автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Экспресс-методы и средства контроля природных сред и веществ на основе комбинированных оптических и ленгмюровских эффектов

На правах рукописи

БИРЮКОВ ВЛАДИМИР ГЕОРГИЕВИЧ

ЭКСПРЕСС-МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД И ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ОПТИЧЕСКИХ И ЛЕНГМЮРОВСКИХ ЭФФЕКТОВ

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тамбов 2004

Работа выполнена в Институте экспериментальной метеорологии ГУ НПО «Тайфун» Росгидромета (г. Обнинск).

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук, доцент

Иванов Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Мордасов Михаил Михайлович

кандидат технических наук, профессор Соловьев Виктор Александрович

Ведущая организация

Институт оптического мониторинга СО РАН (г. Томск)

Защита диссертации состоится 27 декабря 2004 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260 01 Тамбовского государственного технического университета по адресу: 392000, г. Тамбов, Советская, 106, ТГТУ, конференц-зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, скрепленные гербовой печать., просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, Советская, 106, ТГТУ, секретарю диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТГТУ.

Автореферат разослан 25 декабря 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

Ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Проблема загрязнений окружающей среды (атмосферы, водоемов, сельхозугодий, лесов, почв и др.), обострившаяся в последние два-три десятилетия, требует поиска путей создания сравнительно дешевых и мобильных средств экспресс-анализа сред, их охраны и реабилитации. Эта чрезвычайно тревожная проблема, к сожалению, находит понимание лишь у небольшой части населения Земли и России в частности. Активные благородные намерения «зеленых» остановить разрушающее воздействие человека на природную среду, пропаганда знаний приводят к изменению отношений человечества к природе, в школах введены предметы по изучению экологии, создаются кафедры во многих учебных заведениях.

Изучение природной среды осложнено слабым развитием методов исследования и экспериментальной базы по созданию средств контроля и анализа, что отягощает решение научных и производственных задач на предприятиях химической, пищевой, энергетической, нефтяной и других отраслей промышленности, которые связаны с большими потребностями исходных продуктов для обеспечения технологических процессов, влияющих на геофизическое и экологическое состояние Земли как планеты. Иногда эти процессы сопровождаются непреднамеренными выбросами отходов производств и сопутствующих загрязнителей в атмосферу, почву, на растительные покровы, в отстойные сооружения, природные водоемы, реки, вызывают нежелательные и даже опасные ситуации с жизнеобеспечением работающего персонала и проживающего вблизи предприятий населения. Случается, что производственные процессы сопровождаются чрезвычайно сильным негативным воздействием на экологическое состояние природных сред и окрестных территорий, реабилитация которых требует больших затрат или она вообще на современном уровне не удается.

Недостаточно развиты и методы оперативного контроля жидких сред, замутненных минеральными и органическими веществами, при производстве и сжигании углеводородного топлива, при производстве кислот, спиртов, Сахаров и др. Неблагоприятная ситуация сложилась при контроле состава жидких сред, бард, сбраженных продуктов, являющихся кормами для животных. Существующие высокоточные резонансные и хроматогра-фические методы контроля в промышленности часто не пригодны из-за сложности в эксплуатации, большой стоимости и медлительности проведения контрольных операций, поэтому их не всегда можно применить для управленческих функций, когда требуется мгновенная корректировка и исправление технологического процесса. Необходимы «быстрые» методы, которые разработаны и апробированы для решения этих задач, и предполагаем в дальнейшем их более широко использовать в экологических и гидрометеорологических исследованиях

Цель работы. Диссертационная работа направлена на разработку комбинированных (оптических и ленгмюровских) методов исследования состояния атмосферы и жидких, в том числе мутных сред, на основе современных научно-технических достижений оптико-электроники, физики атмосферы и гидросферы, технологии получения моно- и мультимолеку-лярных ленгмюровских слоев, которые в совокупности позволили найти новые приемлемые решения по созданию высокочувствительных, надежных, мобильных и сравнительно дешевых средств измерений и получить результаты исследований в виде различных характеристик состояния атмосферы, жидких сред и веществ.

Для достижения этой цели были поставлены и выполнены следующие работы:

1) проведен обзор и проанализированы возможности физико-химических, оптико-физических, ленгмюровских (поверхностного натяжения) и других методов исследования в задачах обнаружения, распознавания и контроля природных сред и продуктов; 2) выявлена наиболее информативная тонкая спектральная структура поглощения излучения веществами в интервале 1,4 ... 12 мкм, содержащих радикалы С-Н и О-Н; 3) разработаны научно-методические основы построения быстродействующих систем обнаружения примесей веществ в атмосфере и жидких средах; 4) на основе разработанных образцов двухвходовых приемников излучения из JnSb и CdHgTe (77 К) и клиновых интерференционных циркулярных светофильтров разработан быстродействующий спектроанализатор; 5) получены данные о пропускании атмосферы при различных концентрациях паров спиртов в помещениях; 6) создан сканирующий радиометр - сигнализатор - для контроля загазованности атмосферы вредными газами в помещениях и дистанционного контроля температуры замкнутых объемов; 7) разработан дистанционный экспресс-метод и устройство распознавания загрязнений водоемов нефтепродуктами; 8) модернизирована установка для контроля веществ, в том числе и замутненных, на основе ленгмюровских моно- и мультимолеклярных слоев.

Научная новизна. Диссертационная работа представляет законченное научное исследование, содержащее комплексное решение задачи разработки и построения систем обнаружения, распознавания и исследования состояния атмосферы, жидких, в том числе, мутных сред, продуктов и примесей в них на основе новых оптико-электронных и ленгмюровских методов и экспресс-средств измерений, имеющей важное народно-хозяйственное значение в измерительной технике, прикладной физике атмосферы и гидросферы и экологии.

Научная новизна заключается в следующем:

1 Разработан новый метод обнаружения примесей в атмосфере и жидких средах, основанный на одновременной регистрации одинаковых по спектральному составу излучений, прошедших через среду с известным 2

эталонным веществом и среду (среды) с веществами, загрязненными посторонними примесями, зарегистрированных также одновременно. Для реализации этого метода разработана неизвестная ранее оптико-электронная система (ОЭС) - спектроанализатор для обнаружения примесей в веществах, для которой специально разработан высокочувствительный быстродействующий двухвходовый приемник излучения на основе соединений JnSb и CdHgTe, охлаждаемый жидким азотом.

Применение двухвходового приемника в ОЭС позволяет создать двухлучевую дифференциальную схему с одноканальным выходом, что дает возможность существенно повысить точность измерений, увеличить быстродействие, упростить систему и повысить ее надежность в эксплуатации. Такая система имеет идентичные элементы в опорном и исследуемом каналах и влияние на приемник посторонних излучений одинаково сказывается на характеристики обоих каналов, таким образом отношение сигналов в исследуемом и опорном (эталонном) каналах остается постоянным.

В двухвходовом приемнике излучения установлены охлаждаемые жидким азотом диафрагмы, выполненные в виде цилиндров с отверстиями, представляющие бленды, ограничивающие влияние постороннего не-модулированного излучения (засветки) на пороговую и вольтовую чувствительность оптико-электронной системы, что приводит также к повышению точности измерений излучающих (поглощающих) объектов и позволяет использовать измерительную систему в нетермостабилизированной среде.

В оптико-электронной системе измерений характеристик природных сред используется излучатель - модель абсолютно-черного тела - выполненный в виде глобара, излучение от которого селектируется специально разработанным клиновым циркулярным высококонтрастным интерференционным светофильтром в диапазоне 1,4 ... 12 мкм или турелью со сверх-узкополосными интерференционными светофильтрами, что приводит к повышению функциональных возможностей оптико-электронной системы измерений: увеличению рабочего спектрального диапазона, использование которого позволяет обнаруживать присутствие посторонних примесей в веществах, уменьшить время экспресс-анализа.

На оптико-электронную систему (спектроанализатор МПК-7 G01 J 3/28) по заявке № 2003104964/28(005317) от 20.02.2003 г. получен патент России на изобретение № 2230229 от 10 июля 2004 г.

