RU2045040C1 - Дистанционный измеритель концентрации воздушных загрязнений - Google Patents

Abstract

Использование: в оптической технике для дистанционного измерения концентраций различных атмосферных загрязнений, например для определения концентрации рудничного газа на различных участках шахты и штолен. Сущность изобретения: одновременно получают сигналы спонтанного комбинационного рассеяния на исследуемых веществах в двух частотных диапазонах и производят совместную их обработку. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения концентраций различных атмосферных загрязнений, например для определения концентрации рудничного газа на различных участках шахт и штолен.

Известен лидар, предназначенный для зондирования атмосферного озона, работа которого основана на дифференциальном поглощении [1] Принцип работы этого устройства заключается в определении средней концентрации газа в выбранном интервале расстояний путем анализа сигналов обратного рассеяния на двух длинах волн, настроенных соответственно на максимум и минимум спектрального поглощения исследуемого газа.

Недостатками этого лидара являются необходимость реализации точных значений обеих частот оптического излучения (что жестко ограничивает выбор источников излучения), а также сложность обработки принятых сигналов (для получения достоверных результатов необходимо одновременно измерять профиль обратного аэрозольного рассеяния по трассе распределения зондирующих импульсов). Кроме того, при изменении типа исследуемого газа необходимо изменение обеих частот зондирующего оптического излучения, что обычно означает замену типов самих источников. Следует также отметить, что лидары такого типа обладают низкой достоверностью и точностью, так как на принимаемые сигналы могут наложиться посторонние сигналы как на частоте, соответствующей максимуму спектрального поглощения исследуемого вещества, так и на частоте, соответствующей минимуму спектрального поглощения исследуемого вещества, что приведет к искажению результатов измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является дистанционный измеритель концентрации воздушных загрязнений, работа которого основана на приеме сигналов на частотах спонтанного комбинационного рассеяния [2] Измеритель содержит лазер, передающую оптическую систему, блок обработки, блок регистрации, блок управления и последовательно оптически связанные приемную оптическую систему, частотный разделитель и фотоприемный блок. Выход лазера оптически связан с передающей оптической системой, первый выход блока управления соединен с управляющим входом лазера, второй выход блока управления с первым входом блока обработки, выход фотоприемного блока соединен с вторым входом блока обработки, выход блока обработки с входом блока регистрации. Приемная оптическая система выполнена по схеме Кассегрена. В качестве частотного разделителя использован монохроматор с дифракционной решеткой, использующейся во втором порядке. В состав фотоприемника входят фотоэлектронные умножители, регистрирующие сигналы спонтанного комбинационного рассеяния на исследуемом веществе и молекулярном азоте. Поскольку концентрацию и молекулярного азота, и молекулярного кислорода с достаточной для данных измерений точностью можно считать в атмосфере постоянной, то сигнал спонтанного комбинационного рассеяния на N₂(O₂) используется для нормировки сигналов, соответствующих спонтанному комбинационному рассеянию на исследуемом веществе.

По сравнению с другими типами измерителей устройство, использующее сигналы на частотах спонтанного комбинационного рассеяния, имеет ряд преимуществ, главное из которых заключается в том, что нет необходимости специально подбирать длину волны излучения лазера и изменять ее при изменении типа исследуемого вещества, что обеспечивает универсальность любого выбранного для лидара типа лазера. Кроме того, поскольку частоты спонтанного комбинационного рассеяния отстоят от частоты зондирующего импульса на достаточном расстоянии в спектре, то сравнительно легко избавиться от влияния обратного аэрозольного и молекулярного рассеяния на частоте зондирующего импульса.

Недостатком данного измерителя является низкая достоверность и точность получаемых результатов, так как на сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию на исследуемом веществе, могут наложиться сигналы на той же (или близкой) частоте, обусловленные взаимодействием лазерного излучения с другими веществами, или же сигналы, обусловленные фоновым излучением, что приведет к искажению результатов измерений.

