Євстигнєєв В Л Меркішін Г В, Михайлов С С Московський авіаційний інститут (державний технічний університет) ГС П-3, Волоколамское шосе д 4, м Москва, 125993, Росія тел: 158-47-28 , e-mail: merkishingv@ramblerru

Анотація – Розглядається дослідження фазового інтерференційного методу для його використання в системах реєстрації параметрів оптичного середовища

I                                       Введення

з недавнього часу збільшився зростання забруднень довкілля, викликаний техногенними та антропогенними факторами, в тому числі і погрозами тероризму (розпилення бойових отруйних речовин в місцях масового скупчення людей) У звязку з цим гостро постала проблема ефективного і миттєвого виявлення та відстеження цих забруднень Почався бурхливий розвиток методів і засобів контролю забруднень Одним з таких методів став метод спектроскопії, заснований на застосуванні лазерів

II                              Основна частина

Постановка проблеми: потрібно виявити певний газ в даному обємі приміщення, визначити його концентрацію

Пропонований метод заснований на порівнянні опорного сигналу з виміряним

Контрольований ділянку

Рис 1 Схема установки

Fig 1 Laboratory set-up configuration

Установка являє собою прямокутний бокс з двома відділеннями У першому (опорному) знаходиться повітря У другій надходить досліджуваний газ Бокс опромінюється лазером і по відбитої інтерференційної картині отримуємо інформацію про наявність газу та його концентрації Математичний апарат методу побудований на викладках наведених нижче

Нехай у площині μν на рис2 спостерігається зміна інтенсивності випромінювання за законом

де відповідно до

визначивши параметри і, φ, можна отримати інформацію про відносне розташуванні досліджуваних точок

Рис 2 Гзометрія завдання

Fig 2 Geometry of а problem

Приймальної системою є лінійка ідентичних квадратичних фотоприймачів з шириною фото-чутливих майданчиків (вікон) Аі відстанню між ними δ (рис 2) Рівень сигналу на виході i-го приймача в позначеннях рис 2 пропорційний

I

Надалі буде потрібно вираз для різниці сигналів на виходах а:-го і 1-го приймачів:

Визначення параметрів φ можна прово

дить на основі вимірювання рівнів сигналів чотирьох фотоприймачів і використання відносини

яке не залежить від Jo і Jm У разі i + j = до + I це відношення не залежить і від ^ і його зручно застосовувати

для знаходження Використовуючи (3) і (4), отримуємо:

Для фотоприймачів, геометрія яких показаних на рісЗ, маємо:

де

Рис 3 Гзометрія фотоприймачів Fig 3 Geometry of photo receivers

Покажемо на реальному прикладі розрахунку чутливість даного методу Розрахунок будемо проводити для газу Метан

Показники заломлення для двох газів:

Фазова швидкість:

Час ходу променів для відстані L = 0,5 м:

Ряянімяхоля пучей складе

Таким чином, використовуючи довжину хвилі Л = 3,3 мкм, тобто частоту / = ю * * Гц отримаємо різницю ходу в 24,4 періоду За цей час набіг фази складе: 360 -244 = 8784

III                                   Висновок

Таким чином, якщо вимога до фазової чутливості фотодетектора становить 1 °, то можна виявити концентрацію газу Метан в 8784 рази менше концентрації повітря, отримати високу чутливість системи Відзначимо недолік системи: зявляється похибка, викликана коливаннями повітря (турбулентність) Висока чутливість вимагає прийняття спеціальних заходів, щоб іскпючіть рух газової суміші та повязані з ним флуктуації щільності середовища

Потрібно відзначити також неоднозначність вимірювань, притаманну всім фазовим методам, яку можна виключити комплексуванням системи з більш грубим вимірником, що володіє однозначною характеристикою

IV                                   Література

[1] Меркішін Г В «Багатовіконна оптико-електронні датчики лінійних розмірів» Москва, вид-во «Радіо і звязок» 1986

[2] Лазерні оптико-електронні системи екологічного моніторингу природного середовища, Москва, вид-во «МВТУ ім Н Е Баумана », 2000 р

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 Fig1, is based on comparison the signals from closed and opened parts of device, which produce the interference fringes as in Fig2 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р