eng
Пока лидары имеют большую погрешность измерений. В статье рассмотрены инструментальные методы ее снижения.
Теги: lidar methods of the reduction lidar measurement errors лидар методы снижения погрешности лидарных измерений
Почти тридцать лет отделяют нас от момента издания первых книг, посвященных лазерному дистанционному зондированию окружающей среды [1, 2]. Позднее, с развитием лидарной техники, появились новые работы [3, 4], отражающие новые результаты. Создавалось впечатление, что все достоинства и недостатки лидарных технологий зондирования достаточно хорошо изучены. Но возникли новые подходы к выводу лидарного уравнения [5, 6], и следует ожидать, что они приведут нас к новым, более усовершенствованным лидарам. Рассмотрим схемы работы некоторых из них.
Конструкция разработанного мобильного лидарного комплекса для дистанционного контроля атмосферы [7] представляет собой платформу, на которой установлены элементы измерительной системы: твердотельный лазер, два TEA (Trancversly Excited Atmospheric) CО2-лазера, телескоп, двухкоординатный зеркальный сканер, оптические системы передачи излучения, приемная спектральная система. Там же помещена система синхронизации, блок сопряжения, состоящий из блока управления приводами и блока сбора информации от датчиков, вычислительно-управляющий комплекс. Твердотельный лазер выполнен в виде двухканального перестраиваемого излучателя на основе Ti:Sapphire с блоками Nd-излучателей. Каждый TEA CО2-лазер снабжен парой идентичных, оптически соединенных между собой CО2-лазеров (гетеродинным и инжекционным). При этом оптическая система передачи излучения каждого канала двухканального гетеродинного лидара состоит из двух частей. Комплекс обладает большими возможностями, но довольно громоздок.
В ряде случаев часть практических задач можно выполнить более простым устройством, которое предложено авторами [8]. Упрощение конструкции лидарной системы контроля качества атмосферного воздуха осуществлено за счет использования принципа комбинационного рассеяния света. Это позволяет использовать только один лазер для определения степени загрязнения атмосферного воздуха молекулами предельных углеводородов в атмосфере над промышленной зоной. Лидарная система состоит из платформы с установленными на ней твердотельным лазерным излучателем на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающим в режиме третьей гармоники на длине волны 355 нм, оптической системы передачи лазерного излучения, приемного телескопа, блока сбора информации и вычислительно-управляющего комплекса.
Оптическая система передачи лазерного излучения дополнительно содержит преломляющую призму, направляющую лазерное излучение в исследуемую область пространства. Приемный телескоп выполнен в виде телескопа типа Ньютона со сферическим зеркалом и линзовым объективом. Блок сбора информации содержит интерференционный светофильтр для выделения участка спектра комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами с линиями молекул углеводородов, фотоэлектрический умножитель, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и плату сбора данных.
Основными загрязняющими веществами над промышленным предприятием являются молекулы предельных углеводородов. Поэтому нецелесообразно использовать сложное оборудование для многокомпонентного анализа воздушного пространства над исследуемой областью, а достаточно использовать простую в исполнении лидарную систему для определения степени загрязнения атмосферного воздуха только молекулами предельных углеводородов.
Принцип лазерного дистанционного зондирования методом комбинационного рассеяния света известен. Он заключается в регистрации лазерного излучения, комбинационно рассеянного молекулами предельных углеводородов, с частотным сдвигом, характерным именно для этих молекул и определяемым спектром их колебаний. При этом учитывают лишь та доля рассеяного излучения, которая направлена в противоположную относительно зондирующего излучения сторону.