Задачей изобретения является повышение достоверности и точности измерений.

Для этого дистанционный измеритель концентрации воздушных загрязнений, содержащий лазер, передающую оптическую систему, блок обработки, блок регистрации, блок управления и последовательно оптически связанные приемную оптическую систему, частотный разделитель и фотоприемный блок, в котором первый выход блока управления соединен с управляющим входом лазера, второй выход блока управления соединен с первым управляющим входом блока обработки, выход фотоприемного блока соединен с вторым входом блока обработки, выход блока обработки соединен с вторым входом блока регистрации, дополнительно введены частотный преобразователь, первый светоделитель, второй светоделитель, первый фильтр, второй фильтр, первый фотоприемник и второй фотоприемник, причем выход лазера оптически связан с входом частотного преобразователя, выход частотного преобразователя оптически связан с входом первого светоделителя, первый выход первого светоделителя оптически связан через первый фильтр с первым фотоприемником, второй выход первого светоделителя оптически связан с входом второго светоделителя, первый выход второго светоделителя оптически связан через второй фильтр с вторым фотоприемником, второй выход второго светоделителя оптически связан с передающей оптической системой, выход первого фотоприемника соединен с первым калибровочным входом блока обработки, выход второго фотоприемника соединен с вторым калибровочным входом блока обработки, третий выход блока управления соединен с вторым управляющим входом блока обработки, четвертый выход блока управления соединен с управляющим входом частотного преобразователя, а пятый выход блока управления соединен с управляющим входом частотного разделителя.

Такое построение дистанционного измерителя воздушных загрязнений позволяет одновременно получить сигналы спонтанного комбинационного рассеяния оптического излучения на исследуемых веществах в двух частотных диапазонах и провести их совместную обработку, что приводит к повышению достоверности и точности измерений за счет устранения возможности искажения результатов измерений помехами или сигналами, обусловленными взаимодействием оптического излучения с другими веществами.

Частотный разделитель может содержать блок светоделителей и блок оптических фильтров, причем каждый элемент блока светоделителей оптически связан с соответствующим элементом блока оптических фильтров, управляющий вход блока оптических фильтров соединен с пятым выходом блока управления, а число элементов как в блоке светоделителей, так и в блоке оптических фильтров равно 2N+2, где N число видов исследуемых воздушных загрязнений.

Частотный разделитель может содержать последовательно оптически связанные расширитель пучка, блок преобразователей апертуры и блок оптических фильтров, управляющий вход блока оптических фильтров соединен с пятым выходом блока управления, причем число элементов как в блоке преобразователей апертуры, так и в блоке оптических фильтров равно 2N+2.

Блок обработки может содержать N каналов, каждый из которых содержит семь делителей, четыре ключа, компаратор и сумматор, при этом в каждом канале первый вход первого делителя соединен с первым выходом фотоприемного блока, первый вход второго делителя соединен с вторым выходом фотоприемного блока, вторые входы первого и третьего делителей соединены с выходом первого фотоприемника, вторые входы второго и шестого делителей соединены с выходом второго фотоприемника, вторые входы первого и второго ключей соединены с вторым выходом блока управления, второй вход пятого делителя соединен с третьим выходом блока управления, выход первого делителя соединен с вторым входом четвертого делителя, выход третьего делителя соединен с первым входом четвертого делителя, выход шестого делителя соединен с первым входом седьмого делителя, выход второго делителя соединен с вторым входом седьмого делителя, выход четвертого делителя соединен с первым входом первого ключа, выход седьмого делителя соединен с первым входом второго ключа, выход первого ключа соединен с первым входом пятого делителя, выход пятого делителя соединен с первыми входами компаратора и третьего ключа, выход второго ключа соединен с вторым входом компаратора и первым входом четвертого ключа, первый выход компаратора соединен с вторым входом третьего ключа, второй выход компаратора соединен с вторым входом четвертого ключа, выход третьего ключа соединен с первым входом сумматора, выход четвертого ключа соединен с вторым входом сумматора, выход сумматора соединен с входом блока регистрации, причем в 1-м канале первый вход третьего делителя соединен с 2i+1-м выходом фотоприемного блока, а первый вход шестого делителя соединен с 2(i+1)-м выходом фотоприемного блока (i 1, 2,N).

