Способ дистанционного измерения параметров пространственного распределения концентрации аэрозоля в атмосфере и устройство для его осуществления
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
СОЮЗ СОВЕТСКСОЦИАЛИСТИЧЕРЕСПУБЛИК 1812535 А АВТОР У СВ ТВУ Цель изобретения сти и сокращение вре раметров пространств концентраций аэрозолНа фиг. 1 привед щий предлагаемый сп кциональная схем- повышение точномени определения паенного распределения ей в выбросе.ен график, поясняю- особ; на фиг. 2 - фуна предлагаемого ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССР 3 Ф 833061, кл, 6 01 В/ 1/00, 15.01.80.Авторское свидетельство СССР М 606442, кл. 6 01 Ю 1/ОО, 01.08,76, (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОЗОЛЯ В АТМОСФЕРЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(5) Изобретение относится к локационным системам, Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения. Устройство содержит импульсный лазерный излучатель, вход которого соединен с выходом синхронизатора, первую фокусирующую систему, сканер, фотоприемник, выход которого соединен с усилителем, выходом соединенным с первым входом измерителя пространственного распределения концентраций, соединенного с первым входом блока определения предварительных значений скорости и угла сноса, выходы которого соединены с первыми входамипервых запомиИзобретение относится к локационным системам и может быть использовано для дистанционного измерения параметров атмосферы с помощью лидаров, а также для экспресс-контроля за текущими и суммарными показателями в газовых выбросах промышленных предприятий,)3 6 01 Я 17/00//С 01 Ю 1/00 нающих устройств. Непрерывный лазерный излучатель оптически сопряжен со светоделителем и второй фокусирующей системой, оптически сопряженной через светоделитель с гетеродинным фотоприемным устройством, выход которого соединен с последовательно подключенным усилителем, смесителем, второй вход которого соединен с управляемым гетеродином, а выход - с последовательно соединенными усилителем промежуточной частоты, измерителем частоты и суммирующим масштабирующим усилителем, выходы которого соединены с первыми входами вторых запоминающих устройств вторые входы которых, а также вторые входы других третьих запоминающих устройств соединены с соответствующими выходами синхронизатора, Первые входы третьих запоминающих устройств со единены с блоком определения угла разворота сканера. Выходы вторых и третьих запоминающих устройств соединены с соответствующими входами блока измерения скорости сноса и соответствующими входами Б блока измерения угла сноса, Выходы первых запоминающих устройств соединены с входами блока определения предварительных значений допплеровской скорости выброса и угла сноса. Работа некоторых блоков синхронизирована,2 с. и 2 з,п.ф-лы,4 ил,1812535 первым входом второго сумматора 36, второй вход которого соединен с блоком смещения 37, а выход которого через блок извлечения корня 38 соединен со вторым входом первого умножителя 33, Первые входы первого и второго умножителей 33 и 34 соединены соответственно с выходами первого и второго делителей 31 и 32, входы которых являются соответственно первым и 0 вторым входами блока определения скорости сноса, а входы сумматора 29 являются третьим и четвертым входами блока определения скорости сноса выброса, выходом которого является выход первого умножителя 23.Блок определения угла сноса 28 (фиг. 4)содержит первый сумматор 39, подсоединенный своим выходом к блоку косинусов 40 и блоку синусов 41, два умножителя 42 и 43, первые входы которых соединены с выходами блоков косинуса 40 и синуса 41 соответственно, второй сумматор 44, йервый вход которогосоединен с выходом первогоумножителя 41, делитель 45, первый и второй входы которого соединен с выходами второго сумматора 44 и второго умножителя 43 соответственно, и блок арктангенса 46, вход которого соединен с выходом делителя 45, а выход является выходом блока измерения угла сноса выброса, При этом входы первого сумматора 39 являются первым и вторым входами блока измерения угла сноса 28, а объединенные входы умножителей 42 и 43 и второй вход второго сумматора 45 - третьим и четвертым входами блока измерения угла сноса 28 соответственно,Реализация способа и функционирование устройства осуществляется следующим образом.