuri în ocean. Vol 3, Wiley. 1981.

22. Husson N., Chedin A., Scott N.A. și colab. Banca de date a parametrilor de linie spectroscopici GEISA. -Anale Geophysical. Fass. 2, Ser. A. (1986).

23. Rothman L. S., Gamache R. R., Goldman A. Et al. // Apl. Opta. 1987 V.26. Nr. 19. -P. 4058-4097.

24. Butkevich V.I., Privalov V.E. Caracteristici ale utilizării laserelor în măsurători analitice de precizie. // ZhPS, T. 49. Nr. 2. S. 183-201.

25. Philip L. Hanst. Măsurarea poluării aerului prin spectroscopie de absorbție a drumului lung. // Proc. Al doilea stagiar. Congres de aer curat. Washington D. C., 6-11 decembrie 1970., NY-Londra 1971. P. 492-499.

26. Eugenio Zanzottera Tehnici lidare de absorbție diferențială în determinarea urmelor de poluanți și a parametrilor fizici ai atmosferei. // Chimie analitică, 1990, V. 21, numărul 4 P. 279-319.

27. Grasyuk A.3., Letokhov B.C., Lobko B.B. Lasere IR moleculare cu pompare laser rezonantă (revizuire). // Electronică cuantică, 1980. T. 7. Nr. 11.- S. 2261-2298.

28. Hinckley E. D., Neill C. V., Bloom F. A. Spectroscopie laser cu infraroșu utilizând lasere reglabile. / Spectroscopia cu laser a atomilor și moleculelor. -M.: Mir, 1979.S. 155-159.

29. Bertel I. M., Petukhov V. O., Trushin S. A., Churakov V.B. TEA COr-laser reglabil de-a lungul liniilor de rotație vibrațională din a doua bandă a secvenței. // Preprint No. 262, Institute of Physics, BAN SSR, Minsk, 1982. -30 p.

30. Killinger D.K., Menyuk N., DeFeo W.E. Teledetecția CO utilizând frecvența radiației laser C02 dublate // Apll. Fizic. Lett. 1980. V. 36. P. 402-405.

31. Andreev Yu.M., Bochkov D.S., Voevodin V.G. et al. Generarea celei de-a doua armonici a unui laser CO2 în cristale ZnGeP2. // În carte: Tr. VII Simpozion All-Union on Laser and Acoustic Sounding of the Atmosphere. 1982 .-- S 306-309.

32. Andreev Yu.M., Vedernikova T.V., Betin A.A. și colab. Conversia radiațiilor laser CO2 și CO într-un cristal ZnGeP2 în domeniul spectral 2.3-3.1 jx. // Sov. J. Quantum Electron., 15.-P. 1014-1015.

33. Andreev Yu.M., Geiko P.P., Zuev V.V. Conversie de înaltă eficiență a laserelor IR cu ZnGeP2 și CdGeAs2. // Bulletin of the American Physical Society.1987. V. 32.-P.1632-1633.

34. Churnside J.H. Wilson J.J., Gribenicov A.I., Shubin S.F., Dolgii S.I., Andreev Y.M., Zuev V.V., Conversia în frecvență a unui laser CO2 cu ZnGeP2. Memorandumul tehnic NOAA ERL WPL-224. Laboratorul de propagare a valurilor, Boulder, Colorado iulie 1992.18 p.

35. Andreev Yu. M., Geiko P.P. et al. O sursă promițătoare de radiații coerente pentru analiza gazelor cu laser a atmosferei pe baza unui cristal neliniar Tl3AsSe3. // Optica atmosferei și oceanului, 1988. T. 1. Nr. 1. P. 126129.

36. Laser CO2 Wittemann W. Pe. din engleza. Moscova: Mir, 1990.360 p.

37. Megie G. și colab. Profiluri verticale ale ozonului stratosferic prin lidar care sună de la sol. // Natura 1977. V. 270. Nr. 5635. P. 349-351.

38. V. V. Zuev. Monitorizarea optică de la distanță a modificărilor stratosferice. Tomsk: MGP "Rasko", 2000. - 140 p.

39. Bell F.G. Generarea de unde opt-acustice. // Philos. Mag., 1881. V. 11. -P.510-513

40. Veingerov M.L. // DAN SSSR, 1938, T. 19, p. 687.

41. Kerr E.L., Atwood J.G. Spectrofonul de absorbție iluminat cu laser: o metodă pentru măsurarea absorbției slabe la lungimile de undă ale laserului. // Apl. Opt, 1968. V. 7. Nr. 5.-P. 915-921.

42. Ageev B.G., Kapitanov V.A. Ponomarev Yu.N. Analizoare laser optice-acustice de gaze. // Știință pentru producție 2003. № 9. P. 30-31.