На фиг.1 приведена функциональная схема дистанционного измерителя концентрации воздушных загрязнений; на фиг.2 и 3 варианты конструктивного выполнения частотного разделителя; на фиг.4 вариант конструктивного выполнения блока обработки.

Дистанционный измеритель воздушных загрязнений содержит первый фотоприемник 1, второй фотоприемник 2, первый фильтр 3, второй фильтр 4, лазер 5, частотный преобразователь 6, первый светоделитель 7, второй светоделитель 8, передающую оптическую систему 9, блок 10 управления, блок 11 обработки, фотоприемный блок 2, частотный разделитель 13, приемную оптическую систему 14 и блок 15 регистрации (фиг.1). Выход лазера 5 оптически связан с входом частотного преобразователя 6, выход частотного преобразователя 6 оптически связан с входом первого светоделителя 7, первый выход первого светоделителя 7 оптически связан через первый фильтр 3 с первым фотоприемником 1, второй выход первого светоделителя 7 оптически связан с входом второго светоделителя 8, первый выход второго светоделителя 8 оптически связан через второй фильтр 4 с вторым фотоприемником 2, второй выход второго светоделителя 8 оптически связан с передающей оптической системой 9, первый выход блока 10 управления соединен с управляющим входом лазера 5, второй выход блока 10 управления соединен с первым входом блока 11 обработки, а выход блока 11 обработки соединен с входом блока 15 регистрации. Приемная оптическая система 14, частотный разделитель 13 и фотоприемный блок 12 последовательно оптически связаны друг с другом. Выход фотоприемного блока 12 соединен с вторым входом блока 11 обработки, выход первого фотоприемника 1 соединен с первым калибровочным входом блока обработки 11, выход второго фотоприемника 2 соединен с вторым калибровочным входом блока 11 обработки, третий выход блока 10 управления соединен с вторым управляющим входом блока 11 обработки, четвертый выход блока 10 управления соединен с управляющим входом частотного преобразователя 6, а пятый выход блока 10 управления соединен с управляющим входом частотного разделителя 13.

Дистанционный измеритель концентрации воздушных загрязнений работает следующим образом.

По сигналу, передаваемому с первого выхода блока 10 управления на управляющий вход лазера 5, лазер 5 формирует импульс когерентного оптического излучения с длиной волны λ₁. При прохождении через частотный преобразователь 6 часть оптического излучения преобразуется в оптическое излучение с длиной волны λ₂ λ₁/k, где k положительное число. Таким образом, на выходе частотного преобразователя 6 оптическое излучение представляет собой совокупность двух оптических сигналов с длинами волн λ₁ и λ₂. При прохождении оптического излучения через первый светоделитель 7 часть излучения ответвляется и через первый выход проходит через первый фильтр 3, который пропускает только излучение с длиной волны λ₁, и попадает на первый фотоприемник 1. Сигнал с выхода первого фотоприемника 1 поступает на первый калибровочный вход блока 11 обработки. После выхода из первого светоделителя 7 оптическое излучение проходит через второй светоделитель 8, где часть излучения ответвляется и через первый выход второго светоделителя 8 направляется к второму фильтру 4, который пропускает к второму фотоприемнику 2 оптическое излучение только с длиной волны λ₂. Сигнал с выхода второго фотоприемника 2 поступает на второй калибровочный вход блока 11 обработки. После второго светоделителя 8 оптическое излучение проходит через передающую оптическую систему 9, которая формирует требуемую диаграмму направленности и посылает оптическое излучение в заданном направлении.

При взаимодействии оптического излучения с компонентами воздушной среды за счет эффекта спонтанного (рамановского) комбинационного рассеяния в спектре принимаемого оптического излучения кроме линий, характеризующих падающий свет, наблюдаются добавочные линии, сопровождающие каждую из линий падающего излучения. Различие в частотах возбуждающей первичной линии и появляющихся в спектре добавочных линий характерно для каждого рассеивающего вещества и равно частотам собственных колебаний молекул. Приемная оптическая система 14 направляет оптическое излучение в частотный разделитель 13, который осуществляет разделение спектральных линий принятого света. Спектральные составляющие с выхода частотного разделителя 13 попадают на вход фотоприемного блока 12. Сигналы с выхода фотоприемного блока попадают на информационные входы блока 11 обработки: на его первый информационный блок поступает сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию света с длиной волны λ₁ на молекуляpном азоте (или молекулярном кислороде), на его второй информационный выход поступает сигнал, соответствующий спонтанному комбинационному рассеянию света с длиной волны λ₂ на молекулярном азоте (или на молекулярном кислороде), на его остальные информационные входы поступают сигналы, соответствующие спонтанному комбинационному рассеянию света с длинами волн λ₁ и λ₂ на зондируемых атмосферных загрязнениях. Далее будут приняты следующие обозначения: λ_1Н, λ₁₁, λ₁₂, λ_1i, длины волн оптического излучения, соответствующие спонтанному комбинационному рассеянию излучения с длиной волны λ₁ на молекулярном азоте (молекулярном кислороде), первом, втором, третьем, i-м, исследуемых веществах соответственно, а λ_2Н, λ₂₁, λ₂₂, λ_2i, длины волны оптического излучения, соответствующие спонтанному комбинационному рассеянию излучения с длиной волны λ₂ на молекулярном азоте (молекулярном кислороде), первом, втором третьем, i-м, исследуемых веществах соответственно. Сигналы, поступающие с второго выхода блока 10 управления на управляющий вход блока 11 обработки, осуществляют стробирование принятых сигналов, т.е. выбор требуемого участка трассы, на котором производится определение концентрации воздушных загрязнений. Сигналы, поступающие на калибровочные входы блока 11 обработки, позволяют провести учет мощности генерируемого излучения как на длине волны λ₁, так и на длине волны λ₂. Сигналы, поступающие на первый и второй информационные входы блока 11 обработки, соответствуют принимаемом излучению с длинами волн λ_1Н и λ_2Н и позволяют произвести нормировку исследуемых сигналов по спонтанному комбинационному рассеянию света на эталонном газе (молекулярном азоте или молекулярном кислороде). Блок обработки с учетом нормировочных сигналов осуществляет сравнение сигналов, соответствующих спонтанному комбинационному рассеянию излучения на исследуемых веществах с учетом различия сечений рассеяния на длинах волн λ₁ и λ₂. Получение сигналов спонтанного комбинационного рассеяния на двух длинах волн по каждому исследуемому веществу и совместная обработка этих сигналов в блоке 11 обработки позволяет повысить достоверность и точность измерений. Сигнал с выхода блока обработки поступает на вход блока 15 регистрации. Величина k выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации устройства. В простейшем случае k может быть равно целому числу, например двум, трем, четырем и т.д. В этом случае частотный преобразователь 6 пропускает основную гармонику с длиной волны λ₁ и формирует вторую, третью, четвертую и т. д. гармонику. Изменение величины k производится по команде, поступающей с четвертого выхода блока 10 управления на управляющий вход частотного преобразователя 6. Одновременно с этим на третьем выходе блока 10 управления формируется сигнал, подаваемый на второй управляющий вход блока 11 обработки. Этот сигнал позволяет блоку 11 обработки учесть изменение величины сечения спонтанного комбинационного рассеяния при изменении длины волны λ₂ (величина сечения рассеяния пропорциональна четвертой степени длины волны), а на пятом выходе блока обработки формируется сигнал, подаваемый на управляющий вход частотного разделителя 13. Кроме того, этот сигнал осуществляет перестройку частотного разделителя 13 в соответствии с новыми значениями λ_2Н, λ₂₁, λ₂₂, λ₂₃, λ_2i,
Конструктивная реализация предлагаемого дистанционного измерителя концентрации воздушных загрязнений не вызывает затруднений.