Оптическая ось системы направляется вточку начала выброса (1).Импульсный лазерный излучатель поддействием команд блока 2 синхронизации формирует первый световой импульс, который фокусируется передающим каналом оптической системы 3 и с помощью сканера 4 излучается в начальную точку выброса (1) (фиг. 1, 2), Рассеянное выбросом оптическое излучение через сканер 4 попадает в приемный канал оптической фокусирующей системы 3, которая фокусирует принятое оптическое излучение на фотоприемнике 5.Сформированный фотоприемником электрический сигнал усиливается усилителем 6 и поступает в измеритель 7, который определяет распределение по дальности концентрации загрязняющих веществ ав выбросе по направлению зондирования.Это распределение имеет вид зависимости Я(й), где Й - текущая дальность до точек устройства; на фиг. 3 и 4 - функциональныесхемы блоков определения скорости сносаи угла сноса,Нэ фиг. 1 изображены 1 - точка выброса; 2 - точка повторного зондирования импульсным лазерным излучателем ипостоянным лазерным излучателем; 3 -точка повторного зондирования постояннымлазерным излучателем,Устройство содержит (фиг, 2) импульсный лазерный излучатель 1, вход которогосоединен с выходом синхронизатора 2, первая фокусирующая система 3, сканер 4, фотоприемник 5, выход которого соединен сусилителем 6, выходом соединенный с первым входом измерителя пространственного,распределения концентраций 7, соединенного с 1 входом блока определения предварительных значений скорости и угла сноса8, выходы которого соединены с первыми 20входами запоминающих устройств 9 и 10,Непрерывный лазерный излучатель 11 оптически сопряжен со светоделителем 12 ивторой фокусирующей системой 13, оптически сопряженной через светоделитель 14 с 25гетеродинным фотоприемным устройством15, выход которого соединен с последовательно подключенным усилителем 16, смесителем 17, второй вход которого соединенс управляемым гетеродином 18, а выход - с 30последовательно соединенным усилителемпромежуточной частоты 19, измерителемчастоты 20 и суммирующим масштабирующим усилителем 21, выходы которого соеди. нены с первыми входами запоминающих 35устройств 22 и 23, вторые входы которых, атакже вторые входы запоминающих устройств 24 и 25, соединены с соответствующими выходами синхронизатора. Первыевходы запоминающих устройств 24, 25 соединены с блоком определения угла разворота сканера 26, Выходы запоминающихустройств 22, 23, 24, 25 соединены с соответствующими входами блока определенияскорости сноса 27 и соответствующими входами блока определения угла сноса 28. Выходы запоминающих устройств 9, 10соединены со входами блока определенияпредварительных значений допплеровскойскорости выброса и угла сноса 28, Работа 50блоков 8, 9, 10, 26 синхронизирована,Блок определения скорости сноса (фиг.3) содержит сумматор 29, выход которогосоединен с блоком синусов 31, первый 31 ивторой 32 делители, первый и второй умножители 33 и 34, и блок косинусов 35, приэтом выходы блоков синусов 30 и косинусов35 соединены соответственно со вторымивходами первого делителя 31 и второго умнажителя 34, выход которого соединен с1812535 зондирования, Измеренные значения зависимости Я(В) подаются в блок 8 определения предварительных значений скорости и угла сноса выброса, где они запоминаются под действием соответствующей команды блока 5 2 синхронизации.После этого блок 2 синхронизации выдает команду в блок 26 определения угла разворота сканера, под действием которой сканер 4 разворачивает оптическую ось си стемы вдоль сноса выброса на небольшой угол а 1 (0,5 - 1,5 о).Затем импульсный лазерный излучатель 1 формирует второй оптический импульс, который через оптическую 15 фокусирующую систему 2 и сканер 4 направляется в точку (2) вдоль направления распространения выброса, и измеритель 7 аналогичным образом по отраженному сигналу определяет второе значение распреде ления по дальности загрязняющих веществ Яг(В) по направлению второго импульсного зондирования, Полученное распределение Яг(В) также поступает в блок 9 и запоминается. 