43. Dewey C.F., Spectroscopie opto-fcustică. // Inginerie optică, 1974, V. 3, P. 483-488.

44. Goldan P., Goto K. Un sistem rezonant acustic pentru detectarea absorbției infraroșii de nivel scăzut în poluanții atmosferici. // J. Appl. Phys., 1974. V. 45. Nr. 10. -P. 4350-4355.

45. Max E., Rosengren L.G. Caracteristicile unui detector de concentrație de gaz optoacustic rezonant. // Optics Communications, 1974. V.l 1. Nr. 4. P.422-426.

46. \u200b\u200bAntipov A.B, Kapitanov V.A., Ponomarev Yu.N., Sapozhnikova V.A. Metoda optico-acustică în spectroscopia cu laser a gazelor moleculare. -Novosibirsk: Nauka, 1984.128 p.

47. Shumate M. S., Menzies R. T., Margolis J. S., Rozengren L. G. Absorbția vaporilor de apă a radiațiilor laser cu dioxid de carbon // Apl. Opt., 1976. V. 15. Nr. 10. -P. 2480-2488.

48. Sidorenko A.B., Sidorenko C.A. // În carte: Probleme moderne de geologie și geochimie a combustibililor fosili. Moscova: Nauka, 1973.

49. Sidorenko A.V., Sidorenko S.A., Tenyakov V.A. Procese sedimentare-metamorfice și „respirația de gaze” a scoarței terestre. // DAN, 1978. T. 238. Nr. 3-С.705-708.

50. Bartashevich OV, Zorkin JI.M., Zubaykin C.JI. Principii de bază și rezultate ale aplicării metodelor geochimice directe de prospecție a câmpurilor de petrol și gaze. / Metode autochimice de prospectare a zăcămintelor de minereu. Essentuki, 1976 - S. 41-47.

51. Biryulin V.P., Golubev O.A., Mironov V.D., Popov A.I. și altele.P prospectarea geochimică a zăcămintelor de gaze și petrol prin metoda spectrometriei laser de la distanță a metanului în aerul de suprafață. // Geologia petrolului și gazelor, 1979. Nr. 4.-P. 27-31.

52. Kolobashkin V.M., Popov A.I. Noi posibilități ale metodei de absorbție laser. // Natura, 1981. №7. S.50-57.

53. Mironov V.D., Popov A.I., Sadchikhin A.V. // ZhPS, T. 33. Număr. 4. 1980. -S. 742-744.

54. Dolgiy S.I., Ippolitov I.I., Khmelnitsky G.S., Shubin S.F. Analizor de gaz optic-acustic rezonant cu laser pentru monitorizarea impurităților atmosferice mici. // L.: Instrument-making 1982, T. XXV. Nr. 12 S. 71-74.

55. Antipov A.B., Antipov B.A., Sapozhnikova V.A. Coeficienții de absorbție ai unor hidrocarburi în regiunea de generare a laserului cu A \u003d 3,39 μm. // Izvestiya VUZov, Fizică. 1974. Nr. 2. S. 157-158.

56. Makushkin Yu.S., Micel A.A., Khmelnitsky G.S. Diagnosticarea absorbției cu laser a gazelor atmosferice. // ZhPS, 1981. T. 35. Număr. 5. S 785-791.

57. Andreev Yu.M., Zuev V.V., Romanovsky O.A. Sistem automat pentru găsirea lungimilor de undă optime pentru analiza gazelor prin absorbție diferențială. // M.: VINITI, 1988. Nr. 4059-B88 62 S.

58. Enciclopedie chimică. M.: Enciclopedia sovietică, 1988.T. 1.1. C.476-477

59. Măsuri R. M. Lidar Analiza ecuației permițând durata țintei impulsurilor laser pe toată durata de viață și perioada de integrare a detectorului. // Apl. Opt. 16 1092, 1977.

60. Krekov G.M., Rakhimov R.F. Model de localizare optică a aerosolului continental. Novosibirsk: Știința 1982.-196 p.

61. A. I. Karapuzikov, I. V. Ptashnik. et al., Posibilități de utilizare a unui elicopter lidar pe baza radiației unui laser TEA CO2 reglabil pentru detectarea scurgerilor de metan. // Optica atmosferei și oceanului, 1999. V. 12. Nr. 4.-P. 364-371.

62. Rothe K.W., Walther N., Werner J. Măsurători de absorbție diferențială cu lasere IR și UV cu frecvență fixă \u200b\u200b// Teledetecție optică și laser. Killinger

63. D. K. Și Mooradian A., Eds., Springer-Verlag, Berlin, 1983.

64. Murray E.R. Măsurători de la distanță ale gazelor folosind lasere cu infraroșu reglabile discret. // Opt. Eng. 16, 284.1977.

65. Prokhorov A.M., Bunkin F.M., Gochelashvili KS, Shishov V.I. Propagarea radiației laser în medii aleatorii neomogene. // UFN, 1974.- S. 415-456.