Частотный разделитель 13, изображенный на фиг.2, содержит блок 16 светоделителей и блок 17 оптических фильтров, причем каждый элемент 18 блока 16 светоделителей оптически связан с соответствующим элементом 19 блока 17 оптических фильтров, число элементов как в блоке 16 светоделителей, так и в блоке 17 оптических фильтров равно 2N+2, а управляющий вход блока 17 оптических фильтров выполняет роль управляющего входа частотного разделителя 13 и соединен с пятым выходом блока 10 управления.

В этом случае частотный разделитель 13 работает следующим образом. Оптическое излучение последовательно проходит через блок 16 светоделителей, при этом каждый элемент 18 блока 16 светоделителей ответвляет часть оптического излучения в сторону соответствующего элемента 19 блока 17 оптических фильтров. Каждый элемент 19 блока 27 оптических фильтров пропускает только излучение требуемой длины волны. В каждом канале излучение после элемента 19 блока 17 оптических фильтров поступает на соответствующий элемент 20 фотоприемного блока 12. Сигналы с выходов элементов 20 фотоприемного блока 12 поступают на соответствующие информационные входы блока 11 обработки. При изменении k (т.е. при изменении значения λ₂) на управляющий вход блока 17 оптических фильтров поступает сигнал с пятого выхода блока 10 управления, осуществляющий перестройку тех элементов 19, которые настроены на пропускание излучения с длинами волн λ_2Н, λ₂₁, λ₂₂, λ₂₃, λ_2i, В простейшем случае по команде с пятого выхода блока 10 управления производится замена этих элементов.

Частотный разделитель 13, изображенный на фиг.3, содержит последовательно оптически связанные расширитель 21 пучка, блок 22 преобразователей апертуры и блок 17 оптических фильтров, причем число элементов 23 как в блоке 22 преобразователей апертуры, так и число элементов 19 в блоке 17 оптических фильтров равно 2N+2, а управляющий вход блока 17 оптических фильтров выполняет роль управляющего входа частотного разделителя 13 и соединен с пятым выходом блока 10 управления.

В этом случае расширитель 21 пучка расширяет оптический пучок до требуемых размеров, а блок 22 преобразователей апертуры формирует 2N+2 оптических пучков, направляемых на блок 17 оптических фильтров, в котором каждый элемент 19 пропускает излучение только с длиной волны, соответствующей данному каналу. При изменении числа k (т.е. при изменении значения λ₂) на управляющий вход блока 17 оптических фильтров поступает сигнал с пятого выхода блока 10 управления, осуществляющий перестройку тех элементов 19, которые настроены на пропускание излучения с длинами волн λ_2Н, λ₂₁, λ₂₂, λ₂₃, λ_2i, В простейшем случае по команде с пятого выхода блока 10 управления производится замена этих элементов.

