ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В КОГЕРЕНТНЫХ СИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

January 7, 2013 by admin Комментировать »

Евстигнеев В. Л. Меркишин Г. В., Михайлов С. С. Московский авиационный институт (государственный технический университет) ГС П-3, Волоколамское шоссе д. 4, г. Москва, 125993, Россия тел.: 158-47-28, e-mail: merkishingv@rambler.ru

Аннотация – Рассматривается исследование фазового интерференционного метода для его использования в системах регистрации параметров оптической среды.

I.                                       Введение

с недавнего времени увеличился рост загрязнений окружающей среды, вызванный техногенными и антропогенными факторами, в том числе и угрозами терроризма (распыление боевых отравляющих веществ в местах массового скопления людей). В связи с этим остро встала проблема эффективного и мгновенного обнаружения и отслеживания этих загрязнений. Началось бурное развитие методов и средств контроля загрязнений. Одним из таких методов стал метод спектроскопии, основанный на применении лазеров.

II.                              Основная часть

Постановка проблемы: требуется обнаружить определенный газ в данном объеме помещения, определить его концентрацию.

Предлагаемый метод основан на сравнении опорного сигнала с измеренным.

Контролируемый участок

Рис. 1. Схема установки.

Fig. 1. Laboratory set-up configuration

Установка представляет собой прямоугольный бокс с двумя отделениями. В первом (опорном) находится воздух. Во второй поступает исследуемый газ. Бокс облучается лазером и по отраженной интерференционной картине получаем информацию о наличии газа и его концентрации. Математический аппарат метода построен на выкладках приведенных ниже.

Пусть в плоскости μν на рис.2 наблюдается изменение интенсивности излучения по закону

где в соответствии с

определив параметры и, φ, можно получить информацию об относительном расположении исследуемых точек

Рис. 2. Гзометрия задачи.

Fig. 2. Geometry of а problem

Приемной системой является линейка идентичных квадратичных фотоприемников с шириной фото- чувствительных площадок (окон) Аи расстоянием между ними δ (рис. 2). Уровень сигнала на выходе i- го приемника в обозначениях рис. 2 пропорционален

I

В дальнейшем потребуется выражение для разности сигналов на выходах а:-го и 1-го приемников:

Определение параметров                        φ можно прово

дить на основе измерения уровней сигналов четырех фотоприемников и использования отношения

которое не зависит от Jo и Jm. В случае i + j = к + I это отношение не зависит и от ^ и его удобно применять

для нахождения Используя (3) и (4), получаем:

Для фотоприемников, геометрия которых показанных на рис.З, имеем:

где

Рис. 3. Гзометрия фотоприёмников. Fig. 3. Geometry of photo receivers

Покажем на реальном примере расчета чувствительность данного метода. Расчет будем проводить для газа Метан.

Показатели преломления для двух газов:

Фазовая скорость:

Время хода лучей для расстояния L=0,5 м:

Ряянимяхоля пучей составит’

Таким образом, используя длину волны Л = 3,3 мкм, т. е. частоту / = ю*’* Гц получим разность хода в 24,4 периода. За это время набег фазы составит: 360"-24.4 = 8784"

III.                                   Заключение

Таким образом, если требование к фазовой чувствительности фотодетектора составляет 1°, то можно обнаружить концентрацию газа Метан в 8784 раза меньше концентрации воздуха, получить высокую чувствительность системы. Отметим недостаток системы: появляется погрешность, вызванная колебаниями воздуха (турбулентность). Высокая чувствительность требует принятия специальных мер, чтобы искпючить движение газовой смеси и связанные с ним флуктуации плотности среды.

Нужно отметить также неоднозначность измерений, присущую всем фазовым методам, которую можно исключить комплексированием системы с более грубым измерителем, обладающим однозначной характеристикой.

IV.                                   Литература

[1]  Меркишин Г. В. «Многооконные оптико-электронные датчики линейных размеров» Москва, изд-во «Радио и связь» 1986 г.

[2]  Лазерные оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды, Москва, изд-во «МВТУ им. Н. Э. Баумана», 2000 г.

SIGNAL PROCESSING IN COHERENT SYSTEMS FOR MONITORING THE SURROUNDING ATMOSPHERE

Evstigneev V. L., Merkishin G. V., MichailovS. S. Moscow Aviation institute (State teciinicai university)

GSP-3, Voiol<oiamsl<oe Sii. 4, Moscow, 125993, Russia e-maii: meri<isiiingv@rambier ru

Abstract-The application of coherent radiation for monitoring the gas in atmosphere is developed.

I.                                         Introduction

During recent years the growth of the pollution of the environment increases due to technogenic and antropogenic factors including terroristic threats such as diffusion of chemical agents inside the places with mass accumulation of people. Problem of a gas analyzing for atmosphere environment is actual in last years: threat of terror, polluting a environment. The existing methods for a gas analysis are not universal and selective for different gases.

II.                                        Main Part

Consider the problem where it is necessary to detect the gas in a certain volume. Device for solution this problem, schematically shown in Fig.1, is based on comparison the signals from closed and opened parts of device, which produce the interference fringes as in Fig.2. Parameters of interference fringes are defined from output signals of four photodetectors.

III.                                       Conclusion

So if the requirements for phase sensitivity of photodetector are about 1°, then it is possible to detect gas methane with concentration being 8784 times less than that for an air that is to obtain highly sensitive measuring systems.

The disadvantage of this system is the errors caused by the air density fluctuations (turbulence). High sensitivity requires special measures to avoid the motion of gas mixture and associated fluctuations of surrounding medium density.

This method also suffers from ambiguity of measurements what is peculiar to all phase methods. The ambiguity of measurements could be excluded by combining the system with more rough measuring tool with single-valued detection performance.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты