Способ определения полуширины и интенсивности линий поглощения атмосферных газов

 

Союз Советскии

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ()735934

Ф

1 ъ г

„ Г (6) ) Дополнительное к авт. свид-ву(51)M. Кл. (22) Заявлено 11.07.77(21) 25078 16/18-25 с присоединением заявки М

GO 1 3 З/42

Гесударствеииый квмитвт.

СССР дв делам изебретеиий и еткрмтий (23) Приоритет

Опубликовано 25,05. 80. Бюллетень М 19

Дата опубликования описания 30.05.80 (5З) "ДК 5а5. З4. (088.8) И. Л. Канев и Э. П. Зеге (72) Авторы изобретения

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

AH Белорусской CCP (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛУШИРИНЫ

И ИНТЕНСИВНОСТИ ЛИНИЙ ПОГЛОШЕНИЯ

АТМОСФЕРНЫХ ГАЗОВ

2. Ь а

4 кипf 1 Я L4 ими

h3 (OOM2h+PЛ76 — ООЫ2 ) tppppy (A) ; (() c — — (g) к,) 1

Изобретение относится к спектроскопии газов и атмосферной оптике, в частности к спектроскопии атмосферных газов.

Известен способ определения спект» рального контура, полуширины и интенсивности линий поглошения газов, основанный на измерении коэффициента пропускания монахроматического излучения слоем газа при последовательном сканировании длины волны излучения.

Наиболее близким к изобретению по технической сушности является способ определения полуширины и: интенсивности линий поглошения атмосферных газов, включаюший посылку в атмосферу светового импульса, полуширина спектра мощности которого превышает полуширину линии поглошения газа, и регистрацию

На выходе из слоя зависимости интенсивности прошедшего излучения от врем ни.

Однако область применения такого способа ограничена.

Для расширения .области применения

S способа за счет обеспечения дистанционности измерений полуширины и интенсивности линий поглошения атмосферных газов- светоВой импульс разделяют на две

10 части, по одной из которых измеряют полуширииу спектра мошности импульса, а вторую посылают в атмосферу, регистЯ рируют эхо-сигнал, коэффициент усиления принятого сигнала увеличивают пропор1S ционально квадрату-текущего времени t, отсчитываемого с момента посылки импульса в атмосферу, регистрируют зависимость / (t) натурального логарифма полученнбго сигнала от времени и определяют искомые параметры по формулам:

3 g3 Д9Дс полуширина линни поглощения щн иной газа; попуширина спектра мощности зондирующего импульса модуль производной от ((1) по Ф при где д> M>I»

С ПОЛУ

>> Ч - 62 ° (7) 5 Специально проведенные нами иссле» дования показывают, что при ьч/д1/„щ„(1 к„ © . -Ф где

ИНТЕНСИВНОСТЬ ЛИНИИ ПОГЛОЯЕ ния газа, 15

С - скорость света в вакууме.

На фиг. 1 и 2 даны кривые >>®И7(Й, поясняющие определение производных

К и

При йось(лке в однородную атмосферу короткого светового импульса и регистрации рассеянного в обратном иаправле нии излучения зависимость интенсивности .Сйгнала от времени имеет вид:

25 — -ост, > (н н(Ч>ст,. (g) ь где О. - коэффициент пропорцйонмьности, зависящий от энергии зондирующего импульса и параметров приемной температуры;

4 — показатель аэрозольного рассеяния атмосферы, — скорость света в вакууме;

Ъ

) g(4) I — спектр мощности зондирующего импульса; . - частота излучения (() - зависимость коэффициента поглощени. газа от частбтые

Для резонансных линий поглощения атмосферных газов K(4"-)о1»6- центральНая чаСТОТа кОНТура ЛИНИИ ПОГЛОщенияе 45

Тогда:

Чь> =ГЗЬ>-рб у@ Ч» и-" ">&a (I)

Для лоренцовского контура линии по- .

ГЛОШЕНИЯ

Н> (8) имеем; — - -к (qz)

% al ()

4с8 () > где Y(t)"- 5i F (g)

Из (9) и (10) находим:

55,,„е>-> > > +(> () иле в>нЯНЧ- интенсивность линии ение

1 д =р2й- полуширина линии.