2 Для определения степени взрывобезопасности загазованной атмосферы рабочих помещений и спиртохранилищ проведены оценки опасных уровней концентраций паров спиртов, впервые определены их коэффициенты пропускания в интервале 8... 11,5 мкм. По результатам исследования спектрального поглощения (пропускания) загазованной атмосферы разработана система сигнализации (предупреждения и оповещения работающего персонала) на основе малогабаритного сканирующего радиометра.

3 Разработан новый комбинированный корреляционный метод и система обнаружения нефтепродуктов и других веществ на поверхности водоемов, содержащая многоканальный - четырехканальный радиометр с каналами на интервалы длин волн: 1) 1,2 ... 1,4; 2) 1,5 ... 1,7; 3), 4) 8 ... 13 мкм с пороговой чувствительностью не хуже 10"7 Вгсм"2,ср'1,мкм"1 в первом и втором интервалах и - в третьем и четвертом интервалах

(спектральная яркость пленки из нефтепродуктов на воде толщиной 20 ... 50 мкм при солнечном освещении колеблется в пределах от 10'6 Вт-см"2ср'1-мкм"1 до 4-104 Вгсм^ср"1- мкм'1, а ночью в диапазоне 8 ... 13 мкм достигает яркости -4,10'4 Вт-см'2срамим"1), и устройство для определения концентраций нефтепродуктов на поверхности воды и других примесей на основе метода поверхностного натяжения.

Создана установка для распознавания примесей в жидких, в том числе и мутных средах, на основе моно- и мультимолекулярных ленгмюров-ских слоев, позволяющий в более короткие сроки, по сравнению с другими средствами измерений, определять наличие примесей в средах и продуктах.

Получены результаты исследований загрязнений водных поверхностей нефтепродуктами при помощи ленгмюровского экспресс-метода по зависимости поверхностного давления от площади, занимаемой молекулярным слоем, определены предельные концентрации загрязнений поверхности воды площадью -200 см2 до 10"5 т1, что по чувствительности сравнимо с весьма сложными резонансными и хроматографическими методами.

Практическая значимость. Диссертация выполнена на основе работ, проводившихся по планам Росгидромета, и внутренним планам НПО «Тайфун» и ОАО «Талвис» в 1992 - 2002 гг. Она была стимулирована повышающимися требованиями заказчиков и потребителей к контролю качества продукции, к созданию новых современных технологий производства, к модернизации существующих технологий создания средств измерений характеристик атмосферы и жидких веществ, улучшения экологического состояния окружающей природной среды района производства продукции и производственных помещений.

Работы, выполненные автором самостоятельно и в соавторстве, используются во многих разработках НПО «Тайфун», ОАО «Талвис», Военном университете войсковой ПВО ВС РФ, Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной метеорологии (подтверждено актами внедрения) и могут использоваться в учреждениях Росгидромета, Министерства природных ресурсов, Министерства сельского хозяйства, в предприятиях оптического, гидрометеорологического, геофизического и экологического профиля.

Достоверность результатов. Полученные в диссертации результаты имеют всестороннее научное обоснование и аргументацию, основанных на статистически обеспеченных данных измерений, анализе современных методов и научно-технических достижений, разработанных макетов узлов, 4

блоков и элементов аппаратуры, многие из которых являются новыми, высококачественными, имеют высокие технические и эксплуатационные параметры и успешно работают в макетах.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на:

- Пятом совещании по распространению лазерного излучения в дисперсной среде (г. Обнинск, 1992 г.);

- XII Межреспубликанском симпозиуме по распространению излучения в атмосфере и водных средах (г. Томск, 1993 г.);

- I Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана» (г.Томск, 1994 г.);

- Всероссийской конференции (с международным участием) «Микроклимат ландшафтов» (С.-Петербург, 1995 г.);

- II Межреспубликанском симпозиуме «Оптика атмосферы и океана» (г. Томск, 1995 г.);

- Научной конференции по результатам исследований в области гидроме-теорологии и мониторинга загрязнения природной среды (Москва, 1996 г.);

- Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (г. Нальчик, 1997 г.);

- Международной конференции «Прикладная оптика-98» (С.-Петербург, 1998 г.).

