Способ определения распределения твердых частиц по размерам в атмосфере

(51) 5 Г НТНО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ те из оль ые ного изме ного тенс ляют рам,к способам вердых цас ре и может рологии и ий воздушосителени в атмосфно в мете загрязне особ опререления разлаков с использованиеии по величине степенссеянного излучения иорного заданияя частиц по разпределения средх частиц, сложч ть а деле ддя блац(71) Институт оптики атмосферы СО АН СССР(72) Й.Д.Копытин и С,Р,Шишигин (56) Тябов А,Е. Определение микроструктуры капельных облаков с исп зованием лазерной локации. Тезисы докладов Ч Всесоюзного симпозиума по лазерному зондированию атмосфер ,Томск, 1976 г с. 123.Костин Б,С, и Наац И,Э. "Обратн задачи аэрозольного светорассеяния в лазерной локации атмосферы", Тез сы докладов ТТ 1 Всесоюзного симпоз ма по лазерному зондированию атмосферы, Томск, 1974, с. 147.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕ ДЕЛЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАИ Изобретениеизмерения расптиц по размерабыть использослужбе контролного бассейнаИзвестен смера капель облазерной локаполяризации роблаком,НеобходимоФункции распрмерам в облакнего радиуса В АТМОСФЕРЕ, по которому в исследуемую область пространства по одному направлению посылают на разных частотах два лазерных луча, один из которых имеет интенсивность не более 10 Вт/см 2, и регистрируют рассеянное излучение, о т л и ч а ю щ и й с ям, что, с целью повышения точностимерений распределения частиц по размерам, интенсивность второго луча длительностью импульса не менее 10 с изменяют плавно от 10 з до 10 Вт/см 2, при этом измеряют. разность энергий рассеянного излучения от слабого луча в присутствии мощлуча и в его отсутствие, и понению разности энергии рассеянизлуцения в зависимости от инивности мощного излучения вычисраспределение частиц по разменость математического аппарата, невозможность определять размеры твердых частиц накладывает ограничениена область применения данного способа и снижает точность измерений,Наиболее близким по техническойсущности является способ опререленияраспререления твердых частиц по раз"мерам в атмосфере, по которому в исследуемую область пространства по одному направление посылают на разныхастотах два лазерных луча, один изкоторых имеет интенсивность не более10 Вт/см 2 и регистрируют рассеянное излучение.К недостаткам этого способа следует отнести сложность математического аппарата, большие затраты машинного времени, а также неполная замкнутость задачи, требующая априорного задания некоторых из параметров многопараметрической Функции.распределения по размерам, что приводит к снижению точности и усложнению прие ма сигнала. Кроме того, теория Ии для твердых частиц с Формой, отличающейся от сферической, разработана только для частных случаев и требует применения мощных )ВМ,Целью изобретения является повышение точности измерений. 15 Указанная цель достигается тем, что интенсивность второго луча с дли-з 20 тельностью импульса не менее 10 с изменяют плавно от 10 З до 10 Вт/см 2, при этом измеряют разность энергии рассеянного излучения от слабого луча в присутствии мощного луча и в его отсутствие и по изменению раз ности энергий рассеянного излученияв зависимости от интенсивности мощного излучения вычисляют распределение частиц по размерам.30Ланный способ определения распреде" ления частиц аэрозоля по размерамоснован на эффекте ориентации частиц под действием светового давления. Известно, что движение тела в жидкости, газе произвольной Формы бу- ЗБ . дет устойчивым в том случае, еслитело движется вперед своей широкойстороной, Обычно в атмосфере аэрозолидвижутся вместе с потоком и поэтомуих ориентации не происходит. Кромеэтого, броуновское движение частицтакже приводит к разориентации частиц в атмосфере. Если на данные частицы падает мощное электромагнитное 45излучение, то под действием световогодавления частицы приобретут определенную скорость движения относительно окружающей среды. При интенсивностях 10 ЗВт/смз, соответственно, для частиц размером 10-0,1 мк 50скорость частиц будет превосходитьсреднеквадратичную скорость броунов"ского движения на порядок и поэтомуименно она будет ответственна заориентацию частиц в атмосфере.Связь между, интенсивностью мощного излучения 1, необходимого для разгона частиц до скорости большей среднеквадратичной скорости броуновского движения и размером частицы авыражается в виде где р - коэффициент динамической вязкости среды;С -,скорость света;- плотность частицы;К - постоянная Больцмана;К - поперечник светового давлеания;Т - температура среды,Из данного выражения видно, чтопри увеличении интенсивности все более мелкие частицы будут разгонятьсясветовым давлением до скорости больше скорости броуновского движения,и, если они не сферически, что справедливо для твердых частиц, то соответственно будут ориентироваться, Таким образом, увеличивая интенсивностьизлучения, ориентируем все более мелкие частицыдругое зондирующее излучение, проходя сквозь аэрозольную среду, рассеивается на частицах. Изменениерассеяния зондирующего излучения частицами в присутствии мощного излучения и без него будет обусловлено лишьчастицами больше определенного размера, связанного с интенсивностьюмощного излучени выше приведеннымвыражением.. Скачок энергии рассеянного светапод углом М к. зондирующему лучу вприсутствии мощного излучения и безнего запишем в виде1аа = 1 (ца(а)-ф (а Г(а ) хЮх 1 ЯЮа ,где 11 а) - Функция распределениячастиц по размерам;Н - число частиц в единицеобъема;- зондирующий объем;ЯмЬ )(а) -Функции размера частиц,учитывающие изменениеиндикатриссы рассеяния,сечения рассеяния от размера соответственно дляориентированных частиц ине ориентированных,5 6Из данного выражения найдем Функ. цию распределения частиц по размерам и, применив условие нормировкий(а )Оа = 1, получимо(а)Йа 89404 бдых частиц по размерам в атмосФеревозьмем источник зондирующего излучения - лазер на аргоне с длиной вол"ны 0,52 мк и источник мощного излучения - лазер на стекле с неодимом1,06 мк в режиме свободной генерациии.Излучения обоих лазеров совмещают и пропускают сквозь исследуемуюсреду, Измеряется изменение энергиирассеянного зондирующего излучениячастицами среды в присутствии излу"цения лазера с длиной волны 1,06 мк 15 и без него при интенсивностях мощного излучения, плавно изменяющихсясо скоростью не более 10 З Вт/см 2 сот 10 З до 10 Вт/смз в лаборатор"ных условиях с известной Функцией 20 распределения частиц по размерам ватмосФере. По снятым зависимостямсогласно полученным выражениям 1),.размеров частиц в атмосФере.Сравнительные испытания данногоспособа показали, что он позволяетповысить достоверность прогноза погоды, может успешно применяться дляборьбы с загрязнениями воздушного Зо бассейна. выбросами промышленногопроисхождения. Функция Ю(а) = Ц (а)-(Р,(а) определяется эксперимейтально в лабораторных условиях по изменению рассеяния зонлирующего луча ориентированными и неориентированными частицами ДИ с известной Функцией распределения частиц по размерам й (а)у (а)-- /Г (а) (3)Эа .вК За ла 8 Таким образом, изменяя интенсивность мощного излучения от 10 З до 10 Вт/см 2, по изменению рассеивающего зондирующего излучения ориентированными частицами по сравнению с неориентированными определяется распределение частиц по размерам согласно полученному выражению.,Гля реализации предлагаемого способа определения распределения тверСоставитель А.ФилипповРедактор О.Филиппова Техред И.Иоргентал Корректор Е,Папп Заказ 1093 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101