Способ измерения показателя поглощения жидкокапельного аэрозоля

А 1 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1/59, 2 1/ 0 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТ яно ова 1 изображ а для осуще пособа; на со временем на бл к-схематвлен предлиг. 2 - графикдавления Ре с газо-аэрооблучении ла-Т10 с, Еолны 10,6 мкмы импульсныйэнергии излуоия устройс гаемого изменен в иэмеризольнойзерным имп2 Дк/смНа фиг,ельной ячеимесью при льсом с с ино) ких а Целью олеи, бретения являетс ти иэис.рений. предстизмерит вле н и. 2 азе ние точно ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Институт оптики атмосферы СО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССР У 841483, кл. С 01 М 21/59, 1978.Вгцсе С.У., Р 1 пп 1 с 1 с К.С. 1 п-в 1 гц веавцгещепсв оГ аегово 1 аЬзогЬг 1 оп ы 1 сЬ а гевопапС сц 1 авег вресСгорЬопе. - Арр 1. Орг., 1977, ч. 16, Ф 7, р. 1762-1765.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКОКАПЕЛЬНОГО АЭРОЗОЛЯ (57) Изобретение относится к лазерному зондированию атмосферы, к способам определения и контроля параметров атмосферных аэрозолей, к области охраны природы и контроля загрязнений атмосферы, в частности к способам измерения показателя поглощ ния жидких аэрозолей. Цель изобретения - повьпдение точности измерений, Способ заключается в посылке лаэерИзобретение относится к лазерному зондированию атмосферы, к спосо бам определения н контроля параме 1 ров атмосферных аэрозолей, к области охраны природы и контроля загрязнений атмосферы, в частности к способам измерения показателя поглощения ного излучения в объем, содержащий исследуемый аэрозоль, приеме возникающего в исследуемом объеме акустического излучения и измерении его давления, по которому судят об искомом параметре. Новыи в способе является то, что используют импульсное лазерное излучение с длительностьюс 10 с, измеряют амплитуду первого пика акустического давления, а об искомом параметре судят по формуле а РО р/(РЕ)Д, где а - показатель поглощения аэрозоля на длине-1 волны лазерного излучения, м ; Р значение амплитуды давления первого пика акустического излучения, Па; 3 Р, - начальное давление газа в исследуемом объеме, Па;- начальная плотность газа, кг/м; 0 в - удельная теплота испарения вещества аэрозоля, Дк/кг; Е - плотность энергии в импульсе лазерного иэлученйя, Дк/мфВ основе изобретения - впервые обнаруженный авторами эффект временной селекции акустических сигналов .от аэрозольной и газовой составляющих. 2 ип.Ш Р др оде р йс р фгде У удель 20 35где а 40 3 150чення, разделительное зеркало 3, измерительная кювета 4 с открьпыми торцами, непрерывно прокачиваемая газоаэроэольная смесь 5 (система прокач"ки не показана), датчик 6 давления,усилитель 7 электрического сигнала,регистрирующая и обрабатывающая система 8.Иассовая концентрация аэрозоля(вода) принималась равной реальнонаблюдаемым в атмосфере значениями5 10 г/см . Состав газа в .ячей-Фке соответствует обычному воздухупри Р - 1,01 10 Па и ), = 1,29 кг/м.На фиг. 2 отдельно пунктиром нанесенход давления Р , соответствующегоаэрозольной компоненте, и Р , соответствующего газовой составляющей.Способ основан на эффекте временной селекции акустических сигналовот аэроэольной и газовой составлякзцей при их облучении коротким импульсным лазерным излучением (длительность импульса ь с. 10 с), т.е.наличия двух пиков в сигнале давления. Временная селекция сигналовпроисходит из-за более быстрого процесса формирования избыточного давления при поглощении излучения аэрозолем, чем газом, Можно выделить триосновных механизма в гаэоэрозольнойсмеси:1) поглощение излучения газом;2) нагрев газа поглощающюки кэлумчение частицами в результате эффектов теплопроводности и конвекции;Э) выброс частиц массы аэрозольных частиц в гаэ в результате ихинтенсивного испарения, что приводитк увеличению плотности газовой смеси.Время проявления первых двух ме"ханизмов имеет один порядок (10 с)Третий же механизм протекает значительно быстрее. Более того, он является тем более доминируищим, чемкороче импульс воздействующего излучения и чем интенсивнее исларениечастиц. В результате при облучениигазоаэрозольной смеси импульсамиг -5излучения с длительностью ( 10 сдавление в ней повышается как бы вдва этапа. Сначала за времяс.