Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ДИСТАНЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ МЕТАНА - Патент РФ 2029287
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ДИСТАНЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ МЕТАНА
ДИСТАНЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ МЕТАНА

ДИСТАНЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ МЕТАНА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в квантовой электроние в системах исследования и анализа материалов с помощью оптических средств, в частности лазеров инфракрасного диапазона. Сущность изобретения: в дистанционный обнаружитель метана введены два зеркала, дополнительный фотоприемник, усилитель, два аналого-цифровых преобразователя и микро ЭВМ, запрограммированные на определение концентрации метана по определенным эмпирическим зависимостям. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2029287
Класс(ы) патента: G01N21/61
Номер заявки: 5048156/25
Дата подачи заявки: 18.06.1992
Дата публикации: 20.02.1995
Заявитель(и): Берсенев Владимир Иванович; Горбунов Юрий Валентинович; Красников Виктор Валерьевич; Подшивалов Алексей Алексеевич; Шанаурин Александр Михайлович
Автор(ы): Берсенев Владимир Иванович; Горбунов Юрий Валентинович; Красников Виктор Валерьевич; Подшивалов Алексей Алексеевич; Шанаурин Александр Михайлович
Патентообладатель(и): Берсенев Владимир Иванович; Горбунов Юрий Валентинович; Красников Виктор Валерьевич; Подшивалов Алексей Алексеевич; Шанаурин Александр Михайлович
Описание изобретения: Изобретение относится к квантовой электронике, к системам исследования и анализа материалов с помощью оптических средств, в частности лазеров инфракрасного диапазона, и может использоваться для контроля загрязнения воздуха метаном в жилых районах, на промышленных предприятиях, в шахтах, а также при поиске полезных ископаемых.
Известны лазерные обнаружители метана на основе Не-Ne-лазеров, работающих в инфракрасном диапазоне [1]. Принцип их действия основан на дифференциальном поглощении метаном длин волн лазерного излучения λ1=3,3912 мкм и λ2-3,3922 мкм. Концентрация метана С определяется по разности поглощения этих длин волн. Важнейшей характеристикой таких систем является диапазон измерений. В лазерных обнаружителях метана минимально обнаружимая концентрация определяется в конечном счете флуктуациями мощности лазерного излучения. Система обработки информации таких устройств не позволяет уменьшать воздействие этих флуктуаций, при этом нижняя граница диапазона измерений оказывается ограниченной физическими процессами в лазерах. Верхний предел диапазона измерений определяется концентрацией метана в трассе С2, при которой затухание излучения на λ2 оказывается столь высоким, что становится невозможно осуществлять измерения. Однако при этом не анализируется поглощение на λ1, которое существенно меньше, чем на λ2. Таким образом потенциальные возможности таких систем из-за неоптимального режима обработки информации используются не полностью.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2], состоящее из двух Не-Ne-лазеров с длинами волн λ1=3,3912 мкм и λ2=3,3922 мкм, вращающегося диска с отверстиями, системы зеркал, телескопа, усилителя, генератора запуска вращающегося диска, синхронного детектора и самописца. Излучение двух лазеров с длинами волн λ1 и λ2 с помощью вращающегося диска попеременно посылается на систему зеркал, которая направляет излучение в исследуемую область. Рассеянное излучение принимается телескопом и фокусируется на фотоприемник, который осуществляет преобразование оптического сигнала в электрический. Последний подается на усилитель, с которого поступает на вход синхронного детектора, на второй вход которого с генератора подается сигнал, синхронный с частотой переключения длин волн. Устройство не содержит элементов, позволяющих зарегистрировать флуктуации мощности лазерного излучения и уменьшить их влияние. Кроме того, в устройстве не анализируется поглощение метаном излучения на λ1 при С>С2. Таким образом, диапазон измерений оказывается существенно меньше потенциально достижимого.
Сi(i= 1,2) соответствуют затуханию излучения на λi на трассе длиной L в 100 раз и определяются по формуле С=4,6/αiL, где αi- коэффициенты ослабления метаном излучения на длине волны λi.
Техническим результатом изобретения является увеличение диапазона измеряемых концентраций метана.
Данный технический результат достигается тем, что в дистанционный обнаружитель метана, включающий два Не-Ne-лазера с длинами волн 3,3922 мкм, вращающийся диск с отверстиями, телескоп, фотоприемник, усилитель, введены два зеркала, фотоприемник, два двенадцатиразрядных аналого-цифровых преобразователя (АЦП) и микроЭВМ, запрограммированная на определение концентрации метана С по следующим зависимостям:
при С≅4,6/α2L C = (ln (V1/U1)- -ln(V2/U2))/(2L( α2- α1))- где Vi, Ui - значения сигналов на АЦП, подключенных к усилителю и фотоприемнику соответственно при освещении топографического рассеивателя излучением с длиной волны λi(i= 1,2); α1= 1,5 атм-1 см-1, α2=9,8 атм-1 см-1; L - расстояние до топографического рассеивателя. При С>4,6/ α2L при отсутствии сигнала V2, но наличии V14,6/α2L < C < 4,6/α1L, а при отсутствии как V1, так и V2 С≥ 4,6/α1L.
На чертеже представлена схема дистанционного обнаружителя метана.
Дистанционный обнаружитель метана состоит из Не-Ne-лазера 1 с длиной волны 3,3912 мкм и Не-Ne-лазера 2 с длиной волны 3,3922 мкм, вращающегося диска 3 с отверстиями, зеркал 4,5, фотоприемников 6,7, телескопа 8, усилителя 9, АЦП 10, 11, микроЭВМ 12, запрограммированной на определение концентрации метана С в расширенном диапазоне.
