ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В ПОТОКЕ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК Российский патент 2024 года по МПК G01N21/3504 B63H21/17 

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к контролю и измерениям концентрации молекул вредных веществ в газовой среде, и может быть использована в судовых системах экологического и технологического мониторинга, контроля выбросов судовыми энергетическими установками (СЭУ) вредных веществ, которые регламентируются требованиями Международной Конвенции по предотвращению загрязнения с судов МАРПОЛ 73/78.

Согласно требованиям МАРПОЛ 73/78 судовладельцы обязаны контролировать выбросы с отработавшими газами СЭУ таких вредных веществ, как оксиды углерода (CO, СО₂), оксиды азота (NO, NO₂), оксиды серы (SO₂, SO₃). На данный момент на судах транспортного флота задача по контролю выбросов указанных вредных веществ решается путем периодического замера их концентрации переносными анализаторами газов (например, testo 350). Такой подход не позволяет автоматически в режиме реального времени контролировать концентрации указанных вредных выбросов в потоке отработавших газов, движущихся в газоходах элементов судовых энергетических установок.

Известен анализатор состава природного газа (изобретение № 2650363, МПК G01N 21/65, G01N 21/3504), который содержит непрерывный лазер, фокусирующую линзу, газовую кювету с входным окном для ввода лазерного излучения и боковым окном для вывода рассеянного излучения под углом 90° к направлению распространения лазерного излучения, голографический фильтр, обеспечивающий ослабление рассеянного излучения на длине волны лазера, спектральный прибор, сопряженный с ПЗС-матрицей, и блок управления, в отличие от прототипа внутри кюветы, напротив окна для вывода рассеянного излучения, выполнено еще одно окно, при этом для сбора рассеянного сквозь него излучения на пути светового потока установлены дополнительно фотообъектив, голографический нотч-фильтр и второй спектральный прибор, сопряженный со своей ПЗС-матрицей, причем один из спектральных приборов регистрирует излучение в диапазоне 200-2700 см^-1, а другой - в диапазоне 3400-3800 см^-1. Такое взаимное расположение компонентов, при котором обеспечивается одновременная регистрация спектра КР анализируемого природного газа двумя различными спектральными приборами, позволяет не только сохранить регистрацию требуемых спектральных участков для полной диагностики состава природного газа, но и увеличить разрешение, а также исключить регистрацию интенсивных полос метана, находящихся в диапазоне 2800-100 см^-1. Требуемая область 3600-3800 см^-1 расширена до 3400-3800 см^-1 для регистрации крыла метана, по отношению к которому будет определяться концентрация паров воды и метанола.

Недостатком анализатора является отсутствие возможности производить измерение в газоходах элементов судовых энергетических установок концентрации таких вредных веществ, как оксиды углерода (CO, CO₂), оксиды азота (NO, NO₂), оксиды серы (SO₂, SO₃), выбросы которых регламентируются требованиями Международной Конвенции по предотвращению загрязнения с судов МАРПОЛ 73/78.

Задачей изобретения является автоматическое в реальном режиме времени измерение концентрации указанных выше вредных выбросов в потоке отработавших газов, движущихся в газоходах элементов судовых энергетических установок.

Техническим результатом является расширение возможностей контроля загрязнения воздушной среды с судов посредством реализации лазерного метода измерения концентрации вредных выбросов в потоке отработавших газов, движущихся в газоходах элементов судовых энергетических установок.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый лазерный измеритель концентрации вредных веществ в потоке отработавших газов судовых энергетических установок содержит источник излучения в виде лазера, прямоугольную с возможностью поворота лазерного излучения на 90 градусов треугольную призму, расположенные на одной оптической оси на расстоянии друг от друга собирающую и фокусирующую линзы, интерференционный светофильтр с максимумом пропускания на длине волны полосы комбинационного рассеяния света молекулами вредных веществ, фотоприемник, плату сбора данных, компьютер с специализированным программным обеспечением.

На фиг. 1 изображена оптическая схема лазерного измерителя концентрации молекул исследуемых вредных веществ в потоке отработавших газов судовых энергетических установок.

Лазерный измеритель концентрации вредных веществ в потоке отработавших газов судовых энергетических установок работает следующим образом. Луч лазера 1 с поворотом на 90 градусов прямоугольной треугольной призмой 2 через центр собирающей линзы 3 направляется в газовый поток с молекулами исследуемых вредных веществ, таких, как оксиды углерода (CO, CO₂), оксиды азота (NO, NO₂), оксиды серы (SO₂, SO₃) внутрь газохода по оси отверстия в его стенке диаметром 40 мм. Излучение комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами в направлении назад или 180 градусов собирается в параллельный пучок линзой 3 и фокусирующей линзой 4 направляется через интерференционный светофильтр 5 с максимумом пропускания на длине волны полосы комбинационного рассеяния света молекулами вредных веществ на фотоприемник 6. Выходы фотоприемника 6 излучения комбинационного рассеяния света соединены с платой сбора данных 7, работающей на линии с компьютером 8, который обрабатывает полученные данные специализированным программным обеспечением и выводит значения концентрации исследуемых молекул на экран монитора.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к контролю и измерениям концентрации молекул вредных веществ в газовой среде, и может быть использовано в судовых системах экологического и технологического мониторинга, контроля выбросов судовыми энергетическими установками (СЭУ) вредных веществ. Заявленный лазерный измеритель концентрации вредных веществ в потоке отработавших газов, движущихся в газоходах элементов СЭУ, содержит источник излучения в виде лазера, прямоугольную с возможностью поворота лазерного излучения на 90° треугольную призму, расположенные на одной оптической оси на расстоянии друг от друга собирающую и фокусирующую линзы, интерференционный светофильтр с максимумом пропускания на длине волны полосы комбинационного рассеяния света молекулами вредных веществ, фотоприемник, плату сбора данных, компьютер со специализированным программным обеспечением. При этом, для ввода лазерного излучения в поток отработавших газов элемента СЭУ, лазерный измеритель снабжен диафрагмой с отверстием 40 мм, установленной с возможностью примыкания сообщения с полостью газохода. Технический результат - возможность производить измерение концентрации в потоке отработавших газов, движущихся в газоходах элементов СЭУ, таких вредных веществ, как оксиды углерода, оксиды азота, оксиды серы. 1 ил.

Лазерный измеритель концентрации вредных веществ в потоке отработавших газов судовых энергетических установок, содержащий источник излучения в виде лазера, отличающийся тем, что на пути лазерного излучения последовательно установлены прямоугольная треугольная призма с возможностью поворота лазерного излучения на 90°, расположенные на одной оптической оси на расстоянии друг от друга собирающая и фокусирующая линзы, интерференционный светофильтр с максимумом пропускания на длине волны полосы комбинационного рассеяния света молекулами вредных веществ, фотоприемник, плата сбора данных, компьютер со специализированным программным обеспечением, при этом, для ввода лазерного излучения в поток отработавших газов элемента судовых энергетических установок, лазерный измеритель снабжен диафрагмой с отверстием 40 мм, установленной с возможностью примыкания сообщения с полостью газохода.