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха, оптическая схема которой представлена на рис.1, работает следующим образом. Импульс твердотельного лазерного излучателя на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающего в режиме третьей гармоники на длине волны 355 нм, направляется в исследуемую область пространства (мишень) над промышленной зоной. Часть лазерного излучения используется для создания опорного сигнала, который задает начало отсчета времени, а его амплитуда – энергию лазерного импульса. Рассеянное назад излучение комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами собирается телескопом типа Ньютона, фокусируется через линзовый объектив, проходя сквозь интерференционный светофильтр на фотокатод фотоумножителя. Импульс напряжения с ФЭУ подается на вход масштабного усилителя, затем при помощи аналого-цифрового преобразователя, через плату сбора данных, сигнал поступает в ЭВМ, где информация обрабатывается стандартным программным обеспечением и формируется сигнал для передачи его по каналам связи (Internet, wi-fi и т. д.).
Для сопоставления достоверности измерений были рассчитаны оценки мощности регистрируемого излучения комбинационного рассеяния света молекулами предельных углеводородов по лидарному уравнению для комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами.
Полученные результаты подтверждают, что для заданной концентрации зондируемых атомов Na и энергии комбинационного рассеяния, равной энергии десяти фотонов, оптимальной для обнаружения предельных углеводородов на расстояниях до 6 км является длина волны лазерного излучения λL = 355 нм. Если энергия лазерного импульса достигает 1 мДж, то такая величина позволяет проводить измерения в минимально возможное время.
По всей трассе зондирования с увеличением расстояния от 0,01 до 2 км время измерения увеличивается примерно на четыре порядка. Если за установленный период с расстояния R = 2,0 км, при заданном числе импульсов, посылаемых в атмосферу, ФЭУ регистрирует больше, чем десять фотонов, можно говорить о превышении на этом расстоянии концентрации молекул над заданным уровнем. Кроме того, полученные значения времени измерения удовлетворяют требованию по быстродействию лидара. Метод обеспечивает высокую точность измерений в средах, где в качестве источников загрязнений выступают молекулы предельных углеводородов.
Лидар в режиме секторного обзора, который обеспечивается за счет поворота платформы, устанавливают в промышленной зоне на доминирующем по высоте строение. Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха предназначена для непрерывного контроля содержания газообразных предельных углеводородов в исследуемой области пространства. В случае обнаружения аварийного выброса или превышения уровня предельнодопустимых концентраций в режиме реального времени происходит обработка результатов в вычислительно-управляющем комплексе, и сигнал передается по каналам связи.
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха позволяет проводить дистанционный мониторинг загрязнения воздуха путем измерения энергии импульса, отраженного от загрязнений (мишени). Однако, при малых загрязнениях и больших расстояниях до мишени энергия импульса уменьшается в 103–109 раз, становясь соизмеримой с шумами электронных приборов. В результате полезный сигнал может быть неразличим на фоне этих шумов. Таким образом, недостатком лидарной системы контроля качества атмосферного воздуха является низкая чувствительность к малым загрязнениям. Следует учесть, что она будет и дальше падать с ростом расстояния до мишени.
Этот недостаток исправляет другая лидарная система контроля загрязнения воздуха [9] (рис.2). Алгоритм ее функционирования следующий. Импульс лазерного излучения из лазера поворотной призмой направляется в сторону области загрязнения (мишени). Основная часть излучения достигает мишени и рассеивается ею, формируя информацию об уровне загрязнения.
Определение уровня загрязнения воздуха происходит более точно, поскольку итоговый сигнал формируется двумя потоками излучения вместо одного, как было у авторов работы [8]. Поток от отражателя на порядок и более превышает рассеянное назад мишенью излучение. Поэтому чувствительность предлагаемой системы заметно превышает чувствительность системы авторов работы [8]. В частном случае реализации, если контролируемая область пространства с загрязнениями представляет собой промышленный объект (атомная станция, нефтеперерабатывающий или цементный заводы и т. п. производства), то отражатель устанавливают непосредственно на этом объекте, например на вентиляционной трубе. Тогда выходящий из трубы поток является мишенью. При направлении импульса лазерного излучения на срез трубы обратно рассеивается загрязнениями весьма малая часть излучения. Если отражатель устанавливают на пути рассеянного загрязнениями лазерного излучения так, чтобы большая часть отраженного излучения направлялось в приемный телескоп, то достигающий приемного телескопа рассеянный поток лазерного излучения многократно возрастает, обеспечивая более высокую чувствительность лидарной системы.
