Способ оптического определения концентрации газовых компонентов атмосферы Советский патент 1992 года по МПК G01W1/11 

Изобретение относится к оптической локации и может быть использовано для определения концентраций газовых компонентов атмосферы.

По известному способу зондирование газового компонента атмосферы производится путем посылки в атмосферу импульсов света на двух разных длинах волн, находящихся в полосе поглощения зондируемого компонента, и приема рассеянного излучения, по мощности которого определяют концентрацию компонента

Недостаток способа состоит в низкой точности определения концентрации из-за неучета взаимного влияния всей совокупности газовых компонентов и допущения определяющего влияния одного из них.

По прототипу определение концентрации газовых компонентов атмосферы производится путем посылки в атмосферу

зондирующих импульсов на четырех длинах волн, находящихся в полосах поглощения двух газовых компонентов, с трассы размещения точек посылки в направлении, перпендикулярном трассе, и приема сигналов обратного рассеяния, по которым судят о концентрации компонентов

Недостаток способа состоит в низкой точности определения концентраций газовых компонентов из-за наличия ошибки, обусловленной спектральной зависимостью показателя обратного рассеяния.

Цель изобретения - повышение точности определения концентраций газовых компонентов за счет уменьшения влияния указанной ошибки.

Для достижения цели в способе оптического определения концентрации газовых компонентов атмосферы, включающем перемещение источника зондирующих имXI

00

сЈ ел о

пульсов вдоль прямолинейной трассы, посылку зондирующих импульсов на разных длинах волн, по две длины волны А к, соответствующих полосе поглощения каждого 1-го газового компонента, из первой точки по направлению, лежащему под углом у к трассе перемещения, прием в этой точке сигналов обратного рассеяния Рн(1), Pki (2), соответственно, из первой и второй точки исследуемого объема атмосферы и обработку результатов измерений, дополнительного посылают Фондирующие импульсы из второй и третьей точек, расположенных на трассе перемещения по направлениям, лежащим под углами, соответственно, а и / к трассе перемещения, проходящим, соответственно, через первую и вторую точки исследуемого объема атмосферы и пересекающимся в третьей точке этого объема, и принимают во второй и третьей точках трассы перемещения сигналы обратного рассеяния, соответственно, (1), Pk2(3) и Pk3{2), Pk3(3), при этом у 82-90°, а arcsln (X2sin у ), ft arcsin(Xsin у ),

гдеХ

У1Г Ч

IT, Ip - соответственно, минимальный и максимальный пределы диапазона зондирования,

а при обработке результатов измерения величину концентрации каждого газового компонента NJ находят из выражения

1

22

С7,(Я2)

Zi

Pk2 (3) . Pk3

Pk2(iy Pk3

±И(11

PkiW

13 + 12 ll

01 (Ak ) - сечение поглощения в полосе i-ro газового компонента для k-ой длины волны,

k 1, 2 - порядковый номер длины волны для каждого 1-го газового компонента. - На чертеже изображена схема, реализующая предлагаемый способ.

Световые импульсы посылают из точек 2Т, 1т, Зт прямолинейной трассы с помощью перемещающегося вдоль неелидара. В точках посылки принимают сигналы обратного рассеяния и по принятым сигналам находят величины

. Pki (2) . А (2)

|п /Щ

- (Ak) + , (1)

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ln РиМ 1п ДW

(AO + CM2. (2)

. Pki(2) , А (2)

1Пgffj 1П TT-7WV- -

РИ (3) (3)

(Ak) + C -I3, (3)

где А (1)Д (2)Д (З) - показатели обратного рассеяния на длине волны Ak, соответственно, в первой, второй и третьей точках исследуемого объема атмосферы,

С - средний показатель ослабления, It, I2, з - расстояния между первой и второй, первой и третьей, второй и третьей точками исследуемого объема атмосферы, соответственно.

По найденным величинам определяют концентрацию каждого газового компонента

N| ,(Af)a,1(Ai)

.,

Pk2 (3) . Pk3 (2j . Рир),

Zk

ln

Pk2(1) PkaW Pfci(2)

b + la-h, /5)

Погре ш ность концентрации N, уменьшается при увеличении протяженности (1з + 2 - И) зондируемого участка и достигает минимума при равенстве расстояний от точек 2Т. Зт трассы до точек 30, 20 исследуемого объема, соответственно, значению 10 и при равенстве расстояния между первыми точками трассы и объема значению 1т, когда

а arcsin(X2sin у ), -(6)

/ arcsln(Xsln у ),(7)

гдеХ (8)

IP

причем угол у зависит от параметра X и находится в пределах у 82-90°.

Предлагаемый способ дает возможность повысить точность измерений концентраций газовых компонентов за счет исключения неизвестного показателя обратного рассеяния /3 k при максимальной протяженности зондируемого участка, Формула изобретения Способ оптического определения концентрации газовых компонентов атмосферы, включающий перемещение источника зондирующих импульсов вдоль прямолинейной трассы, посылку зондирующих импульсов на разных длинах волн по две длины ролны Ato соответствующих полосе поглощения каждого i-ro газового компонента, из первой точки по направлению, лежащему под угломук трассе перемещения, причем в этой точке сигналов

обратного рассеяния Рн(1), Pki(2), соответтвенно из первой и второй точек исследуемого объема, атмосферы и обработку результатов измерений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибки, обусловленной спектральной зависимостью показателя обратного рассеяния, дополнительно посылают зондирующие импульсы из второй и третьей точек, расположенных на трассе перемещения по направлениям, лежащим под углами соответственно а и /3 к трассе перемещения, проходящим, соответственно через первую и вторую точки исследуемого объема атмосферы и пересекающимся в третьей точке этого обьема, и принимают во второй и третьей точках трассы перемещения сигналы обратного рассеяния, соответственно, Pk2(1), Pk2(3) и Pk3(2). Pk3(3), при этом у 82-90°, 7-arcsinX2sin у. / arcsin X sin у,

гдеХ УН. р

IT, Ip - соответственно минимальный и максимальный пределы диапазона зондирования,

а при обработке результатов измерения величину концентрации каждого газового компонента NI находят из выражения

м1Ъ-Ъ

Ni 10

Zk

где oj (Ak ) - сечение поглощения в полосе 1-го газового компонента для к-ой длины волны.

к 1, 2 - порядковый номер длины волны для каждого i-ro газового компонента,

И, h, з - расстояние между первой и второй, первой и третьей, второй и третьей точками исследуемого обьема атмосферы соответственно.

Использование: оптическая локация, при определении концентраций газовых компонентов атмосферы. Предлагаемый способ повышает точность определения концентраций газовых компонентов за счет исключения погрешности, обусловленной различием сигналов обратного рассеяния, принимаемых на разных длинах волн. Для достижения цели посылают импульсы света с трассы размещения посылки по основному направлению и двум дополнительным направлениям, пересекающим его, с углами наклона ктрассе, зависящими отугла наклона основного направления, находящегося в диапазоне 82-90°, и от отношения минимального и максимального пределов зондирования и принимают сигналы обратного рассеяния с расстояний, не меньших минимального предела зондирования для основного направления и не превышающих максимального предела для дополнительных направлений.1 ил Ё