Блок 11 обработки содержит N каналов (на фиг.4 для простоты и наглядности изображен только i-й канал,з i 1, 2,N), каждый из которых содержит семь делителей 24-30, четыре ключа 31-34, компаратор 35 и сумматор 36. Первый вход первого делителя 24 соединен с первым выходом фотоприемного блока 12, первый вход второго делителя 25 соединен с вторым выходом фотоприемного блока 12, вторые входы первого 24 и третьего 26 делителей соединены с выходом первого фотоприемника 1, а вторые входы второго 25 и шестого 29 делителей соединены с выходом второго фотоприемника 2. Вторые входы первого 31 и второго 32 ключей соединены с вторым выходом блока 10 управления, а второй выход пятого делителя 28 соединен с третьим выходом блока 10 управления. Выход первого делителя 24 соединен с вторым входом четвертого делителя 27, выход третьего делителя 26 соединен с первым входом четвертого делителя 27, выход шестого делителя 29 соединен с первым входом седьмого делителя 30, выход второго делителя 25 соединен с вторым входом седьмого делителя 30, выход четвертого делителя 27 соединен с первым входом первого ключа 31, выход седьмого делителя 30 соединен с первым входом второго ключа 32, выход первого ключа 31 соединен с первым входом пятого делителя 28, выход пятого делителя 28 соединен с первыми входами компаратора 35 и третьего ключа 33, выход второго ключа 32 соединен с вторым входом компаратора 35 и первым входом четвертого ключа 34, первый выход компаратора 35 соединен с вторым входом третьего ключа 33, второй выход компаратора 35 соединен с вторым входом четвертого ключа 34, выход третьего ключа 33 соединен с первым входом сумматора 36, выход четвертого ключа 34 соединен с вторым входом сумматора 36, выход сумматора 36 соединен с входом блока 15 регистрации. В i-м канале первый вход третьего делителя 26 соединен с 2i+1-м выходом фотоприемного блока 12, а первый выход шестого делителя 29 соединен с 2(i+1)-м выходом фотоприемного блока 12.

Совокупность первых входов первых делителей 24 всех каналов выполняет роль первого информационного входа блока 11 обработки, совокупность первых входов вторых делителей 25 всех каналов выполняет роль второго информационного входа блока 11 обработки, совокупность вторых входов первых 24 и третьих 26 делителей всех каналов выполняет роль первого калибровочного входа блока 11 обработки, совокупность вторых входов 25 и шестых 29 делителей всех каналов выполняет роль второго калибровочного входа блока 11 обработки, совокупность выходов сумматоров 36 всех каналов выполняет роль выхода блока 11 обработки, совокупность вторых входов первых 31 и вторых 32 ключей всех каналов выполнят роль первого управляющего входа блока 11 обработки, совокупность вторых входов пятых делителей 28 всех каналов выполняет роль второго управляющего входа блока 11 обработки, первый вход третьего делителя 26 i-го канала выполняет роль 2i+1-го информационного входа блока 11 обработки, а первый вход шестого делителя 29 i-го канала выполняет роль 2(i+1)-го информационного входа блока 11 обработки.

Блок 11 обработки работает следующим образом. На первый вход первого делителя 24 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_1Н, а на второй вход первого делителя 24 поступает с выхода первого фотоприемника 1 сигнал, пропорциональный мощности уходящего излучения с длиной волны λ₁. Первый делитель 24 делит сигнал, поступающий на его первый вход, на сигнал, поступающий на его второй вход, и тем самым осуществляет калибровку сигнала, соответствующего излучению с длиной волны λ_1Н.

На первый вход второго делителя 25 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_2Н, а на второй вход второго делителя 25 поступает с выхода второго фотоприемника 2 сигнал, пропорциональный мощности уходящего излучения с длиной волны λ₂. Второй делитель 25 осуществляет калибровку сигнала, соответствующего излучению с длиной волны λ_2Н. На первый вход третьего делителя 26 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_1i, а на второй вход третьего делителя 26 поступает сигнал с выхода первого фотоприемника 1. Третий делитель 26 осуществляет калибровку сигнала, соответствующего излучению с длиной волны λ_1i.
На первый вход шестого делителя 29 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_2i, а на второй вход шестого делителя 29 поступает сигнал с выхода второго фотоприемника 2. Шестой делитель 29 осуществляет калибровку сигнала, соответствующего излучению с длиной волны λ_2i.