Возможен и другой случай реализации предлагаемого технического решения. Отражатель устанавливают на летательном аппарате (включая беспилотный). Последний зависает над наиболее опасной зоной контролируемого пространства, поворотная призма направляет излучение лазера на отражатель, а последний направляет значительную часть рассеянного лазерного излучения в приёмный телескоп, обеспечивая более высокую чувствительность лидарной системы. Чем больше площадь отражателя, тем больше и поток рассеянного лазерного излучения, направленного в приемный телескоп. Рост площади отражателя в приведенных примерах ограничивается прочностью соединения отражателя с вентиляционной трубой или подъемной силой летательного аппарата, а также возможностью сохранять способность к направлению излучения в приемный телескоп при порывах ветра и других атмосферных явлениях. Оптимальная форма отражателя – параболоид, в фокусе которого находится мишень. В отдельных случаях допустимо использовать плоский или уголковый отражатели. Отражатель может быть снабжен селективными отражающими покрытиями, соответствующими длинам волн рассеянного излучения.
Эффективность предлагаемой модели можно продемонстрировать. Источником излучения служит лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом со средней мощностью излучения второй гармоники излучения (длина волны 0,532 мкм) 1 Вт. Мишенью являются пары йода-131 над радиоактивным объектом. Объект отстоит на расстоянии 1 км от лидарной системы. Мощность излучения, рассеянного обратно в приемный телескоп без отражателя обычно составляет 1–10 мкВт и менее. При установке отражателя диаметром 0,5 м у среза вентиляционной трубы мощность вернувшегося рассеянного излучения увеличивается на несколько порядков и достигает 1–10 мВт в зависимости от погодных условий и расстояния от излучающего лазера, что позволяет определить степень повышения загрязнений от ПДК с повышенной чувствительностью.
Рассмотрим еще одно решение [10]. Его задачей является дистанционный мониторинг радиоактивного загрязнения радиационно-опасных предприятий за счет измерения спектра частот импульса, отраженного от мишени. Сущность предлагаемого решения иллюстрируется рис.3, на котором изображена функциональная схема измерителя. Измеритель уровня радиации [10] работает следующим образом. Импульс лазерного излучения из лазера поворотным устройством направляется в сторону мишени. Малая часть излучения по пути к мишени светоделителем отводится на фотодиод, формирующий электрический синхронизирующий импульс, поступающий на вход осциллографа. Основная часть излучения достигает мишени и рассеивается ею, формируя информацию об уровне радиации. Рассеянное излучение достигает сферического зеркала, отражается и собирается линзой через отражающую поверхность поворотного устройства в фотоумножителе, формирующем электрический импульс, усиливаемый усилителем. Сигнал с последнего поступает на два параллельных входа: блока ФСИС и осциллографа. Сигнал с усилителя в осциллографе преобразуется в сигнал дальности до мишени. Блок ФСИС выделяет спектр частот электрического импульса и подает его на вход ЭВМ для определения уровня радиации по параметрам спектра. Например, в качестве блока ФСИС могут быть использованы промышленные анализаторы спектра С4–25 или С4–8.
Измеритель уровня радиации позволяет выявлять даже малые загрязнения над радиационно-опасными предприятиями на большом от них расстоянии путем измерений спектра частот импульса, отраженного от мишени, а не по энергии импульса. Известно, что энергия импульса на эталонном уровне измеряется сегодня с погрешностью в четвертом знаке, а частота – в четырнадцатом знаке. Следовательно, учет спектра частот импульса повышает чувствительность измерителя уровня радиации на несколько порядков.