66. Gurvich A.S., Kon A.I. et al. Radiațiile laser într-o atmosferă turbulentă. Moscova: Nauka, 1976. - S. 279.

67. Sedin V.Ya., Khmelevtsov S.S. Extinderea fasciculelor de lumină focalizate într-o atmosferă turbulentă. // Izv. Universități. Ser. Fizică, 1972. Nr. 3. -S.91-96.

68. Selby J.E.A. și McClatchey R.A. Transmitanță atmosferică de la 0,25 la 28,5 pm: cod computer LOWTRAN 2. // Teh. Rep, AFCRL-TR-72-0745, 1972.

69. Zuev V. E. Propagarea undelor vizibile și infraroșii în atmosferă. -M.: Sov. Radio, 1970.- 496 p.

70. McClatchey R.A., Benedict W.S., Clough S.A. și colab. / AFCRL Compilarea parametrilor liniei de absorbție atmosferică. // Tehn. Rep, AFCRL-TR-73-0096, ERP nr. 434, 1973.

71. Rothman L.S., Gamache R.R., Goldman F. și colab. Baza de date HITRAN: ediția 1986. // Apl. Opta. 1987. V. 26. Nr. 19. P. 4058-4097.

72. Bondarenko S.L., Dolgiy S.I., Zuev V.V., Kataev M.Yu., Mitsel A.A., Pelymsky O.A., Ptashnik I.V. et al. Analiza multicomponentă cu laser a stratului de suprafață al atmosferei. // Optica atmosferei și oceanului, 1992. T. 2. Nr. 6.-P.611-634.

73. Dolgiy S.I., Kudinova L.P., Mitsel A.A., Khmelnitsky G. S., Shubin S.F. Un sistem pentru determinarea concentrației de gaze utilizând un laser reglabil în CO2. / Sisteme de automatizare a experimentelor în optică atmosferică. - Tomsk, 1980. - S. 67-78.

74. Zharov V.P., Letokhov B.C. Spectroscopie laser-acustică. -M. Știință, 1984.-320 p.

75. Andreev Yu.M., Voevodin V.G., Gribenyukov A.I. și colab. Analizor de gaze de urmărire bazat pe un laser de CO2 reglabil cu un dublator de frecvență. // ZhPS 1987. T. 47. Nr. 1. - P. 15-20.

76. Dolgiy SI, Khmelnitsky G.S., Shubin SF. Analiza gazelor de la distanță în atmosferă utilizând un laser CO2 reglabil discret. // Proceduri: Metode de absorbție laser pentru analiza microconcentrațiilor gazelor. - M.: Energoatomizdat, 1984. - S. 121-130.

77. Tikhonov A.N., Arsenin V.Ya. Metode de rezolvare a problemelor prost puse. Moscova: Nauka, 1974, 351 p.

78. Dolgiy S.I., | Zuev V.V., Smirnov S.V., Shubin S.F. Analizoare de gaz cu laser IR pentru absorbție diferențială "TRAL-3" și "TRAL-ZM". // Atmosferic Optics, 1991. T. 4. Nr. 5.- P. 515-521.

79. Chimie. Ghid de referință. Pe. cu el. JI.: Chimie. 1975 .-- 575 p.

80. Dolgiy S.I., Ippolitov I.I., Khmelnitsky G.S., Shubin S.F. Studiul atenuării radiațiilor laser în atmosfera Moscovei olimpice. / Rezumatele celui de-al VII-lea Simpozion All-Union privind propagarea radiației laser în atmosferă. Tomsk 1981.- P.62-65.

81. Elnikov A.B., Zuev V.B., Bondarenko S.L. Reconstrucția profilurilor de ozon stratosferic din date de sondare lidar // Optică a atmosferei și oceanului. 2000. T. 13. Nr. 12 S. 1112-1118.

82. Claude H., Sconenborn F., Streinbrecht W., Vandersee W. DIAL măsurători de ozon la Met. Obs. Hohenpei | 3enberg: Climatologie și tendințe. // Proc. 17 ILRC Abst. de hârtii, Sendai, Japonia. 1994. P. 413-415 Sendai, Japonia. L994. P.

83. Proiectarea sistemelor optice McDermit pentru un sistem lidar stratosferic // Apl. Opta. 1995 V34. N. 27 p. 6201-6210.

84. Godin S., David C., Lakoste A.M. Măsurători sistematice de ozon și aerosoli lidari la OHP (44 ° N, 6 ° E) și Dumont // Abstr. Of Papers of the 17-th ILRC. Sendai, Japonia. P. 409-412. 1994.

85. Stefanutti L., Castagnoli F., DelGuasta M. și colab. Un LIDAR de retrodifuzare cu patru lungimi de undă pentru monitorizarea IISC // Apl. Fizic. 1992, V. B55. P.13-17.

