Delist.ru

Научные основы методов и средств контроля экологического состояния автотранспорта и его воздействия на окружающую среду (30.08.2007)

Автор: Хватов Владимир Филиппович

R, км ДП-метод ИФ-метод

Ясное небо V=10 км День Ночь

NO2 SO2 C6H6 NO2 NO2 C6H6 NO2 NO2 C6H6 NO2 NO2 C6H6

0.3 63 114 32 21 38 11 59 107 0.7 8 15 0.1

0.4 79 143 40 29 53 15 104 188 1.3 13 23 0.16

0.5 102 184 51 38 69 19 63 294 2.0 21 39 0.25

0.6 123 222 62 46 83 23 235 423 2.8 29 52 0.35

0.7 146 263 73 57 103 29 321 578 3.9 39 70 0.47

0.8 170 306 85 70 126 35 418 753 5.0 51 92 0.62

0.9 196 353 98 84 152 42 527 949 6.3 63 114 0.76

1.0 226 407 113 100 180 50 652 1174 7.9 78 141 0.94

По детекции NO2 они качественно согласуются с оценками других работ и, в основном, не противоречат практическому выводу, сделанному в этих работах: ни один из методов не является абсолютно предпочтительным перед другим. Этот вывод становится тем более очевидным так как, чем длиннее трасса зондирования, тем ДП-лидар имеет большую чувствительность при дневных измерениях, особенно в условиях уменьшенной видимости. Ситуация, однако, меняется при измерениях ясными ночами в пользу ИФ-лидара. Это преимущество становится особенно отчетливым при детекции NO2 - газа. Однако, как показывают оценки, такое положение дел не является неизменным. Многое зависит от вида компоненты типа резонансного перехода характеристик возбужденного состояния. Например, возбужденное состояние бензола, возникающее в результате поглощения света длины волны (о=253 нм на переходе (X3Aгд —— А'Bги) характеризуется сравнительно небольшим временем жизни, малым тушением и, как следствие, значительным сечением флуоресценции. Это приводит к тому, что РФ-лидар для зондирования паров бензола может оказаться предпочтительнее ДП-лидара даже днем. Что касается общего поведения чувствительности, то на нее оказывают заметное влияние дистанционность измерений и прозрачность атмосферы. Однако, в зависимости от условий работы оптимальный вариант лидара способен "чувствовать" загрязнение рассмотренными газами на уровне ПДК.

Как ухе отмечалось выше, чувствительность существенно зависят как от рабочих характеристик лидара (мощность, длительность, частота следования лазерных импульсов, время детекции, площадь апертуры), так и от условий измерений (длина трассы, видимость, состав и распределение аэрозолей, фоновое излучение и т.д.). В этой связи реалистический анализ детектируемости важен в современных технических условиях. Анализ был проведен для ДП-лидарной системы при зондировании NОг - примеси. Сохраняя условия измерения в однородной атмосфере, мы расширяем этот анализ, включив в него флуоресцентный лидар. Это позволяет провести сравнение двух методов в разнообразных ситуациях и сделать ряд полезных практических выводов.

а) Дифференциальное поглощение

Одним из основных показателей потенциала зондирования лидара является поведение длины серии облучений (импульсов) M, необходимых для уверенного приема полезного сигнала, в зависимости от различных параметров измерений. Здесь мы воспроизводим некоторые из этих зависимостей, используя основные формулы (12) и (13). Уравнение лидара запишем в терминах мощности:

где L=cto/2, i=e,w. Оно используется в окончательном выражении для расчета числа пар импульсов, получаемом с помощью формул (13- 14) :

Для сопоставительных целей были использованы данные:

лазерные параметры (Po=EoC/2L , где Eo=0,1 Дж, (e=448,1 нм;

(w=446,8 нм);

лидарные параметры (S=10, A=0,07 м2; k=0,1; ((=0,3 нм;

(=7 10-6; L=120 м); параметры исследуемой компоненты ((abs=2,59 10-23м2 );

параметры атмосферы ((d=(d/100; N((день)=8(10-2Вт(м-2cp-1мм-1; N((ночь)=10-3N((день).

б) Резонансная флуоресценция

Основная расчетная формула для детектируемости флуоресцентного лидара в режиме накопления импульсов имеет вид

Выражая фотонные счета сfl и cb с помощью (18) и (19). Это выражение можно преобразовать к расчетному виду :

T=dx/T2(1+bx/T2), (25)

, T((oR)=T=exp(-(aR) - функция пропускания участка аэрозольной атмосферы длины R .

Для расчета были использованы следующие дополнительные данные: (d(/d()fl(9,6(10-30 м2 ; (о(((450 нм.

в) Обсуждение результатов и сравнительный анализ

газа - загрязнителя (рис. 4 - 5), при различных условиях види мости и времени суток.

Рис. 2. Зависимость логарифма числа пар импульсов lg M от расстояния зондирования R (ДП-метод). Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Рис. 3. Зависимость логарифма числа облучений lg M от расстояния зондирования R (РФ-метод). Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Рис. 4. Зависимость логарифма числа пар импульсов lg M от концентрации N (ppm) (ДП-метод). Детекция на расстоянии зондирования R= 1 км с относительной ошибкой (=1/10. Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

Отметим некоторые общие закономерности и особенности этих зависимостей. Начнем с влияния фонового излучения. Как показали расчеты с имеющимися данными, фон оказывает заметное влияние только на чувствительность РФ-лидара, поэтому все РФ-кривые были продублированы (кривые, относящиеся к дневным измерения, обозначены сплошной линией, "ночные" кривые-пунктиром). Например, "дневные" кривые lg M( R ) РФ-метода (рис. 3) лежат выше ДП-кривых (рис. 2).То же можно сказать и о "ночных" кривых, однако, только в условиях уменьшенной видимости (V(10 км). При хорошей видимости (V(10 км ) "ночные" РФ-кривые, опускаясь уже располагаются ниже ДП-кривых.Такая тенденция, во-первых, связана с ростом величины РФ-сигнала при улучшении видимости, во-вторых, с нерегулярный влиянием видимости на ДП-сигнал, о чем пойдет речь ниже.

Рис. 5. Зависимость логарифма числа пар импульсов lg M от концентрации N (ppm) (РФ-метод). Детекция на расстоянии зондирования R= 1 км с относительной ошибкой (=1/10.Цифры над кривыми относятся к величине дальности видимости V.

дается в ррm ,а V- в км).

(0,6-0,7 ppm).

Подводя итог, приходим к общему заключению: для проведения диагностики параметров атмосферы необходима оптимальная тактика зондирования. Такую программу оптимизации невозможно осуществить без детального знания функциональных возможностей лидара в данных метеорологических условиях. От этого зависит выбор метода, дистанционность и оценка оперативности зондирования. Сравнительный анализ, в целом, подтверждает вывод: оба рассмотренных метода скорее не исключают, а дополняют друг друга.

Дистанционный лазерный контроль отработавших газов автомобиля заметно ограничивает выбор методов и средств контроля, при этом основными факторами, которые необходимо учитывать при выборе методов и средств контроля являются следующие:

1. Обеспечение возможности проведения контроля в полевых условиях.

загрузка...