2На основании данных, полученных при первом и втором импульсном зондированиях. блок 8 определения предварительных значений скорости и угла сноса выброса рассчитывает предварительные оценки ве личин скорости сноса выброса чпр и угла сноса Лпр. Для этого блок 8 определяет дальности до точек максимальной концентрации загрязняющих веществ в выбросе Й 1 и В 2 по первому и второму направлениям 35 импульсного зондирования по формуламнмайс3 31(В)ВСЯДминй40Х 31 (В) СЗЯВмин) й й (й) й дйЙмин 13(й)бйЙмин л ЬЬ = Йми Полученные в блоке 8 приближенные 5 значения чпр и Лпр запоминаются в ЗУ 9 иЗУ 10 под действием соответствующих команд блока 2 синхронизатора, Схема 29 вычисляет приближенное значение допплеровской скорости выброса и угла 0 сноса второго импульсного зондирования вточку выброса (2) чдоппл.пр. = упр 31 п Лпр ппл5 где Х-длина волны излучения непрерывного СО-лазера(10,бмкм), Ьн-промежуточная частота усилителя 19 промежуточной часто 3 Яг (В) Й сЯмин маркс Вми После этого производится допплеров ское зондирование выброса в направлении(2)(фиг,2). Для этого излучение непрерывного СО-лазера 11 через светоделитель 12, вторую фокусирующую оптическую систему 13 и сканер 4 направляется вдоль оптиче ской оси по направлению второго импульсного зондирования в точку выброса (2), Рассеянный выбросом допплеро вский оптический сигнал через сканер 4, вторую фокусирующую оптическую систему 13 и светоделитель 14 направляется в гетерогде Вмакс - максимальная дальность импульсного зондирования, Вмин - минимальная дальность зондирования, Предварительные значения направления угла сноса выброса определяются зависимостьюВ 23 и а 1В 1 - Вг соза 1Лпр = аГС 19а приближенное значение скорости сноса выброса - формулой (рис.2) 1 - Й 2Чпр Чдиф ю д-р -д"р где чдиф - скорость диффузии вредных веществ в атмосфере (являющаяся постоянной величиной для данного района наблюдения; ЛЯ 1 и Ь Вг- толщина выброса при первом и втором импульсном зондированиях: и на основе вычисленного значения устанавливает частоту управляемого гетеродина18 допплеровского лидара равной= агстдЯ динное фотоприемное устройство 15, где принятый допплеровский оптический сигнал смешивается с опорным оптическим излучением, ответвленным из лазерного излучения непрерывного СО-лазера 11 с помощью второго светоделителя 12.Выделенный гетеродинным фотоприемным устройством 15 допплеровский сигнал с частоты 1 д 1 (сигнал Раэностной частоты) усиливается усилителем 16 и посту пает в смеситель 17, который, используясигналы управляемого гетеродина 18, переносит спектр допплеровского сигнала на промежуточную частоту. Сигнал промежуточной частоты усиливает усилителем 19 промежуточной частоты и подается в измеритель 20 частоты, выходом которого является измеренное значение частоты преобразованного смесителем 17 допплеровского сигнала Суммирующий масштабирующий усилитель 21 преобразует измеренное значение частоты первого допплеровского зондирования 11 в допплеровскую скорость выбРоса чд 1 по напРавлению пеРвого Допплеровского зондирования где М - масштабирующий коэффициент, которая под действием соответствующей команды блока 2 синхронизации запоминается в ЗУ 22. Одновременно с этим в ЗУ 24 запоминается значение угла первого допплеровского зондирования а 1, После этого блок 26 определения угла разворота сканера рассчитывает угловую координату второй точки (3) допплеровского зондирования аг относительно направления первого импульсного зондирования, Значение угла а 2 рассчитывается по формуле где К - постоянная величина.Затем производится второе допплеровское зондирование точки выброса (3) под углом а 1 по направлению к первому импульсному зондированию, и измеритель 20 частоты измеряет значение частоты второго допплеровского зондирования тг. Суммирующе-масштабный усилитель 21 аналогичным образом преобразует измеренное зна. чение тг в оценку допплеровской скорости выброса чдг по направлению второго допплеровского зондирования которая под действием соответствующей команды блока 2 запоминается в ЗУ 23, Одновременно с этим в ЗУ 25 запоминается значение угла второго допплеровского зондирования а .