86. Tikhomirov A.A. Clasificarea metodelor hardware pentru comprimarea gamei dinamice a semnalelor lidar și a criteriilor de evaluare a acestora // Tez. Raportul VII All-Union. Simp. De laz. Și acustic. Sondă. Atmosfera. -Tomsk: TF SO AN SSSR, 1982.- S 173-176.

87. Pravdin B.JL, Zuev V.V., Nevzorov A.V. Controlul electronic al câștigului PMT în timpul înregistrării semnalelor lidare cu o gamă dinamică mare în modul de numărare a fotonilor // Optica atmosferei și oceanului, 1996. V. 9. Nr. 12 pp. 1612-1614.

88. Zuev V.V., Elnikov A.V., Burlakov V.D. Sunet cu laser al atmosferei de mijloc. / Sub redacția generală a Corr. RAS V.V. Zueva Tomsk: RASKO, 2002.-352 p.

89. Flee J. A., Morris J. R., Feit M. D. // Appl. Fizic. 1976. V.10.Nr. 1.-P.129-139

90. Astafurov V.G., Micel A.A. Particularitățile procesării semnalului lidar atunci când se măsoară impuritățile gazelor atmosferice. // Autometrie. 1984. Nr. 1.-C. 92-97.

91. Marichev V.N., Zuev V.V., Khryapov P.A., Dolgiy S.I., Nevzorov A.V. Observații lidare ale distribuției verticale a ozonului stratosferic peste Tomsk în vara anului 1998 // Atmospheric Optics, 1999. V. 12. No. 5, - pp. 428-433.

92. Elnikov AV, Zuev VV și colab. Primele rezultate ale observațiilor lidare ale ozonului stratosferic asupra Siberiei de Vest. // Optică atmosferică, 1989. V.2. Nr. 9. S. 995-996.

93. Dolgiy S.I., Zuev V.V., Marichev V.N., Sharabarin E.V. Rezultatele unui experiment privind detectarea lidar a ozonului și a temperaturii în troposferă și stratosferă. // Atmosferic Optics, 1996. T. 9. No. 8- P. 11231126,.

94. SI lung ,. Zuev V.V., Marichev V.N., Kataev M.Yu., Nevzorov A.V. Extinderea capacităților funcționale ale DP-lidar. În cartea: Rezumatele simpozionului IV // Optica atmosferei și oceanului, 1997, p. 210.

95. Zuev V.V., Kataev M.Yu., Mitsel A.A. Prelucrarea datelor de ozon stratosferic obținute printr-un lidar cu două unde UV-DP: cod computer SOUND. // Izvestiya vuzov Physics, nr.11 per. Nr. 2672-B94. 25 de ani.

96. Bondaernko C.JI. Reconstrucția caracteristicilor stratului de ozon stratosferic din date experimentale. Teză de doctorat - Tomsk, 2002. - 136 p.

97. Nakane N., Sugimoto N., Hayashida S., Sagano Ya. Și Matsui I. Cinci ani de observare lidară a profilurilor verticale ale ozonului stratosferic la NIES, Tsukuba (36 ° N, 140 ° E) // Proc 17- a ILRC Sendai, Japonia. 1994.-P.416-419.

98. Krueger A.J., Minzner R.A. Un model de ozon cu latitudine medie pentru atmosfera standard din SUA din 1976. // Geofizi. Rez. 1976. V. 81. Nr. 24. P. 4477-4487.108. http: //www-sage2.larc.nasa.gov/introdaction.

99. Dolgiy S.I., Zuev V.B., Bazhenov O.E. Climatologia și tendințele ozonului stratosferic peste Tomsk. // Optica atmosferei și oceanului, 2004. Vol.17.№4.-С. 312-316.

100. Zuev V.V., Dolgii S.I., Bondarenko S.L., Bondarenko M.A. Comparația profilurilor de distribuție verticală a ozonului obținute la stația Sidarian Lidar cu datele satelitului. // Procesul SPIE. 2004, V. 5743. P. 498-501.

101. Zuev V.V., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. Climatologia și tendința ozonului stratosferic peste Tomsk pentru perioada 1996-2003. // Rezumate ale celei de-a 22-a Conferințe internaționale cu radar laser. Matera, Italia. P. 585-589.

102. Zuev V.V., Dolgii S.I., Nevzorov A.V. DIAL Measurements of Stratospheric Ozone Over Tomsk For Period 1996-2003 (Climatology and Trends)., // In: Abstracts of ICOT 2004 Beijing, China., 2004. P 12.

103. Dolgiy S.I. Rezultatele studiilor cuprinzătoare ale poluării în zona zăcămintelor de petrol și gaze. // Lucrările primei reuniuni interregionale „Ecologia câmpiilor inundabile ale râurilor siberiene și arctice” / sub. ed. Zueva V.V. Novosibirsk: Editura SB RAS, 1999. S. 171-176.