На первый вход четвертого делителя 27 поступает с выхода третьего делителя 24 сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_1i, а на второй вход четвертого делителя 27 поступает с выхода первого делителя 24 сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_1Н. Четвертый делитель 27 осуществляет нормировку сигнала от исследуемого вещества по азотной (кислородной) линии для зондирующего излучения с длиной волны λ₁. На первый вход седьмого делителя 30 с выхода шестого делителя 29 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_2i, а на второй вход седьмого делителя поступает с выхода второго делителя 25 сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_2Н. Седьмой делитель 30 осуществляет нормировку сигнала от исследуемого вещества по азотной (кислородной) линии для зондирующего излучения с длиной волны λ₂.

Сигнал с выхода четвертого делителя 27 поступает на первый вход первого ключа 31, а сигнал с выхода седьмого делителя 30 поступает на первый вход второго ключа 32. На вторые выходы первого 31 и второго 32 ключей поступает стробирующий сигнал с второго выхода блока 10 управления. Этот сигнал представляет собой импульс, открывающий и закрывающий первый 31 и второй 32 ключи в требуемые моменты времени. Задержка фронта этого импульса относительно генерируемого лазером 5 зондирующего импульса определяется требуемой дальностью до исследуемого участка трассы, а длительность этого импульса определяется требуемой протяженностью зондируемого участка.

Сигнал с выхода первого ключа 31 поступает на первый вход пятого делителя 28, на второй вход которого поступает сигнал с третьего выхода блока 10 управления. Поскольку величина сечения рассеяния спонтанного комбинационного рассеяния пропорциональна четвертой степени длины волны зондирующего излучения, то для дальнейшей обработки необходимо в описываемом варианте конструктивного исполнения блока 11 обработки произвести выравнивание амплитуд сигналов, соответствующих излучениям на длине волны λ_1i и на длине волны λ_2i. При изменении режима работы частотного преобразователя 6 (т.е. при изменении числа k, задающего соотношение между λ₁ и λ₂) изменяется также и величина сигнала, подаваемого на второй вход пятого делителя 28, в результате чего изменяется коэффициент деления пятого делителя 28.

Сигнал с выхода пятого делителя 28 поступает на первые входы компаратора 35 и третьего ключа 33, а сигнал с выхода второго ключа 32 поступает на второй вход сумматора 35 и первый вход четвертого ключа 34. Компаратор 35 сравнивает сигналы, соответствующие излучениям с длинами волн λ_1i и λ_2i.

Компаратор 35 работает следующим образом. Если сигнал на его первом входе меньше или равен сигналу на его втором входе, то на его первом выходе формируется сигнал, достаточный для открывания третьего ключа 33, а на его втором выходе сигнал отсутствует, т.е. четвертый ключ 34 оказывается закрытым. Если же сигнал на первом входе компаратора 35 больше сигнала на его втором входе, то на его первом входе сигнал отсутствует, в результате чего третий ключ 33 закрывается, а на втором выходе компаратора 35 формируется сигнал, достаточный для открывания четвертого ключа 34. Таким образом, при поступлении на первый и второй входы компаратора 35 одинаковых сигналов (т.е. когда помеха отсутствует как в сигнале, соответствующем излучению с длиной волны λ_1i, так и в сигнале, соответствующем излучению с длиной волны λ_2i), на первый вход сумматора 36 через третий ключ 33 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_1i, сигнал на втором входе сумматора 36 отсутствует. Если сигнал на втором входе компаратора 35 больше сигнала на его первом входе (т.е. когда в сигнале, соответствующем излучению с длиной волны λ_2i, присутствует помеха), то на первый вход сумматора 36 через третий ключ 33 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_1i, а на втором входе сумматора 36 сигнал отсутствует. Если сигнал на первом входе сумматора 35 больше сигнала на его втором входе (т.е. когда в сигнале, соответствующем излучению с длиной волны λ_1i, присутствует помеха), то на второй вход сумматора 36 поступает сигнал, соответствующий излучению с длиной волны λ_2i, а сигнал на первом входе сумматора 36 отсутствует. Сигнал с выхода сумматора 36 передается на вход блока 15 регистрации. Блок 15 регистрации регистрирует принимаемые сигналы.