Пусть спектр мощности зондирующега

55 импульса имеет вид: (g 9 cI -а (.)-3 1 (6)

1 я

i/ 0gg("/а Y -0,$ производная от Ч(Ф) по K npu г

-O i ((V(Y - О, П О>с > > ОТ.

4 <с ф P gдЕ5

Вб@ йР(4 t»вЂ”

4сЬ к к = о ; с>о(н)= " )e a (к>)

Π— . K . (ЧЧ)

5v(t)

ЙФ, т. ." -++. P-э(ь>1е (»з)

b» -Ч Ч(а. (44)

2 вЧие,н

Из (1А) и (10) имеем: лЧ= " " =Ч,тЬв () — ими

Я к и k ä (Ч6

Соотношение (13) с погрешностью менее 1% в диапазоне 0,05<Ьс1 можно апроксимиров ать формулой:

-"О,ОО 824+0,376 — -0,0682 Ь

Ф 0,00653 — g 7

Тогда;, ъ О,ОО824+ О,376 — . >> имя г К ия к„

0 068 + 0,0065 и »Чи М (19)

89m+ с дЧ

7859М

6 ферных газов, включающий посылку в атмосферу светового импульса, полуширина спектра мощности которого превы швет полуширину линии поглощения rasa, 5 отличаюшийсятем,что,с целью расширения области применения, световой импульс разделяют на два им» пульса, по одному из которых измеряют полуширину спектра мощности импульса, 10 а второй посыпают в атмосферу, регист-.рируют эхсг сигнал, коэффициент усилейия принятого сигнала увеличивают пропорционально квадрату текущего времени Ь, отсчитываемого с момента посылки импульса в атмосферу, регистрируют зависимость Ч(. ) натурального логарифма полученного сигнала от времени и определяют искомые параметры по формулам: при

Пример. Для определения параметров линии вращательной структуры A полосы атмосферного кислорода с папушириной А = О, 1 см и силой линии

= 3 см .км короткий импульс длительпостыл ас к с.! о где К - коэффициент поглощения в центре линии поглощения), полуширина спектра MolllROGTH KoToporo А 4 и в 2-10 раз превышает полуширину лини поглощения fíàïðèìåð, импульс длител ность|о b.t „ < <0 C, с полушириной д иип 0,5 см), разделяют на две ча ти, по одной иэ них измеряют подушири ну спектра мощности д „,„„, а вторую часть посыпают в атмосферу. Регистрируют рассеянный в обратном направлени свет (эхо-сигнал) с коэффициентом усиления, пропорциональным квадрату текущего времени t., отсчитываемому с момента посылки импульса в атмосферу, . получают зависимость 1 (t) натурального логарифма подученного сигнала. По этой зависимости ойределяют модули проиэводнынК 4 ",+ 1И К = И Ь)/с©й )1.

В данном случае 1С =1,14 1О с.

К =0,79.10 с.

По формулам (1) и (2) и измеренной полуширине спектра мошности импульса определяют полуширииу и интенсивность линии поглощения: аЧ-0,1Л4см-", © -1 „-

Использование предлагаемого технического решения позволяет измерять параметры линий поглощения атмосферных газов дистанционно, не требует большого расстояния между источником н 4О приемником излучения или вынесения на большие расстояния других каких либо оптических элементов.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ определения полуширины и 4S интенсивности линий поглощения атмос.к

Ъ

aV 10,00ЬТ4+0,376 —кя „а З.

- О,06Ь2, — +О,00652—

Ъ.

К„

Ж д иие г

eh< сьЧ где д - полуширина линии поглощения газа, Д - полуширинв спектра мощиосиип ти зондирующего импульса;

-. модуль производной от () 1

no t npu

У -Q,25< У< «J -0,4; макс производная От / (+) Bo +t

-О, < З<-.) -0,4, мсяс интенсивность линии поглощения газа, скорость света в вакууме.

0

-0,5

Составитель E. Карманова

Редактор Т. Шагова Техред Ж. Кастелевйч Корректор М. Г1ожо

Заказ, 2413/33 Тираж 713 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4