Определение уровня радиации по параметрам спектра можно осуществлять, например, следующим образом. Опытным путем градуируют измеритель уровня радиации по сигналу, отраженному от источника, уровень радиации которого хорошо известен – например, в зависимости от расстояния до источника либо в зависимости от уровня радиации по источнику с переменным уровнем радиации. Градуировка осуществляется по изменению спектра частот импульса, а частота в настоящее время измеряется на десять порядков точнее, чем энергия импульса. Имея градуировочную кривую, определяют уровень радиации неизвестной мишени при достаточно малых амплитудах рассеянного назад сигнала. В работе [11] предложен анализатор спектра сигналов оптического диапазона. Есть основания считать, что использование его в составе измерителя уровня радиации позволит увеличить эффективность работы измерителя.
Это означает, что появляется возможность дистанционного мониторинга удаленных радиационно-опасных объектов даже в случае малых концентраций радиации. Прибор из аналогового превращается в цифровой.
Литература
1.Зуев В. Е., Кауль Б. В., Самохвалов И. В., Кирков К. И., Цанев В. И. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. – Новосибирск: Наука, 1986.
2.Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. – М.: Мир.1987.
3.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Параметры лидаров для дистанционного зондирования газовых молекул и аэрозоля в атмосфере: Учебное пособие. – СПб: Изд-во БГТУ "ВОЕНМЕХ", 2001.
4.Привалов В. Е., Фотади А. Э., Шеманин В. Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы. – СПб.: Лань, 2013.
5.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Уравнение лазерного зондирования для реального аэрозольного лидара. – Фотоника, 2013, т. 38, № 2, с. 72–78.
6.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Лидарное уравнение с учетом конечной ширины линии генерации лазера. – Известия ВУЗов. Сер Физика, 2014, т. 57, № 8, с. 49–58.
7.Патент РФ № 43657. Мобильный лидарный комплекс для дистанционного контроля состояния атмосферы/ Борейшо А. С., Мошков В. Л., Тарасова Т. Е. и др.
8.Патент 101836 РФ. Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха/ Аблязов Э. К., Шеманин В. Г.
9.Патент 113846 РФ. Лидарная система контроля загрязнений воздуха/ Привалов В. Е.
10.Патент 110549 РФ. Измеритель уровня радиации/ Привалов В. Е.
11.Патент 86734 РФ. Параллельный анализатор спектра сигналов оптического диапазона/ Архипов И. Н., Ваганов М. А., Кулаков С. В. и др.
Конструкция разработанного мобильного лидарного комплекса для дистанционного контроля атмосферы [7] представляет собой платформу, на которой установлены элементы измерительной системы: твердотельный лазер, два TEA (Trancversly Excited Atmospheric) CО2-лазера, телескоп, двухкоординатный зеркальный сканер, оптические системы передачи излучения, приемная спектральная система. Там же помещена система синхронизации, блок сопряжения, состоящий из блока управления приводами и блока сбора информации от датчиков, вычислительно-управляющий комплекс. Твердотельный лазер выполнен в виде двухканального перестраиваемого излучателя на основе Ti:Sapphire с блоками Nd-излучателей. Каждый TEA CО2-лазер снабжен парой идентичных, оптически соединенных между собой CО2-лазеров (гетеродинным и инжекционным). При этом оптическая система передачи излучения каждого канала двухканального гетеродинного лидара состоит из двух частей. Комплекс обладает большими возможностями, но довольно громоздок.
В ряде случаев часть практических задач можно выполнить более простым устройством, которое предложено авторами [8]. Упрощение конструкции лидарной системы контроля качества атмосферного воздуха осуществлено за счет использования принципа комбинационного рассеяния света. Это позволяет использовать только один лазер для определения степени загрязнения атмосферного воздуха молекулами предельных углеводородов в атмосфере над промышленной зоной. Лидарная система состоит из платформы с установленными на ней твердотельным лазерным излучателем на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающим в режиме третьей гармоники на длине волны 355 нм, оптической системы передачи лазерного излучения, приемного телескопа, блока сбора информации и вычислительно-управляющего комплекса.