испаряется азрозольная компонента,затем за время ь - 10 " с откликается газовая,Известно, ято усредненное давление Р н измс рии л ной ячейке (без 1707звуковой составляющей), облученнойизлучением, может быть определеноиз решения системы уравненийдР д Р-Р,5 - ( 1 - 1) - (рО) ная внутренняя энергия газа;- плотность газа;- показатель адиабаты газа 15- время тепловой релаксацияячейки;Р - атмосферное давление;- плотность внешних тепловыхисточников;- время.Авторы решили систему (1) дляслучая смеси (газ + жидкий аэрозоль)при наличии Фазового перехода и КОроткого воздействия импульса. Изрешения следует наличие двух пиковв сигнале давления, причем максимумаэроэольной составляющей давленияР достигается к концу импульсаизлучения, а, следовательно, эа времена (10 с. Максимальное значениеР равно- показатель поглощенияаэрозоля, м ",Р, - значение амплитуды давлеНния первого пика акустического сигнала, ПаР - начальное давление газав ячейке, Па;- начальная плотность.газа Дж/кгпв45 Е - плотность энергии в юкпульсе лазерного излучения,Дж/м,Ое - удельная теплота испарения вещества аэрозоля,50 Дк/м .Способ осуществляется следующимобразом. Лазерное излучение от импульсного лазара 1 через разделитель- ное зеркало 3 попадае в измеритель 55 ную кювету 4 и на измеритель энергии1 нзлучения 2, Измерительная кюветапредставляет собой нерееонансную оптико-акустическую ячейку с открытыми торцами, через которые кепрерыв(2) 20 щ Р 5- (м ) о р о где 1) .а 5 1501 но прокачцваетс:я фи следуемая смесь 5 для избежания осаждения на стенках ячейки. Вознп а 11.ее акустическое йзлучение принмается датчиком 6 и5 через усилитель 7 поступает на вход регистрирующей системы 8, Последняя может представлять собой либо запоминающий осциллограф с хорошим временным разрешением ( ( 10 с), либо 10 комбинированную электронно-вычислительную систему. После обработки сигнала с датчика 6, заключающейся в снятии значения амплитуды давления первого пика акустического сигнала, 15 искомое значение показателя поглощения аэрозоля вычисляют по форму- ле П р и м е р, В результате измерений получено значение Р щ 16,5 Пв (фиг. 2). Известно, что аэрозоль 25 водный с Я щ 2,5.10 Лж/кг, а давфление окружающего воздуха Р1,0110 Па и его плотность , щ щ 1,29 кг/м . Плотность энергии в импульсе излучения СО -лазера 30 (10,6 мкм) составляла Е = 210 Дж/мф. Подставляя эти значения в (2), получим значение показателя поглощения аэрозоля а щ 2,610 м на длине волны10,6 мкм.Использование описанного способе измерения показателя поглощения жидкокапельного аэрозоля обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности измерений 40 показателя поглощения. Действительно, потери излучения нв отражение и поглощенИе при прохождении кюветы, заполненной одним газом, с окнами, выполнениьвки, например, из ВаР (для 7076- 10,6 мкм), сгц тающтнт 77 на каждом окне, Ошибка 77. в измерении энергии излучения Г согласно расчетной формуле вызовет ошибку в 147 при вычислении показателя поглощения. Поскольку изобретением не предусмотрено использование дополнительной кюветы с газом, то и измерение показателя поглощения по предлагаемому способу точнее на 147.Формула и з о б р е т е н и яСпособ измерения показателя поглощения жидкокапельного аэрозоля, заключающийся в том, что направляют в исследуемый объем лазерное нэлуче- ние, регистрируют возникшее в исследуемом объеме акустическое излучение, измеряя акустическое давление, по величине которого судят о показателе поглощения жидкокапель- . ного аэрозоля, о т л и ч в ю щ и Й- с я тем, что, с целью увеличения точности измерений, направляют в исследуемый объем импульсное лазерное излучение с длительностью импульса не более 10-с, измерение акустического давления проводят, регистрируя значение амплитуды Р давления первое го пика акустического излучения, а показатель поглощенияа аэрозоля определяют из выраженияудельная теплота испарениявещества аэрозоля, Да/кгначальная плотность газакг/м,начальное давление гвзв,Па;плотность энергии е юшульсе лазерного излучения,Дв/м1501707 Фиа 1 Корректор Т. Мале наб М тоиэводственно-иадательский комбинат "Патент", г, Уагород, ул, Гагарина 1 О 1 Составитель В. Калечитор И. Хмелинина Техред М,Ходанич Заказ 2818 /ЛСП ТирааВНИИПИ Государстве а по изобретени 11 Ж, Раушская нного комитет 3035, Москва,одписноеи открытиям при ГКНТ СССРд 4/5