Способ определения полуширины и интенсивности линий поглощения газов Советский патент 1979 года по МПК G01J3/42 

,

СД/„ i то интенсивность прошедшего излучения в момент времени () 2/4 описывается формулой . -./iHcos(K4 + fj,(5) где - длительность посылаемого импульса;vo - несущая частота падающего пмnyjujca;Л - множитель, зависящий от энергии исходного сигнала, по независяший от времен и t. В формулах (4), (5) и далее считается, тго Y измеряется в S - в . Отметим, что величина т 45г/у в (4) представляет собой оптическую плотность трассы длиной z на центральной частоте v v линии поглощения. Время / в (5) отсчитывается от момента прихода начала импульса в конечную точку трассы. Из формз-лы (5) следует, что при выполнении условий (4) временная зависимость / не зависит от исходного светового импульса, определяющего лишь величину интенсивности. Поэтому в соответствии с формулой (5) по регистрируемой временной зависимости интенсивности прошедшего излучения можно определять полуширипу и иитенсивность липии поглощения газа. На чертеже в логарифмическом масщтабе показана зависимость I от t при i 0,6; 45г 7сД/имп 0,04; 50. Видно,что интенсивность излучения осциллирует во времени. Значения моментов времени /j и 2, в которые интенсивность минимальна, связаны с интенсивностью линии уравнением y4Szcf + (n + J. (6) где п 1, 2. Следовательно, измерив зависимость / от и определив на графике моменты времени t и 2, можно найти интенсивность линии согласно соотношению 4zc(yt, - ytiY Из (5) и (7) следует, что, зная ti и 2, можно найти моменты времени /3 3,06 (К - К/Т); . 2,47,, (8) удовлетворяющие условию cos , И, определив по графику интенсивности /3 и /4 в моменты времени t и tt, найти полуширину линии поглощения по соотношению

,36

(9)

2r.сп(з I I В таблице для разных значений оптиче-45гскои плотности приведены основные характеристики временной зависимости интенсивности излучения c(), c(), отношение интенсивностей /4//з; Г - отношение интенсивности в момент времени /з к амплитуде исходного светового импульса при ,04. При увеличении величина г возрастает пропорционально ). Эти данные позволяют оценить основные требования, предъявляемые к аппаратуре для реализации предлагаемого способа: временное разрешение, динамический диапазон измеряемых интенсивностей, чувствительность. Можно показать, что оптимальная для измерений длина трассы находится в ин1/ 1тервале „ . .- i - Раз25сДгимп5сД импность времени между минимумами ЮД/имп при z 4- 1 20А4мп при , т. е. временное разрешение регистрируюш,ей аппаратуры должно быть порядка Пример. Для определения параметров линии вращательной структуры А - полосы атмосферного кислорода на слой газа посылается импульс длительностью л;4-10 2 с Тогда, выбирая трассу длиной ,5 км и регистрируя временную зависимость интенсивности прошедшего излучения по графику этой зависимости, находим положения минимумов i l,83-10 с и t2 5,67-10, по соотношениям (8) вычисляем моменты времени з 3,2-10 с и 7,9-10- с, далее по графику находим интенсивности /з 2,6-10- и ,710 и по соотношениям (7) и (9) определяем значения интенсивности линии 5 3,15 см и полуширины линии ,102cM-i. Погрешность определения полуширины линии в данном случае равна 0,002 , в то время, как для суш,ествуюш;их способов (для прототипа) погрешность составляет 0,01-0,05 см-1. Важно, что в отличие от прототипа, способ применим тем лучше и, следовательно, его преимущества тем значительнее, чем меньше полуширина спектральной липии. Действительно, если, например, при постоянстве интенсивности линии S уменьшается величина у, то увеличивается величина т 45г;/у и, следовательно (см. табл.), уменьшается перепад интенсивностей между максимумами при

сохранении требуемых временных разрешений аппаратуры и трассы длиной г. С другой стороны, в этом случае можно увеличить длительность импульсов , уменьшить трассу и, тем самым, увеличить разность времени между минимумами (и максимумами) при сохранении перепада интенсивностей.

Кроме того, способ обеспечивает экспрессность измерений за счет посылки лишь одного светового импульса.

Формула изобретения

Способ определения полуширины и интенсивности линий поглощения газов, основанный на том, что излучение направляют на слой исследуемого газа и регистрируют интенсивность прошедшего через слой исследуемого газа излучения, по которому судят об исследуемых параметрах, отличающийся тем, что, с целью обеспечения экспрессности и повышения точности определения характеристик узких спектральных линий, на слой газа направляют пикосекундный световой импульс, регистрируют зависимость интенсивности прошедшего излучения от времени и определяют интенсивность и полуширину линии поглошения газа из следующих соотношений:

7

S4гс(|%-| 1У

0,34

.„i-1,36,

Avcr.t.

S-интенсивность лигдении поглощения;

V-полуширина линии;

Z - длина трассы;

с-скорость света; 1 и tz-моменты времени, соответствующие двум соседним минимумам зависимости интенсивности излучения от времени;

/з 3,06(К 2-Yt -моменты времеи , ни, в которые определяются значения интенсивностей /3 и /4. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Адике Т. Г., Дианов-Клоков В. И. Известия АН СССР, т. IV, № 10, 1968. Серия

«Физика атмосферы и океана.

2.Годлевский А. П., Зуев В. Е., Лопасов В. П., Макагон М. М. Тезисы докладов Всесоюзного симпозиума по молекулярной

0 спектроскопии высокого и сверхвысокого разрял ения, Томск, 1972.

ti .г

«fcf