Claims (4)

1. ДИСТАНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ВОЗДУШНЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ, содержащий лазер, передающую оптическую систему, блок обработки, блок регистрации, блок управления и последовательно оптически связанные приемную оптическую систему, частотный разделитель и фотоприемный блок, при этом первый выход блока управления соединен с управляющим входом лазера, второй выход с первым управляющим входом блока обработки, каждый выход фотоприемного блока соединен с соответствующим информационным входом блока обработки,выход блока обработки с входом блока регистрации, отличающийся тем, что в него дополнительно введены частотный преобразователь, первый и второй светоделители, первый и второй фильтры, первый и второй фотоприемники, причем выход лазера оптически связан с входом частотного преобразователя, выход частотного преобразователя оптически связан с входом первого светоделителя, первый выход первого светоделителя оптически связан через первый фильтр с первым фотоприемником, второй выход первого светоделителя оптически связан с входом второго светоделителя, первый выход второго светоделителя оптически связан через второй фильтр с вторым фотоприемником, второй выход второго светоделителя оптически связан с передающей оптической системой, выход первого фотоприемника соединен с первым калибровочным входом блока обработки, выход второго фотоприемника с вторым калибровочным входом блока обработки, третий выход блока управления соединен с вторым управляющим входом блока обработки, четвертый выход блока с управляющим входом частотного преобразователя, а пятый выход с управляющим входом частотного разделителя.

2. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что частотный разделитель содержит блок светоделителей и блок оптических фильтров, причем каждый элемент блока светоделителей оптически связан с соответствующим элементом блока оптических фильтров, управляющий вход блока оптических фильтров соединен с пятым выходом блока управления, а число элементов как в блоке светоделителей, так и в блоке оптических фильтров равно 2N+2, где N число видов исследуемых воздушных загрязнений.

3. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что частотный разделитель содержит последовательно оптически связанные расширитель пучка, блок преобразователей апертуры и блок оптических фильтров, управляющий вход блока оптических фильтров соединен с пятым выходом блока управления, причем число элементов как в блоке преобразователей апертуры, так и в блоке оптических фильтров равно 2N + 2.

4. Измеритель по п.1, отличающийся тем, что блок обработки содержит N каналов, каждый из которых содержит семь делителей, четыре ключа, компаратор и сумматор, при этом в каждом канале первый вход первого делителя соединен с первым выходом фотоприемного блока, первый вход второго делителя с вторым выходом фотоприемного блока, вторые входы первого и третьего делителей соединены с выходом первого фотоприемника, вторые входы второго и шестого делителей с выходом второго фотоприемника, вторые входы первого и второго ключей с вторым выходом блока управления, второй вход пятого делителя с третьим выходом блока управления, выход первого делителя с вторым входом четвертого делителя, выход третьего делителя с первым входом четвертого делителя, выход шестого делителя с первым входом седьмого делителя, выход второго делителя с вторым входом седьмого делителя, выход четвертого делителя с первым входом первого ключа, выход седьмого делителя с первым входом второго ключа, выход первого ключа с первым входом пятого делителя, выход пятого делителя с первыми входами компаратора и третьего ключа, выход второго ключа с вторым входом компаратора и первым входом четвертого ключа, первый выход компаратора с вторым входом третьего ключа, второй выход с вторым входом четвертого ключа, выход третьего ключа соединен с первым входом сумматора, выход четвертого ключа с вторым входом сумматора, выход сумматора с входом блока регистрации, причем в i-м канале первый вход третьего делителя соединен с 2(i + 1)-м выходом фотоприемного блока, а первый вход шестого делителя соединен с 2(i + 1)-м выходом фотоприемного блока, где i=1,2,3,N.

Images