Оптическая система передачи лазерного излучения дополнительно содержит преломляющую призму, направляющую лазерное излучение в исследуемую область пространства. Приемный телескоп выполнен в виде телескопа типа Ньютона со сферическим зеркалом и линзовым объективом. Блок сбора информации содержит интерференционный светофильтр для выделения участка спектра комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами с линиями молекул углеводородов, фотоэлектрический умножитель, масштабный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и плату сбора данных.
Основными загрязняющими веществами над промышленным предприятием являются молекулы предельных углеводородов. Поэтому нецелесообразно использовать сложное оборудование для многокомпонентного анализа воздушного пространства над исследуемой областью, а достаточно использовать простую в исполнении лидарную систему для определения степени загрязнения атмосферного воздуха только молекулами предельных углеводородов.
Принцип лазерного дистанционного зондирования методом комбинационного рассеяния света известен. Он заключается в регистрации лазерного излучения, комбинационно рассеянного молекулами предельных углеводородов, с частотным сдвигом, характерным именно для этих молекул и определяемым спектром их колебаний. При этом учитывают лишь та доля рассеяного излучения, которая направлена в противоположную относительно зондирующего излучения сторону.
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха, оптическая схема которой представлена на рис.1, работает следующим образом. Импульс твердотельного лазерного излучателя на алюмоиттриевом гранате с неодимом, работающего в режиме третьей гармоники на длине волны 355 нм, направляется в исследуемую область пространства (мишень) над промышленной зоной. Часть лазерного излучения используется для создания опорного сигнала, который задает начало отсчета времени, а его амплитуда – энергию лазерного импульса. Рассеянное назад излучение комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами собирается телескопом типа Ньютона, фокусируется через линзовый объектив, проходя сквозь интерференционный светофильтр на фотокатод фотоумножителя. Импульс напряжения с ФЭУ подается на вход масштабного усилителя, затем при помощи аналого-цифрового преобразователя, через плату сбора данных, сигнал поступает в ЭВМ, где информация обрабатывается стандартным программным обеспечением и формируется сигнал для передачи его по каналам связи (Internet, wi-fi и т. д.).
Для сопоставления достоверности измерений были рассчитаны оценки мощности регистрируемого излучения комбинационного рассеяния света молекулами предельных углеводородов по лидарному уравнению для комбинационного рассеяния света исследуемыми молекулами.
Полученные результаты подтверждают, что для заданной концентрации зондируемых атомов Na и энергии комбинационного рассеяния, равной энергии десяти фотонов, оптимальной для обнаружения предельных углеводородов на расстояниях до 6 км является длина волны лазерного излучения λL = 355 нм. Если энергия лазерного импульса достигает 1 мДж, то такая величина позволяет проводить измерения в минимально возможное время.
По всей трассе зондирования с увеличением расстояния от 0,01 до 2 км время измерения увеличивается примерно на четыре порядка. Если за установленный период с расстояния R = 2,0 км, при заданном числе импульсов, посылаемых в атмосферу, ФЭУ регистрирует больше, чем десять фотонов, можно говорить о превышении на этом расстоянии концентрации молекул над заданным уровнем. Кроме того, полученные значения времени измерения удовлетворяют требованию по быстродействию лидара. Метод обеспечивает высокую точность измерений в средах, где в качестве источников загрязнений выступают молекулы предельных углеводородов.
Лидар в режиме секторного обзора, который обеспечивается за счет поворота платформы, устанавливают в промышленной зоне на доминирующем по высоте строение. Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха предназначена для непрерывного контроля содержания газообразных предельных углеводородов в исследуемой области пространства. В случае обнаружения аварийного выброса или превышения уровня предельнодопустимых концентраций в режиме реального времени происходит обработка результатов в вычислительно-управляющем комплексе, и сигнал передается по каналам связи.
Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха позволяет проводить дистанционный мониторинг загрязнения воздуха путем измерения энергии импульса, отраженного от загрязнений (мишени). Однако, при малых загрязнениях и больших расстояниях до мишени энергия импульса уменьшается в 103–109 раз, становясь соизмеримой с шумами электронных приборов. В результате полезный сигнал может быть неразличим на фоне этих шумов. Таким образом, недостатком лидарной системы контроля качества атмосферного воздуха является низкая чувствительность к малым загрязнениям. Следует учесть, что она будет и дальше падать с ростом расстояния до мишени.
Этот недостаток исправляет другая лидарная система контроля загрязнения воздуха [9] (рис.2). Алгоритм ее функционирования следующий. Импульс лазерного излучения из лазера поворотной призмой направляется в сторону области загрязнения (мишени). Основная часть излучения достигает мишени и рассеивается ею, формируя информацию об уровне загрязнения.
Определение уровня загрязнения воздуха происходит более точно, поскольку итоговый сигнал формируется двумя потоками излучения вместо одного, как было у авторов работы [8]. Поток от отражателя на порядок и более превышает рассеянное назад мишенью излучение. Поэтому чувствительность предлагаемой системы заметно превышает чувствительность системы авторов работы [8]. В частном случае реализации, если контролируемая область пространства с загрязнениями представляет собой промышленный объект (атомная станция, нефтеперерабатывающий или цементный заводы и т. п. производства), то отражатель устанавливают непосредственно на этом объекте, например на вентиляционной трубе. Тогда выходящий из трубы поток является мишенью. При направлении импульса лазерного излучения на срез трубы обратно рассеивается загрязнениями весьма малая часть излучения. Если отражатель устанавливают на пути рассеянного загрязнениями лазерного излучения так, чтобы большая часть отраженного излучения направлялось в приемный телескоп, то достигающий приемного телескопа рассеянный поток лазерного излучения многократно возрастает, обеспечивая более высокую чувствительность лидарной системы.
Возможен и другой случай реализации предлагаемого технического решения. Отражатель устанавливают на летательном аппарате (включая беспилотный). Последний зависает над наиболее опасной зоной контролируемого пространства, поворотная призма направляет излучение лазера на отражатель, а последний направляет значительную часть рассеянного лазерного излучения в приёмный телескоп, обеспечивая более высокую чувствительность лидарной системы. Чем больше площадь отражателя, тем больше и поток рассеянного лазерного излучения, направленного в приемный телескоп. Рост площади отражателя в приведенных примерах ограничивается прочностью соединения отражателя с вентиляционной трубой или подъемной силой летательного аппарата, а также возможностью сохранять способность к направлению излучения в приемный телескоп при порывах ветра и других атмосферных явлениях. Оптимальная форма отражателя – параболоид, в фокусе которого находится мишень. В отдельных случаях допустимо использовать плоский или уголковый отражатели. Отражатель может быть снабжен селективными отражающими покрытиями, соответствующими длинам волн рассеянного излучения.
Эффективность предлагаемой модели можно продемонстрировать. Источником излучения служит лазер на алюмоиттриевом гранате с неодимом со средней мощностью излучения второй гармоники излучения (длина волны 0,532 мкм) 1 Вт. Мишенью являются пары йода-131 над радиоактивным объектом. Объект отстоит на расстоянии 1 км от лидарной системы. Мощность излучения, рассеянного обратно в приемный телескоп без отражателя обычно составляет 1–10 мкВт и менее. При установке отражателя диаметром 0,5 м у среза вентиляционной трубы мощность вернувшегося рассеянного излучения увеличивается на несколько порядков и достигает 1–10 мВт в зависимости от погодных условий и расстояния от излучающего лазера, что позволяет определить степень повышения загрязнений от ПДК с повышенной чувствительностью.