Излучение лазеров 1 и 2 попеременно с помощью вращающегося диска 3 поступает соответственно на зеркала 4 и 5, с помощью которых делится на опорные 13, 14 и зондирующие 15, 16 пучки. Последние, пройдя через исследуемую область пространства, падают на топографический рассеиватель 17. Рассеянное назад излучение собирается телескопом 8 и направляется на расположенный в его фокусе фотоприемник 7, подключенный к входу усилителя 9. Выход усилителя 9 подключен ко входу АЦП 10. Опорные пучки 13, 14 с помощью зеркал 4,5 подаются на фотоприемник 6, подключенный к входу АЦП 11. Выходы АЦП 10,11 подключены к входным цепям микроЭВМ 12.
Обнаружитель работает следующим образом.
Зондирующие пучки 15, 16 с длинами волн λ1 и λ2, попеременно проходя через исследуемую область пространства, по-разному поглощаются метаном, в результате чего рассеянное назад топографическим рассеивателем 17 излучение на этих длинах волн оказывается ослабленным по-разному. Собранное телескопом 8 это излучение преобразуется с помощью фотоприемника 7 в электрический сигнал, а затем после усиления на усилителе 9 преобразуется с помощью АЦП 10 в цифровой код. Значения сигнала Vi на АЦП 10 описываются формулой (1). Опорные пучки 15, 16, преобразованные в электрический сигнал фотоприемником 6, оцифровываются с помощью АЦП 11. Значения сигнала Ui на АЦП 11 описываются формулой (2).
Vi=A(Pi+ δPi)exp(-2 αiCL); (1)
Ui=B(Pi+ δPi), i=1,2, (2) где i поочередно принимает значения 1 и 2;
Рi - значение средней мощности лазерного излучения на длине волны λi;
δРi - соответствующая флуктуация мощности на λi;
А, В - коэффициенты преобразования оптического сигнала в электрический;
α i - коэффициенты ослабления метаном излучения на длине волны λi1= 1,5 атм-1 см-1, α2=9,8 атм-1см-1;
L - длина трассы зондирования;
С - концентрация метана.
Сигналы с АЦП 10, 11 считываются микроЭВМ 12, которая определяет концентрацию метана С по следующей зависимости для малых концентраций метана С≅С2:
C =
(3)
При этом в результате цифровой нормировки V1/U1 и V2/U2 значение С оказывается независимым от флуктуаций мощности δPi, которые не бывают меньше 0,5%. Точность деления в формуле (3) определяется разрядностью АЦП. Для 12-разрядного АЦП она составляет 0,024%, что недостижимо при выполнении деления аналоговым способом, точность которого не превышает 0,5%. При L=10 м, δРi= 0,5% нижняя граница диапазона измерений концентрации метана в соответствии с формулой (1) не ниже 0,25 ppm. В результате нормировки сигнала оказывается возможным понизить ее до 0,012 ppm. Таким образом применение 12-разрядного АЦП и микроЭВМ, запрограммированной на определение С по формуле (3), позволяет в результате нормировки сигнала уменьшить нижнюю границу диапазона измерений в 20 раз.
Для высоких концентраций метана С>С2 осуществляется оценка С по поглощению λ1. Поскольку α2 превышает α1 в 6,5 раза верхняя граница диапазона измерений С1 в этом случае больше С2 также в 6,5 раза. При отсутствии сигнала V2, но наличии V1 микроЭВМ выдает сигнал, что С2<С<С>1, при отсутствии как V1, так и V2 - что С≥С1. В прототипе верхняя граница диапазона измерений концентрации метана С2=230 ppm на трассе длиной 10 м. В предлагаемом устройстве С1 на той же трассе составляет 1500 ppm.
Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критериям существенного отличия, так как благодаря наличию новых признаков устройство приобретает новое свойство, а именно расширение диапазона измерений.
Формула изобретения: ДИСТАНЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ МЕТАНА, включающий два параллельно установленных гелий-неоновых лазера с длинами волн λ1= 3,3912 мкм и λ2= 3,3922 мкм соответственно, оптически сопряженные с ними и последовательно расположенные вращающийся прерыватель излучения, телескоп, находящийся в его фокусе фотоприемник, подключенный к нему усилитель, при этом телескоп оптически сопряжен с топографическим рассеивателем, отличающийся тем, что в него дополнительно введены два зеркала, дополнительный фотоприемник, два 12-разрядных аналого-цифровых преобразователя, микроЭВМ, при этом дополнительный фотоприемник с помощью двух зеркал оптически соединен с лазерами, выходы усилителя и дополнительного фотоприемника подключены к входам аналого-цифровых преобразователей, а выходы последних соединены с входными цепями микроЭВМ, запрограммированной на определение концентрации C метана по следующим зависимостям:
при
C = [ln(ν1/u1)-lnν2/u2]/[2L(α21)],
где ν1 и u1 -значения сигналов на аналого-цифровых преобразовтелях, подключенных к усилителю и фотоприемнику соответственно при освещении топографического рассеивателя излучением с длиной волны λi, где i = 1,2;
α1= 1,5 атм-1см-1 ;
α2= 9,8 атм-1см-1 ;
L - расстояние до топографического рассеивателя,
при C > 4,6/α2L , отсутствии сигнала ν2 и наличии ν1
4,6/α2L < C ≅ 4,6/α2L ,
а при отсутствии как ν1, так и ν2
C > 4,6/α1L .