Лидарный метод контроля толщины тонких пленок нефтепродуктов на безопасной для зрения длине волны излучения


https://doi.org/10.24108/rdeng.0318.0000140

Полный текст:


Аннотация

В настоящее время наиболее эффективными методами оперативного дистанционного мониторинга нефтяных загрязнений на водной поверхности являются лазерный флуоресцентный и лазерный спектрофотометрический методы.

Однако, для лазерных флуоресцентных методов высота зондирования обычно не превышает 100-150 м. Лазерные спектрофотометрические методы позволяют проводить мониторинг нефтяных загрязнений при больших высотах полета летательного аппарата. Это обеспечивает большую полосу обзора лидара на водной поверхности.

Кроме того, важным преимуществом лазерных спектрофотометрических методов по сравнению с лазерными флуоресцентными методами является относительная простота аппаратуры (и, следовательно, ее более низкая стоимость).

Представляется перспективным использование длины волны 1,54 мкм в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне (оптический параметрический генератор на Nd:YLF лазере). Эта длина волны является безопасной для зрения и может быть использована для проведения мониторинга нефтяных загрязнений на водной поверхности.

Проведено исследование возможностей лазерного спектрофотометрического метода измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной поверхности при использовании дискретно перестраиваемого лазерного источника в безопасном для зрения узком спектральном диапазоне около длины волны излучения 1,54 мкм.

Лазерный спектрофотометрический метод основан на сглаживании сплайном измеренной спектральной зависимости коэффициента отражения водной поверхности и вычислении первой и второй производной коэффициента отражения водной поверхности по длине волны излучения.

Для оценки погрешности измерения толщины тонких пленок нефтепродуктов на водной поверхности проводилось математическое моделирование. Результаты математического моделирования показывают, что лазерный спектрофотометрический метод, основанный на использовании перестраиваемого лазерного источника в узком спектральном диапазоне около длины волны излучения 1,54 мкм, позволяет при среднеквадратическом значении шума 1 % проводить измерения тонких пленок нефти на водной поверхности с толщиной от ~ 1,5 мкм до ~ 20 мкм с погрешностью не более 30 %.


Об авторах

В. А. Городничев
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Городничев Виктор Александрович

зав.кафедры РЛ5б профессор, 8460-3126



М. Л. Белов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Белов Михаил Леонидович

РЛ 2, профессор, 6214-0799



Т. И. Копысова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Копысова Татьяна Игоревна

магистр РЛ2



М. Б. Михайловская
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Михайловская Маргарита Борисовна

ст. препод. РЛ5,8019-1331



Список литературы

1. Pashayev A., Tagiyev B., Allahverdiyev K., Musayev A., Sadikhov I. LIDAR for remote sensing of contaminations on water and earth surface taking place during oil-gas production // Proc. of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2015. Vol. 9810. Pp. 981018-1 - 981018-7. DOI: 10.1117/12.2225219

2. Palombi L., Lognoli D., Raimondi V. Fluorescence LIDAR remote sensing of oils: merging spectral and time-decay measurements // Proc. of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2013. Vol. 8887. Pp. 88870F-1 - 88870F-8. DOI: 10.1117/12.2030204

3. Brown C.E. Laser fluorosensors // Oil spill science and technology: prevention, response and clean up / Ed. by M. Fingas. Burlington: Elsevier, 2011. Ch. 7. Pp. 171-184.

4. Vasilescu J., Marmureanu L., Carstea E., Cristescu C.P. Oil spills detection from fluorescence lidar measurements // U.P.B. Scientific Bull. Ser. A: Applied Mathematics and Physics. 2010. Vol. 72. No. 2. Pp. 149-154.

5. Козинцев В.И., Белов М.Л., Городничев В.А., Смирнова О.А., Федотов Ю.В. Лазерный метод измерения толщины пленок нефти на взволнованной морской поверхности, основанный на определении разности набега фаз в пленке для длин волн зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2007. Т. 20. № 10. С. 932-935.

6. Стрелков Б.В., Белов М.Л., Тухватуллина С.А., Городничев В.А. Лазерный метод обнаружения нефтяных загрязнений на взволнованной морской поверхности, использующий угловое сканирование // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 7. С. 187-198. DOI: 10.7463/0712.0413496

7. Measures R.M. Laser remote sensing: Fundamentals and applications. Malabar: Krieger Publ. Co., 1992. 510 p.

8. Березин С.В. Разработка дистанционного лазерного измерителя толщины нефтяных пленок на взволнованной морской поверхности: дис. …канд. техн. наук. М., 2006. 115 с.

9. Матишов Г.Г., Никитин Б.А., Сочнев О.Я. Экологическая безопасность и мониторинг при освоении месторождений углеводородов на арктическом шельфе. М.: ГазОил пресс, 2001. 231 с.

10. Белов М.Л., Березин С.В., Городничев В.А., Козинцев В.И. Метод контроля толщины тонких пленок нефтепродуктов на водной поверхности, основанный на использовании лазера с перестраиваемой длиной волны излучения // Оптика атмосферы и океана. 2002. Т. 15. № 2. С. 203-205.

11. Комраков Б.М., Шапочкин Б.А. Измерение параметров оптических покрытий. М.: Машиностроение, 1986. 132 с.

12. Белов М.Л., Городничев В.А., Козинцев В.И., Федотов Ю.В. Способ измерения толщины тонких пленок на подложке: пат. 2395788 Российская Федерация. 2010. Бюл. № 21. 8 с.

13. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды: учеб. пособие / В.И. Козинцев, В.М. Орлов, М.Л. Белов и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 527 с.

14. Борн М., Вольф Э. Основы оптики: пер. с англ. 2-е изд. М.: Наука, 1973. 719 с. [Born M., Wolf E. Principles of optics. 2nd ed. N.Y.: McMillan Publ., 1964. 808 p.].

15. ГОСТ 31581-2012. Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. Введ. 2015-01-01. М.: Стандартинформ, 2013. 18 с.

16. Corbett J., Woods M. UV laser radiation: skin hazards and skin protection controls // Intern. laser safety conf.: ILSC 2013 (Orlando, FLA, USA, March 18-21, 2013): Proc. Laser Institute of America (LIA), 2013. Article 303. 8 p. Режим доступа: http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-pub-15357.pdf (дата обращения 15.12.2018).

17. Оптические параметрические генераторы (ОПГ), с высокой энергией импульса / OPO SERIES. Режим доступа: http://www.nanointek.ru/assets/files/OPO.pdf (дата обращения 02.12.2015).

18. Гуревич И.Я., Шифрин К.С. Отражение видимого и ИК-излучения нефтяными пленками на море // Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов. Новосиб.: Наука, 1979. С. 166-176.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Городничев В.А., Белов М.Л., Копысова Т.И., Михайловская М.Б. Лидарный метод контроля толщины тонких пленок нефтепродуктов на безопасной для зрения длине волны излучения. Радиостроение. 2018;(3):17-29. https://doi.org/10.24108/rdeng.0318.0000140

For citation: Gorodnichev V.A., Belov M.L., Kopisova T.I., Mikhailovskaya M.B. Monitoring Lidar Method of Thin Oil Film Thickness at Eye-safe Wavelength of Radiation. Radio Engineering. 2018;(3):17-29. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/rdeng.0318.0000140

Просмотров: 16

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-926X (Online)