104. Zuev V.V., Zuev V.E., Burlakov V.D., Dolgiy S.I., Elnikov A.V., Nevzorov A.V. Climatologia aerosolului stratosferic și a ozonului conform observațiilor pe termen lung la stația lidar siberiană. // Optica atmosferei și oceanului, 2003. T16. Nr. 8. P.719-724.

105. Burlakov V.D., Dolgiy S.I., Nevzorov A.V. Modernizarea complexului de măsurare al stației lidare siberiene // Optica atmosferei și oceanului, 2004. Vol. 17. Nr. 10. P.857-864.

106. V. V. Zuev, S. I. Dolgiy. Climatologia și tendințele ozonului stratosferic peste Tomsk. // Lucrările celei de-a II-a Conferințe internaționale „Mediul și ecologia din Siberia, Orientul Îndepărtat și Arctica (EESFEA-2003) Tomsk, 2003. T. 1.-P. 74.

107. Shvartsev SL., Savichev O. G. și altele Studii complexe ecologice și geochimice ale apelor râului. Obi. // Lucrările primei întâlniri interregionale „Ecologia râurilor siberiene și a regiunii arctice”. Tomsk, 1999. - S. 110-115.

108. Belitskaya E.A., Guznyaeva M.Yu. și alte impurități organice în apele din Orientul Mijlociu. // Lucrările primei întâlniri interregionale „Ecologia râurilor siberiene și a regiunii arctice”. Tomsk, 1999. - S. 122-129.

Capitolul 1. Metoda spectroscopiei optico-acustice

1.1. Analizor laser optic-acustic de gaze "LAG-1"

Capitolul 2. Analizoare de gaze de absorbție diferențială de traseu

2.1. Metoda de absorbție diferențială pe cale lungă

2.2. Analiza intervalelor spectrale informative pentru sondarea IGM de către MIS

2.3. Caracteristicile de performanță ale convertoarelor parametrice

2. 4. Alegerea lungimilor de undă informative

2. 5. Analizor de gaz "Rezonanță-3"

2. 5. 1. Bloc de înregistrare

2. 6. Analizor de gaze "Tral"

2. 7. Analizoare cu laser laser IR "Tral-3" și "Tral-Zm"

2. 8. Analizor cu gaz laser "Tral-4"

2. 8. 1 „Tral-4”. Rezultatele măsurătorilor de câmp

2. 9. „Rezonanță-3”, „Traul”. Rezultatele măsurătorilor de câmp ale IGM-ului atmosferei

Capitolul 3. Monitorizarea cu laser de la distanță a ozonosferei cu un lidar de absorbție diferențială

3.1 Metode de reducere a gamei dinamice a unui semnal lidar

3.2 Luând în considerare factorul de „lipire” al impulsurilor cu un singur electron

3.3 Canalul de sunet al distribuției verticale a ozonului SLS pe \u200b\u200bbaza unei oglinzi 0 0,5 m.

3.4 Pachetul software „ATOS”

3.5 Climatologia și tendințele ozonului stratosferic asupra Tomsk pentru perioada 1996-2003

3.5.1. Variabilitatea intra-anuală a ozonului stratosferic

3.5.2. Variabilitatea interanuală și tendințele ozonului stratosferic

3.6 Comparația datelor lidar și satelit pe profilurile VOD 102 Concluzie 104 Referințe

Lista recomandată de disertații

Detecția cu laser a atmosferei utilizând absorbția moleculară 2012, doctor în științe fizice și matematice Romanovsky, Oleg Anatolyevich
Detectarea optică de la distanță a aerosolului, temperaturii și a principalelor urme de gaze ale atmosferei 1998, doctor în fizică și matematică Marichev, Valery Nikolaevich
Structura vertical-temporală a stratului de aerosoli stratosferici pe baza rezultatelor sondării cu laser 2003, doctor în științe fizice și matematice Elnikov, Andrey Vladimirovich
Modernizarea tehnică a canalelor de sunet cu laser ale stației lidar siberiene 2005, candidat la științele tehnice Nevzorov, Alexey Viktorovich
Metode matematice, algoritmi și software pentru rezolvarea problemelor de analiză optică a gazelor de absorbție 2001, doctor în științe tehnice Kataev, Mihail Yurievich

Introducere disertație (parte a rezumatului) pe tema "Analizoare de gaz laser bazate pe metoda de absorbție diferențială"

Urgența problemei. Cea mai importantă problemă a timpului nostru este protecția mediului. Mediul suferă modificări sub influența diferiților factori. Împreună cu diverse fenomene naturale (erupții vulcanice, incendii forestiere, eroziune a solului etc.), activitățile umane devin din ce în ce mai importante în procesul de influențare a mediului. Dezvoltarea rapidă a industriei, energiei, agriculturii și transporturilor a dus la un impact antropogen în creștere asupra mediului. Un număr de subproduse nocive sub formă de aerosoli, gaze, ape uzate menajere și industriale, produse petroliere etc., pătrund în atmosferă, hidrosferă și litosferă, care afectează negativ condițiile biologice ale existenței umane și ale biosferei în ansamblu. .

