Способ определения объемной концентрации аэрозольных частиц Советский патент 1993 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к области TexiTi.ческой физики и метеорологии и может найти применение для опера тивного дистанционного измерения объемной концентрации загрязняющего атмосферу аэрозоля естественного и антроногенного происхождения

Цель изобретения повьшение точности определения.

На фиг. 1 схематически изображе- но распространение лазерного излучения в атмосфере; на фиг. 2 - схема устройства для реализации способа..

Описываемый способ предполага- ет фокусирование мощного лазерного излучения в исследуемой области атмосферы и создание пробоя. Пороговые интенсивности оптического излучения j приводящие к возникновеник) пробоя в атмосферном воздухе, на один-два порядка нгше, чем в технически чистом воздухе, и целиком определяются содержа-нием твердалх аэрозольных поглощающих частиц, играющих роль з-атравочных центров ионизации. Область пробоя представляет сювокупность изолированных шаровых плазменных образований, каждое из которых излучает единичный акусти- ческий 1тпульс. Сигнал, регистрируемый на дальности R от области акустики лазерного луча, равен аддитивной сумме сигналов от отдельных излчателей . ;

В то же время, дпя случая .приема

излучения под углом 180 +arctg ---

2К

где S-- заданный максимальный разме области пробоя в направлении орто- гональном направлению посылки лазерного излучения, селекция сигналов отдельных очагов будет осуществляться только вдоль линии визирования, составляющей угол 180 с направлени

ем посылки лазерного излучения-. Дей- ствительно, геометрическая разность хода дпя двух локальных очагов, разнесенных вдоль направления ойи, будет равна расстоянию Lg между ними и соответствующий временной интервал между отдельными импульсами с в принятом сигнале будет

./c,

(1)

где с - скорость распространения звука в атмосфере. Если же очаги будут разнесены п боковом направлении, то.

973

как это следует из фиг. I, соответствующая разность хода L. будет равна

L,. ,

(2)

и временной интервал между отдельными импульсами Т от этих очагов

О,

(3)

Поскольку всегда .

Таким образом, при приеме сигнала под указанным углом временной интерйал между отдельными импульсами будет определяться соотношением (l). Тогда его среднее значение

(4)

где М - количество усредняемьтх величин будет определяться средним, расстоянием Ьд между инициирующими пробой частицами аэрозоля, и объемную концентрацию N аэрозольных частиц можно определить из формулы

3

(5)

Способ реализуется следующим образом. Мощное лазерное излучение от источника (ОКГ) 1 фокусируется с помощью фокусирующей системы 2 в атмосферу на дальности R от источника, создается пробой, принимает ся акустическое излучение, создава-,

емое пробоем под углом ISQ+arctg ;-Л. 2R

относительно посланного, для че го помещают антенну 3 акустического приемника рядом с источником I. Электрический сигнал с выхода приемной антенны поступает на а1(устичес кий приемник 4, где усиливается, и поступает на устройства формирования 5, которое вырабатывает короткие п{)ямоугольные импульсы. Первый импульс измеряемой серии переключает триггер 6, и импульсы тактового генератора 7 через устройство совпадения 8 поступают на счетчики 9 и 10 импульсов. Емкость этих счетчиков одинакова и выбрана с учетом частоты тактового генератора так, что заполняется за время, большее, чем максимальное время следования измеряеой серии импульсов. Каждый импульЬ с выхода формирующего устройства сбрасывает в нулевое состояние счетчик 9 и одновременно записывается в счетчик II..

Счетчики импульсов 9, IО и 11 пв ред началом измерений импульсом сброс приводятся в нулевое состояние. Если время между измеряемыми импуЛьсами.больше времени заполнения счетчика 9, а это означает, что измеряемая серия импульсов окончилась то счетчик переполняется, и сигнал о переполнении переключает триггер 6 в исходное состояние. Импульсы с выхода устройства совпадения перестают поступать на счетчик 9 и 10.

За время измерения счетчик 10 наберет свое максимальное значение и до остановки наберет значение, про240197 ,4

порционапьное периоду следования измеряемой серии импульсов.

По окончании времени измерения J значение, записанное в счетчикэ 10, делится на значение, записанное в счетчике I) в вычислительном устройстве, в результате чего определяется среднее; значение временного интервала между импульсами, и далее поto

формуле

№

)

ts на микроэвм 12 определяется -объемная концентрация аэрозольных частиц, к6 торая выводится на устройство отоб ранения информации 13.

/i