Способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере Советский патент 1993 года по МПК G01J1/56 

к нелостаткам этого способа следует отнести сложность математического аппарата, большие затраты машин ного времени, а также неполная замкнутость задачи, требующая априорного задания некоторых из параметров многопараметрической функции распределения по размерам, что приводит к снижению точности и усложнению приема сигнала с Кроме того, теория Ми дл твердых частиц с формой, отличающейся от сферической,, разработана тольк для частных случаев и требует применения мощных ЭВМо Целью изобретения является повышение точности измерений. Указанная цель достигается тем, что интенсивность второго луча с дли тельностью импульса не менее изменяют плавно от 10 до 10 Вт/см при этом измеряют разность энергии рассеянного излучения от слабого луча в присутствии мощного луча ив его отсутствие и по изменению разности энергий рассеянного излучения в зависимости от интенсивности мощного излучения вычисляют распределение частиц по размерам Ланный способ определения распределения частиц аэрозоля по размерам основан На эффекте ориентации частиц под действием светового давле- нийо Известно, что движение тела в жидкости, газе произвольной формы бу дет устойчивым в том случае, если тело движется вперед своей широкой стороной Обьтчно в атмосфере аэрозол движутся вместе с потоком и поэтому их ориентации не происходит Кроме этого, броуновское движение частиц также приводит k разориентации частиц в атмосфере,, Если, на данные частицы naлaet мощное электромагнитное излучение, то ггод действием световог давления ча.стицы приобретут определенную скорость движений относительно окружающей среды. При интенсивностях 10 -10 Вт/см2, соответственно, для частиц размером 10-0,1 мк скорость часТиц будет превосходить среднеквадратичную скорость броуновского движения на порядок и поэтому именно она будет ответственна за ориентацию частиц в атмосферео Связь между,интенсивностью мощного излучения I, необходимого для раз гона частиц до скорости, большей среднеквадратичной скорости броуновского движения и размером частицы d выражается в виде а (1) где fi( - коэффициент динамической вязкости среды; С - .скорость света; р - плотность частицы, К - постоянная Вольцмана; поперечник светового давления;Т - температура среды Из данного выражения видно, что при увеличении интенсивности все более мелкие частицы будут разгоняться световым давлением до скорости больше скорости броуновского движения, и, если они не сферически, что справедливо для твердых частиц, то соответственно будут ориентироЕатьсяс Таким образом, увеличивая интенсивность излучения, ориентируем все более мелкие частицыс Другое зондирующее излучение, проходя сквозь аэрозольную среду, рассеивается на частицах Изменение рассеяния зондирующего излучения частицами в присутствии мощного излучения и без него будет обусловлено лишь частицами больше определенного размера, связанного с интенсивностью мощного излучения выше приведенным выражением,, Скачок энергии рассеянного света под углом ой к зондирующему лучу в присутствии мощного излучения и без него запишем в виде UW J (q)j(a)-(f;(a))f(a)x ylNvda, где f(a) - функция распределения частиц поразмерам; N - число частиц в единице объема; V - зондирующий объем; MDtCa) Cf(a) -функции размера частиц, учитывающие изменение индикатриссы рассеяния, сечения рассеяния от размера соответственно для ориентированных частиц и не ориентированныхс Из данного выражения найдем функ цию распределения частиц по размерам и, применив условие нормировки j f(a )da 1, получим , - . 9uW Фс) ТГ f(a) Tv-JU)|f а. Функция Срр (а) q(a)-Lpj(a) определяется экспериментально в лабораторных условиях по изменению рассеяния зондирующего луча ориентированными и неориентированными частиц ми uW с известной функцией распределения частиц по размерам fдц (а) /f..S- (3) Таким образом, изменяя интенсивность мощного излучения от 10 до 10 Вт/см, по изменению рассеивающего зондирую1цего излучения ориентированными частицами по сравнению с неориентированными определяется распределение частиц по размерам согласно полученному выражению. Для реализации предлагаемого спо соба определения распределения твер 46 дых частиц по размерам в атмосфере возьмем источник зондирующего излучения - лазер на аргоне с длиной волны 0,52 мк и источник мощного излучения - лаяер на стекле с неодимом 1,06 мк в режиме свободной генера ции о Излучения обоих лазеров совмещают и пропускают сквозь исследуемую средуо Измеряется изменение энергии рассеянного зондирую1цего излучения частицами среды в присутствии излучения лазера с длиной волны 1,06 мк и без него при интенсивностях мощного излучения, плавно изменяющихся со скоростью не более Ю Вт/см с от 10 до 10 Вт/см2 в лабораторных условиях с известной функцией распределения частиц по размерам в атмосферео По снятым зависимостям согласно полученным выражениям (l), (2), (З) вычисляется распределение размеров частиц в атмосфере Сравнительные испытания данного способа показали, что он позволяет повысить достоверность прогноза погоды, может успешно применяться для борьбы с загрязнениями воздушного бассейна выбросами промышленного происхождения о