Статья: Лазерная система для иccледования распределения по размерам частиц аэрозоля методом дифференциального ослабления лазерного излучения (2024)

Проанализированы результаты мониторинга аэрозольного загрязнения атмосферы города Новороссийска методами лазерного зондирования. Мониторингзаключается в установке оптических лазерных датчиков аэрозольного загрязнения качества воздуха, которые ведут непрерывный контроль содержания частиц РМ2,5 и РМ10 в атмосферном воздухе. Специфика размещения этих датчиков заключается в том, что они расположены недалеко от Новороссийского городского мусорного полигона. В рассмотренный промежуток времени важнейшим фактором формирования аэрозольного загрязнения стали пожары на полигоне. Исследование факторов превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ свидетельствует о резком увеличении концентрации аэрозолей в воздухе вследствие пожара, что может негативно влиять на здоровье людей.

Выполнено компьютерное моделирование лидарного уравнения для комбинационного рассеяния света молекулами алканов для измерения концентраций молекул этих углеводородов в атмосфере. Оценка возможностей лидарных измерений важна для популяционного контроля концентраций алканов - метана, этана, пропана, бутана, пентана и гексана, в атмосфе. Использование в лидарах комбинационного рассеяния света излучения лазеров на длинах волн 532, 405, 650 и 785 нм показало, что наилучший результат дает использование излучения на длинах волн 405 и 532, нм. Получено, что на длине волны 532 нм можно зарегистрировать концентрацию на уровне ПДК для метана во всем рассмотренном диапазоне расстояний до 1500 м, для этана – до 767 м, для пропана – до 941 м, для бутана – до 707 м, для пентана – до518 м и для гексана - до 185 м.

Оперативное получение результатов измерений и их обработка является важнейшей частью физического эксперимента. Для этих целей используется большое количество различных аппаратных и программных средств. Существуют эффективные программные средства для отображения и анализа информации, полученной в ходе эксперимента. Например, широко используемые для этой цели программные пакеты
ORIGIN и MATLAB, а также входящий в состав MicrosoftOfficeEXCEL.

ORIGIN— пакет программ фирмы OriginLabCorporation для численного анализа данных и научной графики. Возможности этого средства более чем достаточны для обработки данных и построения качественных графиков. К недостаткам можно отнести трудность изучения и сложный интерфейс. Те же замечания можно отнести и к MATLAB. Необходимо отметить также высокую стоимость этих программных средств.

Выполнена оценка метода дифференциального ослабления для дистанционного измерения параметров аэрозольных загрязнений в атмосферном пограничном слое над цементным предприятием. Сигналы ослабления лазерного излучения на трех длинах волн были измерены на разработанной аэрозольной лидарной системе, по результатам которых были получены средние значения объемноповерхностного диаметра аэрозольных частиц цемента. Вычислено среднее значение такого диаметра a32 = 0,61 ± 0,04 мкм c относительной погрешностью 11%.

Представлены результаты компьютерного моделирования лидарного уравнения для комбинационного рассеяния света молекулами метанола в направлении назад при зондировании молекул в атмосфере с концентрациями в диапазоне 1012 см-3… 1018 см-3 на расстояниях до 1000 м в режиме синхронного счета фотонов. Показано, что за время измерения 1 с лидаром комбинационного рассеяния света на длине волны лазерного излучения 405 nm можно зондировать молекулы метанола с уровнем концентрации порядка 1016 см-3 на расстояниях до 600 м.