Лазерный дистанционный метод обнаружения выбросов монооксида углерода


https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000170

Полный текст:


Аннотация

Мониторинг газовых загрязнений атмосферы является одной их наиболее важных экологических задач. Наиболее эффективными для дистанционного оперативного мониторинга загрязнений атмосферы являются лазерные методы.

Одним из наиболее приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха является монооксид углерода.

В статье проведен анализ возможностей дистанционного лазерного абсорбционного метода обнаружения выбросов монооксида углерода в атмосфере.

Приведена оценка информационного параметра, измеряемого дистанционным лазерным газоанализатором для полосы поглощения монооксида углерода около 2,3 мкм.

Информационным параметром, который может быть использован для мониторинга выбросов монооксида углерода, является отношение мощностей лазерных сигналов на длинах волн 4295 см–1 и 4370 см–1.

Приведены результаты расчетов информационного параметра при разных размерах выброса (от 1 м до 100 м) и разном содержании в выбросе монооксида углерода (от 0,01 % до 10 %).

Сравнение информационного параметра R с его фоновым значением показывает возможность мониторинга выбросов монооксида углерода.

Для количественной оценки надежности обнаружения выбросов монооксида углерода было проведено математическое моделирование. Проводилось вычисление  вероятности правильного обнаружения выброса (обнаружение выброса, когда он есть) и вероятности ложных тревог (обнаружение выброса, когда его нет).

Математическое моделирование показывает, что лазерный газоанализатор позволяет с вероятностью правильного обнаружения не менее 0,845 и вероятностью ложных тревог не более 0,234 проводить обнаружение выбросов монооксида углерода при содержании в выбросе СО не менее 0,1 % и размерах облака выбросов более 10 м. При содержании в выбросе СО не менее 1 % и размерах облака выбросов более 5 м лазерный газоанализатор позволяет проводить обнаружение выбросов монооксида углерода с вероятностью правильного обнаружения не менее 0,999 и вероятностью ложных тревог не более 0,001.


Об авторах

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

Белов Михаил Леонидович

профессор кафедры Рл-2



Я. Э. Драченникова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия


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


Список литературы

1. Demtroeder W. Laser spectroscopy: Basic concepts and instrumentation. 3rd ed. B.; N.Y.: Springer, 2003. 987 p.

2. Avetisov V., Bjoroey O., Junyang Wang, Geiser P., Paulsen K.G. Hydrogen sensor based on tunable diode laser absorption spectroscopy // Sensors. 2019. Vol. 19. No. 23. Article 5313. DOI: 10.3390/s1923513

3. Liang Mei, Somesfalean G., Svanberg S. Pathlength determination for gas in scattering media absorption spectroscopy // Sensors. 2014. Vol. 14. No. 3. Pp. 3871-3890. DOI: 10.3390/s140303871

4. Persson L., Lewander M., Andersson M., Svanberg K., Svanberg S. Simultaneous detection of molecular oxygen and water vapor in the tissue optical window using tunable diode laser spectroscopy // Applied Optics. 2008. Vol. 47. No. 12. Pp. 2028-2034. DOI: 10.1364/AO.47.002028

5. Haesunk Park, Kwangchil Lee, Gumin Kang, Soonho Song, Youngjean Jung, Kyoungsik Kim, Jinsu Bae, Jonghak Lee, Hyongkuk Park. Reliable optical measurement of water vapor in highly scattering environment // Spectrochimica Acta A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2009. Vol. 72. No. 3. Pp. 510-514. DOI: 10.1016/j.saa.2008.10.022

6. Berezin A.G., Ershov O.V., Nadezhdinskii A.I. Trace complex-molecule detection using near-IR diode lasers // Applied Physics B. 2002. Vol. 75. No. 2-3. Pp. 203-214. DOI: 10.1007/s00340-002-0968-7

7. Основы количественного лазерного анализа: учеб. пособие / В.И. Козинцев и др. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 464 с.

8. Чернецов Д.А. Токсичность отработавших газов дизелей и их антропогенное воздействие // Вопросы современной науки и практики. 2010. № 10-12(31). С. 54-59.

9. Чернецов Д.А. Загрязнение окружающей среды сельскохозяйственной техникой // Вопросы современной науки и практики. 2011. №1(32). С. 23-27.

10. Альферович В.В. Токсичность двигателей внутреннего сгорания: учебно-метод. пособие: В 2-х ч. Ч. 1: Анализ состава отработавших газов. Минск: Изд-во БНТУ, 2016. 54 с.

11. Контроль токсичности отработавших газов дизельного двигателя. Режим доступа: http://stroy-technics.ru/article/kontrol-toksichnosti-otrabotavshikh-gazov-dizelnogo-dvigatelya (дата обращения: 02.04.2020).

12. High-resolution spectral modeling. Режим доступа: https://www.spectralcalc.com/spectral_browser/db_intensity.php (дата обращения 02.04.2020).

13. Rothman L.S., Gordon I.E., Barbe A., Benner D.C., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Brown L.R., Campargue A., Champion J.-P., Chance K., Coudert L.H., Dana V., Devi V.M., Fally S., Flaud J.-M., Gamache R.R., Goldman A., Jacquemart D., Kleiner I., Lacome N., Lafferty W.J., Mandin J.-Y., Massie S.T., Mikhailenko S.N., Miller C.E., Moazzen-Ahmadi N., Naumenko O.V., Nikitin A.V., Orphal J., Perevalov V.I., Perrin A., Predoi-Cross A., Rinsland C.P., Rotger M., Simeckova M., Smith M.A.H., Sung К., Tashkun S.A., Tennyson J., Toth R.A., Vandaele A.C., Auwera J.V. The HITRAN 2008 molecular spectroscopic database // J. of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2009. Vol. 110. No. 9-10. Pp. 533-572. DOI: 10.1016/j.qsrt.2009.02.013

14. Baldacchini G., D’Armato F., De Rosa M., Nadezhdinskii A.I., Lemekhov N., Sabolev N. Measurement of atmospheric CO concentration with tunable diode laser // Infrared Physics & Technology. 1996. Vol. 37. No. 1. Pp.1-5. DOI: 10.1016/S1350-4495(97)80762-1

15. Надеждинский А.И. Диодная лазерная спектроскопия: Современные тенденции // Диодная лазерная спектроскопия. М.: ИОФ АН СССР, 1990. С. 7-38.

16. Степанов Е.В. Высокочувствительный газоанализ на основе импульсных диодных лазеров // Диодная лазерная спектроскопия. М.: ИОФ АН СССР, 1990. С. 141-167.

17. Opolette TM 532 / OPOTEK tunable laser systems LLC. Режим доступа: https://www.opotek.com/wp-content/uploads/2018/08/2002d0118-Opolette-532-data-sheet.pdf (дата обращения 02.04.2020).

18. ГОСТ 31581-2012. Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий. Введ. 2015-01-01. М.: Стандартинформ, 2013. 19 с.

19. 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): Conf. program & proc. Laser Inst. of America, 2013. Pp. 1-8.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Белов М.Л., Драченникова Я.Э., Городничев В.А. Лазерный дистанционный метод обнаружения выбросов монооксида углерода. Радиостроение. 2020;(3):20-34. https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000170

For citation: Belov M.L., Drachennikova Y.E., Gorodnichev V.A. Laser Remote Sensing Method of Carbon Monoxide Emissions Detection. Radio Engineering. 2020;(3):20-34. (In Russ.) https://doi.org/10.36027/rdeng.0320.0000170

Просмотров: 17

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


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


ISSN 2587-926X (Online)