În regiunile dezvoltate industrial din multe țări, conținutul de substanțe nocive din atmosferă depășește uneori standardele maxime admise. Principalele surse de poluare sunt: \u200b\u200ba) Centrale termice puternice care funcționează pe combustibili solizi, lichizi sau gazoși. Generarea de energie electrică în centralele termice pe cărbune implică eliberarea de cenușă, dioxid de sulf și oxizi de azot în atmosferă. Centralele electrice care funcționează pe gaz natural nu emit cenușă și dioxid de sulf în atmosferă, dar oxizi de azot sunt emiși în cantități mari. b) Întreprinderi de metalurgie feroasă și neferoasă. Topirea oțelului este asociată cu emisia de praf, dioxid de sulf și monoxid de carbon în atmosferă. c) Întreprinderile din industria chimică care emit în atmosferă o cantitate mult mai mică de substanțe nocive în comparație, de exemplu, cu întreprinderile metalurgice, totuși, o mare varietate de industrii chimice și amplasarea lor apropiată de așezări fac adesea aceste emisii cele mai periculoase. Se știe, de exemplu, că întreprinderile din industria chimică emit în atmosferă mai mult de 100 de compuși chimici deosebit de dăunători caracterizați prin toxicitate ridicată, pentru care s-au stabilit concentrații maxime admisibile (MPC). d) Un pericol grav pentru sănătatea și viața oamenilor îl reprezintă substanțele nocive emise de mașinile care pătrund în gazele de eșapament, care reprezintă aproximativ 60% din toate impuritățile toxice care poluează aerul centrelor industriale. Gazele de eșapament ale vehiculelor includ o gamă largă de substanțe toxice, dintre care principalele sunt monoxid de carbon, oxizi de azot, hidrocarburi, substanțe cancerigene, inclusiv 3,4-benzopiren, gaze sulfuroase, produse care conțin plumb, clor, brom și uneori fosfor. ...

De când s-a descoperit că ciclul clorului poate juca un rol semnificativ în echilibrul ozonului stratosferic, atenția cercetătorilor a fost atrasă asupra eventualei acumulări de fluoroclorocarburi (freoni), care necesită controlul conținutului lor, în troposferă și în special în stratosfera, unde sunt implicate în distrugerea stratului de ozon.planete - singurul scut al tuturor ființelor vii de radiația ultravioletă dură a Soarelui. Freonii intră în atmosferă atât direct din pachetele de aerosoli, cât și în accidente de la unitățile frigorifice, aparatele de aer condiționat etc.

O problemă gravă este acumularea așa-numitelor gaze cu efect de seră în atmosferă: vapori de apă, dioxid de carbon, metan etc. (a căror monitorizare este, de asemenea, necesară), ducând la o creștere a temperaturii ambientale și a schimbărilor climatice. Astfel, conținutul de metan din atmosferă crește destul de rapid - de la începutul perioadei industriale a crescut cu aproximativ 150%, în timp ce conținutul de dioxid de carbon a crescut cu doar 30% (pentru ambele gaze, rata de creștere concentrarea a fost destul de lentă până în a doua jumătate a secolului XX și a crescut semnificativ în ultimele decenii).

Consecințele acestui proces pot fi catastrofale pentru planeta noastră.

Aproape toți constituenții gazului din atmosfera Pământului, cu excepția azotului, oxigenului și argonului, sunt denumiți de obicei așa-numiții constituenți minori ai gazului (MGS). Procentul de IGM în atmosferă este mic, dar creșterea conținutului acestora datorită factorului antropogen are un impact semnificativ asupra multor procese care au loc în atmosferă.

Microclimatul se schimbă sub influența atmosferei poluate; distrugerea accelerată a structurilor metalice și beton armat (milioane de tone de metal și alte materiale se pierd anual din cauza coroziunii, rata de coroziune a metalelor în zonele rurale este de 4-5 ori mai mică decât în \u200b\u200bzonele industriale); acidificarea solurilor; otrăvirea și moartea vegetației, animalelor și păsărilor; distrugerea chimică a clădirilor și structurilor, monumentelor de arhitectură și artă.

O nomenclatură mare, un volum mare de poluanți emiși în atmosferă, complexitatea proceselor fizice și chimice care apar în natură, o înțelegere insuficientă clară a gradului de influență al unei anumite substanțe asupra mediului, nu permit o evaluare exactă a daune cauzate de oameni mediului. Pentru a dezvolta concluzii bazate științific și a prezice schimbări în starea atmosferei Pământului în regiuni individuale și la scară globală, sunt necesare măsurători regulate ale concentrației constituenților săi de gaz cu instrumentele existente și dezvoltarea de noi metode și mijloace de observare.

