Сегодня существует множество научных и прикладных задач, решения которых находят в применении оптических методов дистанционного зондирования - это отслеживание и контроль чрезвычайных ситуаций, контроль на производстве за опасными веществами или высокотемпературными процессами, обнаружение загрязняющих выбросов и ядовитых веществ, отслеживание гидрометеорологических параметров земли. Большое внимание так же уделяют температурному мониторингу, ведь температура является определяющим параметром многих технологических процессов, таких как изготовление интегральных схем или синтез новых материалов, существует необходимость точно измерять и поддерживать неизменной температуру процесса их создания, для достижения нужных параметров и для воспроизводимости получаемых результатов. Температура является так же одним из основных показателей правильной работоспособности двигателей и других узлов в технике и машиностроении. Поэтому существует необходимость создания методик измерения и контроля температуры которые бы не вносили помехи в производство и оперативно давали информацию о температуре с высоким пространственным и временным разрешением. Поэтому сегодня получили интенсивное развитие оптические методы зондирования.
Использование лазеров в дистанционном зондировании и спектроскопии привело к значительному продвижению вперед в исследованиях физики явлений. Пространственная и временная когерентность лазерного излучения сделала возможным когерентное возбуждение энергетических уровней частиц, что значительно увеличило спектральное разрешение в измерениях электромагнитных переходов в исследуемых средах. Высокая интенсивность лазерного излучения открыла нелинейную спектроскопию, что стимулировало исследование многофотонных квантовых переходов в веществе, то есть исследование высоковозбужденных вращательно-колебательных уровней. Лазерная спектроскопия позволила приступить к решению ряда принципиально важных задач, в первую очередь к достижению придела чувствительности спектрального анализа атомов и молекул.
В настоящее время в связи с развитием дистанционных методов исследования, требуется разработка физических и математических моделей решения прямых и обратных задач по расчету излучательных характеристик различных газовых смесей. Но существующие теоретические модели, зачастую не учитывают эффектов, которые имеют в реальных условиях: пространственная неоднородность по температуре и концентрации газовой смеси и их неизвестность в решаемой задаче. Также добавляются трудности математического аппарата, используемого при моделировании, и отсюда вытекает невозможность их программной реализации. Таким образом, существует задача построения простых моделей, которые позволяли бы обрабатывать экспериментальный материал по излучательным и поглощательным характеристикам газов и проводить теоретические расчеты, которые бы давали согласие с экспериментом в переделах его погрешности. Настоящая работа посвящена решению прямой задачи оптики газовых сред. Для этого проводится моделирование разогретого газового объёма, излучение которого переносится через атмосферу Земли и фиксируется фотоприёмником. Используя данные измерений, находятся термодинамические параметры высокотемпературного газового объёма.
Такое моделирование с последующим анализом характеристик излучения необходимо для проектирования и создания различных дистанционных диагностических аппаратурных комплексов, ориентированных на регистрацию эмиссионных спектров выхлопов или факелов двигателей. Исследование зависимостей излучательных характеристик факела двигателя является актуальной задачей, так как позволяет судить о функционировании данного двигателя и применимо как для стендового варианта контролирующей аппаратуры, так и во время движения [1, 2]. Основным элементом в системе контроля является фотоприемное устройство, характеристики которого следует учитывать при создании алгоритма обработки данных [3].
В данной работе мной рассмотрена физико-математическая модель распространения излучения в газово-аэрозольной среде, которая за счет учета параметров и характеристик триады «источник-среда-приемник» позволяет получать теоретические результаты, максимально приближенные к экспериментальным измерениям в широких интервалах изменения температуры и давления газовой смеси.
Освоена информационно - вычислительная система «TRAVA», обеспечивающая формирование для различных значений температуры и давления баз данных параметров спектральных линий поглощения молекул и расчет различных спектральных характеристик газово-аэрозольных сред: коэффициентов поглощения газов, коэффициентов аэрозольного ослабления, оптических толщ, функций пропускания, функций поглощения, энергетической яркости.
Рассчитаны коэффициенты поглощения для H2S, SO2, NO2 и проведено сравнение с экспериментальными данными. Получено согласие данных в пределах погрешности эксперимента.
Полученные данные необходимы для использования в реальном эксперименте. Они позволят выбирать те длины волн, при котором коэффициент поглощения максимален.