Рассмотрим еще одно решение [10]. Его задачей является дистанционный мониторинг радиоактивного загрязнения радиационно-опасных предприятий за счет измерения спектра частот импульса, отраженного от мишени. Сущность предлагаемого решения иллюстрируется рис.3, на котором изображена функциональная схема измерителя. Измеритель уровня радиации [10] работает следующим образом. Импульс лазерного излучения из лазера поворотным устройством направляется в сторону мишени. Малая часть излучения по пути к мишени светоделителем отводится на фотодиод, формирующий электрический синхронизирующий импульс, поступающий на вход осциллографа. Основная часть излучения достигает мишени и рассеивается ею, формируя информацию об уровне радиации. Рассеянное излучение достигает сферического зеркала, отражается и собирается линзой через отражающую поверхность поворотного устройства в фотоумножителе, формирующем электрический импульс, усиливаемый усилителем. Сигнал с последнего поступает на два параллельных входа: блока ФСИС и осциллографа. Сигнал с усилителя в осциллографе преобразуется в сигнал дальности до мишени. Блок ФСИС выделяет спектр частот электрического импульса и подает его на вход ЭВМ для определения уровня радиации по параметрам спектра. Например, в качестве блока ФСИС могут быть использованы промышленные анализаторы спектра С4–25 или С4–8.
Измеритель уровня радиации позволяет выявлять даже малые загрязнения над радиационно-опасными предприятиями на большом от них расстоянии путем измерений спектра частот импульса, отраженного от мишени, а не по энергии импульса. Известно, что энергия импульса на эталонном уровне измеряется сегодня с погрешностью в четвертом знаке, а частота – в четырнадцатом знаке. Следовательно, учет спектра частот импульса повышает чувствительность измерителя уровня радиации на несколько порядков.
Определение уровня радиации по параметрам спектра можно осуществлять, например, следующим образом. Опытным путем градуируют измеритель уровня радиации по сигналу, отраженному от источника, уровень радиации которого хорошо известен – например, в зависимости от расстояния до источника либо в зависимости от уровня радиации по источнику с переменным уровнем радиации. Градуировка осуществляется по изменению спектра частот импульса, а частота в настоящее время измеряется на десять порядков точнее, чем энергия импульса. Имея градуировочную кривую, определяют уровень радиации неизвестной мишени при достаточно малых амплитудах рассеянного назад сигнала. В работе [11] предложен анализатор спектра сигналов оптического диапазона. Есть основания считать, что использование его в составе измерителя уровня радиации позволит увеличить эффективность работы измерителя.
Это означает, что появляется возможность дистанционного мониторинга удаленных радиационно-опасных объектов даже в случае малых концентраций радиации. Прибор из аналогового превращается в цифровой.
Литература
1.Зуев В. Е., Кауль Б. В., Самохвалов И. В., Кирков К. И., Цанев В. И. Лазерное зондирование индустриальных аэрозолей. – Новосибирск: Наука, 1986.
2.Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. – М.: Мир.1987.
3.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Параметры лидаров для дистанционного зондирования газовых молекул и аэрозоля в атмосфере: Учебное пособие. – СПб: Изд-во БГТУ "ВОЕНМЕХ", 2001.
4.Привалов В. Е., Фотади А. Э., Шеманин В. Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы. – СПб.: Лань, 2013.
5.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Уравнение лазерного зондирования для реального аэрозольного лидара. – Фотоника, 2013, т. 38, № 2, с. 72–78.
6.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Лидарное уравнение с учетом конечной ширины линии генерации лазера. – Известия ВУЗов. Сер Физика, 2014, т. 57, № 8, с. 49–58.
7.Патент РФ № 43657. Мобильный лидарный комплекс для дистанционного контроля состояния атмосферы/ Борейшо А. С., Мошков В. Л., Тарасова Т. Е. и др.
8.Патент 101836 РФ. Лидарная система контроля качества атмосферного воздуха/ Аблязов Э. К., Шеманин В. Г.
9.Патент 113846 РФ. Лидарная система контроля загрязнений воздуха/ Привалов В. Е.
10.Патент 110549 РФ. Измеритель уровня радиации/ Привалов В. Е.
11.Патент 86734 РФ. Параллельный анализатор спектра сигналов оптического диапазона/ Архипов И. Н., Ваганов М. А., Кулаков С. В. и др.
Отзывы читателей