Starea problemei. O mare varietate de metode sunt utilizate în prezent pentru a controla atmosfera:

În plus față de un grup mare de metode chimice de analiză a gazelor, analizatoarele de gaze utilizate în practică utilizează o schimbare a conductivității termice a diferitelor gaze și vapori în funcție de concentrația lor sau măsoară cantitatea de căldură proporțională cu cantitatea de componentă analizată eliberată (absorbit) ca urmare a unei anumite reacții chimice la analizorii termici de gaze;

Grupul legat de electricitate include: ionizare, electrochimică și electroconductometrică (conductivitatea electrică specifică măsurată a electroliților în funcție de concentrația componentului investigat);

Analizoarele de gaz cromatografice utilizează capacitatea diferită a componentelor individuale ale gazului de a fi absorbite și desorbite de un absorbant solid sau lichid;

În analizatorii de gaze spectrale de masă, are loc timpul și divizarea spațială în grupuri de ioni de masă diferită (se efectuează ionizarea preliminară a atomilor și moleculelor neutre), conținute în probă, iar curentul ionic format din sarcina totală a particulelor de aceeași masă și caracterizarea conținutului lor relativ se măsoară;

Analizoarele optice de gaze utilizează dependența proprietăților optice ale amestecului de gaze investigat (densitate optică, radiații spectrale și absorbție, indicele de refracție) de concentrația acestuia. Optic include absorbție, spectrofotometrică, fotocolorimetrică, luminiscentă, nefelometrică și altele. ...

De regulă, toate aceste metode necesită eșantionare, ceea ce introduce erori suplimentare în valoarea măsurată. Practic, doar unele dintre metodele optice permit măsurători la distanță, obțin cu promptitudine informații despre conținutul integral și local al componentei măsurate și efectuează maparea contaminării. Apariția laserului a dat un impuls dezvoltării în continuare a metodelor optice. Capacitățile unice ale laserelor au permis ca metodele care utilizează radiația laser să ocupe un loc special printre metodele optice și alte metode de analiză a gazelor.

Metodele cu laser sunt caracterizate de: sensibilitate la concentrație ridicată (de regulă, măsurătorile se efectuează la concentrații de fond sau sub concentrații), eficiență (timpul necesar măsurării este de câteva ori mai mic decât pentru alte metode), distanță (capacitatea de a primi informații de la obiecte de la distanțe de sute, mii și chiar zeci de mii de metri de sistemul de măsurare), rezoluție spațio-temporală înaltă (până la zeci de metri). Analizoarele de gaz laser utilizate pentru monitorizare utilizează astfel de interacțiuni ale radiației optice cu mediul investigat precum: absorbția rezonantă, dispersia elastică și Raman și fluorescența. Absorbția rezonantă are cea mai mare secțiune de interacțiune. Aceasta este ceea ce determină sensibilitatea ridicată a analizorilor de gaz cu laser care funcționează prin metoda de absorbție diferențială \\ /. Pentru prima dată în 1964, această metodă a fost propusă de Scoția pentru măsurarea profilurilor de umiditate la altitudine mare. De atunci, au fost implementate în practică măsurători lidar și urme ale ozonului (Uchino și colab. Japonia, Universitatea Kuemi), SO2 (Grant și colab. SUA) și alte IGM. Odată cu dezvoltarea tehnologiei laser în țara noastră și în străinătate, au început să se dezvolte analizoare de gaz laser optice - acustice (pentru analiza gazelor locale) și cale (oferind valori integrale ale concentrației gazului studiat), precum și lidare ( LIDAR - o abreviere a cuvintelor în engleză Light Detection and Ranging), oferind informații cu rezoluție spațiu-timp pentru studierea concentrației IGM în atmosferă. Dar la începutul lucrărilor la disertație, cu rare excepții, toate au fost proiectate pentru a măsura una, maximum două componente de gaz sau au fost modele de laborator, în timp ce monitorizarea mediului necesită o analiză a gazelor multicomponente pe trasee destul de lungi (de-a lungul autostrăzilor orașului, teritoriu mari întreprinderi industriale).

După cum reiese din literatura de specialitate, regiunea IR medie a spectrului este cea mai potrivită în scopul analizei cu laser a gazelor MGS. Principalele benzi vibraționale-rotaționale ale majorității IGM-urilor sunt situate aici. Există structuri permise și linii individuale de absorbție a aproape tuturor gazelor atmosferice, cu excepția celor simple, cum ar fi N2, O2, H2.