После этого в устройстве определяются точные значения двух параметров пространственного распределения концентрации аэрозоля - скорости и угла сноса зондируемого выброса, Для этого данные из ЗУ 22, 23, 24 и 25 вводятся в блок 27 определения точного значения скорости сносе выброса ч. Расчет ведется согЛасно форму- ле Одновременно данные из ЗУ 22, 23, 24 и 25 поступают в блок 28 определения угла сноса выброса Л, Расчет ведется согласно формулеЛ=агссд35 Формула изобретения1. Способ дистанционного измеренияпараметров пространственного распределения концентрации аэрозоля в атмосфере, заключающийся в том, что посылают им пульсное зондирующее излучение, принимают отраженный сигнал и определяют параметры пространственного распределения концентрации аэрозоля, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 45 точности и сокращения времени определения пространственного распределения концентраций аэрозоля в выбросе, импульсное зондирующее излучение направляют в точку выброса, дополнительно осуществляют 50 повторное импульсное зондирование вовторой точке, смещенной относительно точки выброса вдоль направления выброса, определяют пространственное распределение концентраций по направлению 55 дополнительного зондирования, определяют предварительные значения угла сноса и скорости распространения зондируемого выброса поубыванию максимума концентрации, осуществляютдопплеровское зондирование во второй точке, определяют часто- лазерного излучения посредствам двух светуотраженного допплеровского излуче- тоделителей и второй оптической системой ния и уточняют скорость распространения в обратном ходе луча, второй усилитель, зондируемого выброса, повторно осуществ- вход которого соединен с выходом гетероляют посылкудопплеровского зондирующе динного фотоприемного устоайства, послего излучения в точку, смещенную в довательно соединенные смеситель, направлении убывания максимума концент- первый вход которого соединен с выходомвторого усилителя, усилитель промежуточд 1зпЛр ной частоты, измеритель частоты, суммирусоз р + а 110 ющий масштабирующий усилитель, а также 1 соз Ллруправляемый гетеродин, выход которого сосоз р + а 1) пр единен с вторым входом смесителя, два запоминающих устройства, первые входы где К - сопз 1; которых соединены с первым и вторым вхочд 1 и Л р - предвэрительныезначения 15 дами соответственно блока опРеделениЯ угла сноса и скорости сноса выброса, предварительных значений скорости и углаа 1 - угол разворота направления зонди- сноса, вторые входы - с выходами синхроравания во вторую тачкуотносительноточ- низаторэ, а выходы - с первым и вторым ки выброса; входами соответственно дополнительноЙ 1 - дальность до источника выброса 20 введенного блока определения предварипринимают отраженный допплеровский тельногозначениядопплеравскай скорости сигнал, определяют его частоту 2 и опреде. выброса и угла сноса, выход которога одноляют точные значения двух параметров про- временно соединен с вторым входом суммистранственного рас и редел ения рующего масштабирующего усилителя и концентрации аэрозоля - скорости и угла 25 входом управляемога гетеродина, блок опсноса зондируемого выброса. ределения угла разворота сканера, первый2. Устройство для дистанционного из- вход которого соединен с соответствующим мерения параметров пространственного выходом синхронизатора, а второй и третий распределения концентрации аэрозоля в входы - с выходом первого и второго запаатмосфере, содержащее импульсный лазер 30 мина ющих устройств соответственно, ный источник излучения, фокусирующую оп третье и четвертое запоминающие устройтическую систему, сканер, оптическую ства, первые входы которых соединены с систему, сопряженный с оптической систе- выходом суммирующего масштабирующего мой фатоприемник, оптически сопряжен- усилителя, пятОе и шестое запоминающие ный в обратном ходе луча с оптической 35 устройства, первыевходыкатарыхсаединесистемой, усилитель, вход которого соеди- ны с выходом блока определения угла разнен с выходом фотоприемника, измеритель воРота сканеРа, а вторые входы с третьего пространственного распределения концен- по шестое запоминающих устройств соедитраций аэрозоля, первым входом соединен- нены с соответствующими выходами синхныйс выходам усилителя, блокопределения 40 Рогенератора, блок определения скорости предварительных значений скорости и угла сноса, четыре