ВВЕДЕНИЕ
Цель работы 3
ГЛАВА 1 ПРИНЦИПЫ МЕТОДИКИ ДОАС 5
1.1 Принцип лазерного зондирования 5
1.2 Дифференциальная абсорбционная спектроскопия 5
1.3 Реализация метода дифференциального поглощения на практике и
его условия 8
1.4 Методика измерения и определения газовых примесей 10
1.5 Метод Хука-Дживса 13
ГЛАВА 2 СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА 15
2.1 Установка 15
2.2 Перестроечная характеристика 16
2.3 Описание твердотельного лазера Ce:LiCAlF6 и аппаратуры 17
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 27
ПРИЛОЖЕНИЕ A 29
A.1.Текст программы, реализующей алгоритм перебора по методу Хука-Дживса 29
A.2. Подпрограмма, реализующая кооординатный спуск 31
A.3. Подпрограмма, реализующая вычисление kexp 32
A.4. Подпрограмма, реализующая вычисление oeff 33
В последнее время промышленность, выхлопные газы и другие действия человека нарушают баланс веществ в атмосфере. Повышающаяся концентрация вредных веществ в атмосфере оказывает негативное воздействие на здоровье человека, на урожай, на биосферу планеты. При этом особое значение приобретают задачи мониторинга атмосферы, а точнее контроль содержания разных газов в слоях атмосферы. Эффективным инструментом контроля загрязнения атмосферы являются методы дистанционного зондирования, а именно лазерное зондирование, основывается на принципе световой локации (Light Detection and Ranging) [14]. Важнейшими и принципиальными достоинствами оптических методов дистанционного зондирования являются высокое пространственное разрешение и большая дальность. Для измерения концентрации газа в атмосфере используется метод дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС). В последние время основной стремлением является создание эффективных лидаров для зондирования в УФ области спектра. Для повышения эффективности УФ лазеров, применяемые в системе ДОАС, хорошо используется твердотельный импульсный перестраиваемый УФ лазер Се:LiCаAlF6 с накачкой излучением лазера Nd:YAG. Преимущества лазера Се:LiCаAlF6 заключается в том, что генерация текущего лазера выполняется в УФ диапазоне, что позволяет получить непрерывную перестройку длины волны в интервале 280-317 нм.
Цель работы: определение концентрации вредных веществ в воздухе, методом лидарного зондирования.
Для реализации эксперимента и их обработки, необходимо выполнить следующие задачи:
• Реализация алгоритма для нахождения концентрации трех газов по данным лидарного эксперимента методом дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС) с использованием пакета Matlab
• Проверка работы алгоритма на модели атмосферы
• Создание макета лазерного газоанализатора дифференциального поглощения ультрафиолетового диапазона для трассовых измерений в реальных городских условиях
В результате проделанной работы, все поставленные задачи были решены. Разработан и реализован алгоритм для нахождения концентрации трех газов (SO2, NO2, O3) по данным лидарного эксперимента методом дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии с использованием пакета Matlab. Проверена работа алгоритма на модели атмосферы, где ошибка измерений при определении концентрации составляет SN=1%. Был реализован лазерный излучатель на основе кристалла
Ce:LiCAF со спектральной шириной выходного излучения 0,4 нм. В городских условиях была произведена работоспособность макета лазерного газоанализатора, были измерены концентрации газов NO2,SO2 и O3 в разное время суток. При определении концентрации, ошибка измерений составляет §N=15-20 %.