Pe parcursul lucrării au fost îndeplinite următoarele sarcini;

Dezvoltarea unui analizor optic-acustic de gaze pentru analiza și studierea gazelor locale folosind distribuția spațială a hidrocarburilor și a altor MGM;

Dezvoltarea și crearea de analizoare cu gaz laser cu cale pentru studierea compoziției gazelor din atmosferă;

Dezvoltarea metodelor de măsurare a IGM în atmosferă;

Testarea la scară completă a dispozitivelor dezvoltate pe baza tehnicilor de măsurare dezvoltate;

Studiul dinamicii temporale a IGM în regiunile ecologice ale țării supuse unei încărcături antropice semnificative;

Crearea unui canal pentru detectarea distribuției verticale a ozonului (VRO) în stratosferă (pe baza oglinzii receptoare 0 0,5 m) CJIC;

Monitorizarea stării ozonosferei în măsurători de rutină; - studiul climatologiei ozonosferei, evaluarea tendințelor ozonului stratosferic.

Sunt prezentate pentru apărare următoarele:

Noutatea științifică a operei.

Pentru prima dată, lungimile de undă informative ale sondării atmosferice IGM au fost selectate și testate experimental;

Folosind rezultatele muncii. Datele obținute cu ajutorul analizoarelor de gaz au fost prezentate Comitetului Olimpic al URSS în anii 1979-1980. la Moscova, precum și organizațiilor de mediu din orașul Tomsk, Kemerovo, Sofia (NRB). Acestea au fost incluse în rapoartele finale ale IAO SB RAS cu privire la diverse subvenții, acorduri, contracte și programe RFBR, de exemplu, „TOR” (cercetarea ozonului troposferic), „SATOR” (cercetarea ozonului stratosferic și troposferic) și altele.

Valoarea practică a lucrării este următoarea:

Analizoarele de gaz de cale dezvoltate permit măsurarea concentrației amestecurilor de gaze la și sub MPC dintr-o listă largă de gaze poluante prioritare;

Bună coincidență a profilurilor VOD din stratosferă, măsurată prin datele lidar, ozonosonde, precum și măsurători prin satelit în cadrul erorii dispozitivelor utilizate | (cincisprezece%).

Contribuție personală. În această lucrare, am folosit rezultatele obținute fie de autorul personal, fie cu participarea sa directă. Aceasta este participarea autorului la dezvoltarea atât a schemelor generale pentru construcția de analizoare de gaze, cât și a ansamblurilor și blocurilor optico-mecanice și electronice individuale ale acestora, la efectuarea lucrărilor de instalare și punere în funcțiune. Dezvoltarea tehnicilor de măsurare, testare și expediție ^ și teste de teren ale analizatoarelor de gaz create, prezentate și în lucrare, a avut loc cu participarea directă a autorului. Din 1996, practic toate observațiile privind starea ozonosferei la CJIC au fost efectuate cu participarea activă a autorului. El a creat un canal CJIC îmbunătățit pentru detectarea distribuției verticale a ozonului pe baza unui laser XeC1 și a unei oglinzi de recepție de 0 0,5 m. Reanaliza datelor RFO efectuate de autor a făcut posibilă determinarea particularităților climatologiei ozonosferei. peste Tomsk.

Disertații similare în specialitatea „Instrumente și metode de fizică experimentală”, 01.04.01 cod VAK

Analiza gazelor de la distanță a atmosferei folosind lasere cu infraroșu multi-unde 2013, candidat la științele fizice și matematice Yakovlev, Semyon Vladimirovich
Reconstrucția caracteristicilor stratului de ozon stratosferic din date experimentale 2002, candidat la științele fizice și matematice Bondarenko, Svetlana Leonidovna
Dezvoltarea metodelor și dispozitivelor optoelectronice pentru controlul operațional cu laser al amestecurilor de gaze multicomponente de propulsori și alte substanțe toxice 2009, doctor în științe tehnice Gorodnișev, Viktor Alexandrovici
Diagnosticare cu laser de la distanță a componentelor de aerosoli și gaze din atmosferă prin metode Romanov și împrăștiere elastică 2005, doctor în științe fizice și matematice Veselovsky, Igor Aleksandrovich
Metodă pentru determinarea compoziției cantitative a amestecurilor complexe de gaze printr-un analizor optoacustic cu laser 2010, candidat la științele tehnice Eremenko, Larisa Nikolaevna

Concluzia tezei pe tema „Dispozitive și metode de fizică experimentală”, Dolgiy, Serghei Ivanovici

Concluzie

În cursul lucrării de disertație, autorul ca parte a echipei a făcut următoarele:

A fost elaborată tehnica de măsurare a IGM în atmosferă;

Au fost efectuate teste la scară completă ale dispozitivelor dezvoltate;

Perechile de lungimi de undă informative au fost testate experimental și s-au tras concluzii cu privire la adecvarea lor în scopul analizei gazelor conform MIS;

Au fost efectuate studii privind dinamica temporală a IGM în regiunile ecologice din țară, supuse unei încărcături antropice semnificative;

Lista literaturii de cercetare a disertației candidat la științe fizice și matematice Dolgiy, Serghei Ivanovici, 2004