входа которого соединены с сноса выброса, вход которого соединен с выходами с третьего по шестаезапоминаювыходом измерителя пространственного щихустройств, и блок определения угла снораспределения концентрации, и синхрани- са, четыре входа которого соединены с затор, выходы которого соединены с входа выходами с третьего по шестое запоминаюми импульсного лазерного источника щих устРойств. излучения, фотоприемника и вторым вхо, Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е едом измерителя пространственного распре- с Я тем, чта блок определениЯ скорости сноделения концентрации и вторым и третьим са выполнен в виде последовательно соедивходами блока определения предваритель 50 ненных по первым входам первого делителя ных значений скорости и угла сноса, о т л и- и первого умножителя, последовательно соч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения единенных втоРого делителя и второго умточнасти и сокращения времени апределе нажителя, а также блоков синуса и косинуса, ния пространственного рапределения кон- первого и втоРого сумматоров, блока смецентраций, в него введены источник 55 шения и блока извлечения корня, при этом непрерывного лазерного излучения, вторая выходы блоков синуса и косинуса саединефокусирующэя оптическая система, аптиче- ны соответственно с вторым входом первоски сопряженная со сканером, гетеродин- го делителя и второго умножителя, выход нае фотоприемное устройства, оптически котоРого соединен с первым входом перва- сопряженное с непрерывным иотонником го сумматоРа, анкор которого светявен саЫИЯЯВ й - напвавленыв сноса выноса ( угол сноса офос сноса вывюс вская скорость сноса в точ ьнаясоставляэаая скооосты вская скорость сноса в точ пл оса 73 - аоплев а 1 а - зу 1 та 2--пгплвюовская частота отвахвнного сигнал точ лемовская частота о енного смгна точке 3 Фнг входом блока извлечения корня, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя, второй вход сумматора соединен с блоком смещения, входы первого и второго делителей являются вторым и первым входами блока измерения скорости сноса, входы блоков синуса и косинуса соединены с выходами второго сумматора, выходы которого являются четвертым и третьим входами соответственно блока измерения скорости сноса, а его выходом является выход первого умножителя.4. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок определения угла сноса выполнен в виде последовательно соединенных по первым входам блока косинуса, первого умножителя, первого сумматора, делителя и. блока арктангенса, а также последовательно соединенных блока синуса и 5 второго умножителя, выход которого соединен с вторым входом делителя, при этом входы блоков косинуса и синуса объединены и соединены с выходом второго суммато ра, входы которого являются первым и 10 вторым входами блока угла сноса, третьими четвертым входами блока угла сносаявляются обьединенные вторые входы умножителей и второй вход первого сумматора соответственно, а выходом - выход блока 15 арктангенса.1812535 6 КГ3 С 046 С 06 1 е 1 а Корректор Н.Ревска аказ 1575 Тираж По ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям 113035, Москва, Ж, Раушская надписное и открытиям при ГКНТ СС б., 4/5
СмотретьЗаявка
4941419, 26.04.1991
ВСЕСОЮЗНЫЙ МЕЖОТРАСЛЕВОЙ НАУЧНО-КООРДИНАЦИОННЫЙ ЦЕНТР "СОЮЗНАУКА"
КУЗНЕЦОВ НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, МИХЕЕВ ОЛЕГ ВАЛЕРЬЕВИЧ, ПАСЕЧНЫЙ НИКОЛАЙ НИКОЛАЕВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01S 17/00
Метки: атмосфере, аэрозоля, дистанционного, концентрации, параметров, пространственного, распределения
Опубликовано: 30.04.1993
Код ссылки
<a href="https://patents.su/8-1812535-sposob-distancionnogo-izmereniya-parametrov-prostranstvennogo-raspredeleniya-koncentracii-aehrozolya-v-atmosfere-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ дистанционного измерения параметров пространственного распределения концентрации аэрозоля в атмосфере и устройство для его осуществления</a>
Предыдущий патент: Устройство для измерения магнитной восприимчивости рудных материалов
Следующий патент: Способ определения характеристик ударной волны в атмосфере
Случайный патент: Устройство управления генератором сейсмических волн