- VIII Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (г. Иркутск, 2001);

- Всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» (г. Муром, 2001 г.);

- Всероссийской конференции по «Физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы» (г. Нальчик, 2001г.).

- Научной конференции по результатам исследования в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды (С.-Петербург, апрель 2002 г.);

- Международном симпозиуме стран СНГ по атмосферной радиации (С.-Петербург, июнь 2002 г.);

- XIV Международном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (г. Красноярск, июль 2003 г.);

- 12-ой Военно-научной конференции Военного университета войсковой ПВО ВС РФ (г. Смоленск, апрель 2004 г.);

- Международной конференции стран СНГ по атмосферной радиации (МСАР-4) (С.-Петербург, июнь 2004 г.).

Результаты диссертации опубликованы в шести научных статьях, опубликованных в реферируемых источниках, одиннадцати расширенных тезисах докладов и докладах, в описании изобретения.

Личный вклад диссертанта заключается в непосредственном участии в работах на всех этапах исследований, включая постановку задачи, разработку конструкций элементов и узлов оптико-электронной аппаратуры, проведение лабораторных и натурных исследований атмосферы, жидких сред и анализ результатов, написание текстов статей и докладов на конференции и симпозиумы, разработку изобретения.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 115 страниц, включая 30 рисунков и фотографий, 8 таблиц, 123 наименования литературных источников и приложение - акты о внедрении.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

В первой главе кратко описаны основные физико-химические, оптико-физические, ленгмюровские и другие методы исследований природных сред, веществ и примесей в них, широко применяемые в научных и производственных лабораториях, освещены их возможности, достоинства и недостатки с учетом их использования в экспресс-анализе, стоимостной оценки и применения в разнообразных условиях: климатических, географических, метеорологических и производственных.

Во второй главе весьма подробно освещен метод создания и исследования ленгмюровских моно- и мультимолекулярных слоев веществ как наиболее перспективный, высокочувствительный, сравнительно дешевый и «быстрый». Приводятся сведения о применении этого метода в различных научно-технических направлениях, он привлекателен для контроля примесей в жидких средах, в том числе и замутненных, по коэффициенту поверхностного натяжения веществ. Приводится историческая справка развития метода, технологические аспекты высадки моно- и мультимоле-кулярных слоев веществ на твердые подложки для последующего оптического (спектрального) электрофизического и других анализов примесей в веществах в различных научных и практических задачах.

В третьей главе рассмотрены научно-методические вопросы разработки высокочувствительных быстродействующих оптико-электронных средств обнаружения и распознавания состояния сред (атмосферы, водных сред и веществ) по их излучению (пропусканию, поглощению).

Приводятся описания однолучевых, двухлучевых, одноканальных и двухканальных оптико-электронных систем, созданных на одноэлементных приемниках излучения. Показаны преимущества системы анализа, специально разработанной на основе приемника излучения с двумя входами из JnSb и GdHgTe (рис. 1), охлаждаемого жидким азотом, приводятся алгоритмы расчетов погрешностей измерений спектрорадиометрической аппаратурой.

Возможные погрешности измерений излучений сред, которые могут проявиться из-за:

б

Рис. 1 Приемники излучения:

/ - корпус приемника, стекло; 2 - жидкий или твердый азот; 3 - спай стскло-ковар; 4 - медный корпус; 5 - окно из германия, сапфира или из BaF2; 6-держатель кристалла; 7—кристалл: ^^ CdHgTe; 8 - охлаждаемая диафрагма

• влияния немодулированного постороннего излучения на параметры приемника излучения:

где 5/50и Р/Ра - относительная вольтовая и пороговая чувствительности приемников

где £0 и £ - начальная и изменяющаяся фоновые засветки, действующие на приемник излучения в его апертурном угле (3 при температуре окружающей среды Г0, Т„ - температура, при которой градуирована система, при изменении температуры среды; г(\, Т0) и г{к, Т„ ) - функции Планка для температуры Т И Тп абсолютно черного тела (ал.т.) соответственно; а и Ь - коэффициенты; g^ч т - площадь диафрагмы а.ч.т.;

• несовершенства изготовления модулирующих устройств, искажающих фронт импульса излучающей энергии от источника:

где - дисперсия отклонения лопасти модулятора от заданного размера;

• изменения коэффициента отражения оптических элементов;

• фоновых характеристик фильтров электромагнитного излучения:

где ^ - длина волны в максимуме пропускания фильтра; АХ - полуширина фильтра; Б^.), Тф(Х) - спектральные характеристики приемной системы и интерференционного фильтра соответственно;

• нестабильности температуры Т источника излучения Ф0(А.,Г), применяемого при метрологической аттестации:

а(Х,Г±ДГ) = Ф(А.)Г + ДГ)/Ф0(^Г); (6)

• нестабильности частоты модуляции.

В главе приводятся измеренные спектры поглощения различных и сходных между собой веществ с различными примесями, оцениваются возможности наиболее точного определения примесей в различных спектральных интервалах.

Наиболее информативной областью для выявления колебательных спектров молекул групп С-Н, О-Н является область от 1,0 до 12 мкм. В этой области особенно интересны полосы поглощения этанола, метанола, сивушного масла, альдегида, которые относятся к интервалу 7 ... 12 мкм. Приводится анализ спектров поглощения этих веществ и в интервалах 2,3 ... 2,6 мкм и 3 ... 6 мкм, которые также могут быть использованы в оптико-электронных системах распознавания веществ, рекомендации по оценке концентраций воды в различных растворах по полосам поглощения воды в интервалах 1,41 ... 1,61 мкм и 1,86 ... 1,96 мкм. Описаны метод и алгоритмы, применяемые при корреляционном анализе веществ по полосам поглощения длин волн, «завуалированных» влиянием других посторонних веществ.

В четвертой главе приведена двухлучевая двухканальная (однока-нальная) оптико-электронная система обнаружения примесей (рис. 2). Особенность этой схемы заключается в том, что в ней использованы специально разработанные двухвходовые охлаждаемые приемники излучения на основе -ГпБЬ (77 К) и С<№£Ге (77 К) (рис. 1).

Двухвходовый приемник от обычных широко распространенных приемников отличается наличием двух окон (их может быть и больше), через которые проходят излучения в различных каналах и регистрируются одним чувствительным элементом, помещенным в интегрирующую камеру, увеличивающую квантовую эффективность кристалла, что повышает его чувствительность. Как известно, двухлучевые двухканальные системы анализа при всех их преимуществах не всегда являются стабильными по параметрам из-за применения двух приемников излучения. Приведенная оптическая система имеет основные преимущества.

7 - источник излучения, 2 -диафрагма; 3 - циркулярный клиновой интерференционный светофильтр; 4,5- зеркала объектива, 6- частотный растр, 7, 7 - маски эталонного и исследуемого каналов, 8,8' - кюветы с эталонным и

исследуемым веществами; 9,10-зеркала приемного объектива; 11,11'- отражающие зеркала эталонного и исследуемого каналов; 12 - приемник излучения с двумя входами; 13 - система регистрации и обработки информации

1 Система обеспечивает постоянство отношений сигналов в исследуемом и опорном каналах, если даже чувствительность приемника по каким-либо причинам изменялась за время измерений, например при эксплуатации в натурных условиях; для этого в большинстве классических систем используется термостабилизация приемника, а иногда и всего прибора. В нашем случае термостабилизацию проводить не обязательно, так как собственное излучение оптических элементов и модулятора равны как в исследуемом, так и в опорном каналах.

2 Поскольку оптические каналы независимы друг от друга, модуляция спектров поглощения веществ может осуществляться с различными частотами при использовании частотного растра, причем каждому анализируемому веществу соответствует определенная частота. Разночастотная модуляция сигналов в опорном и исследуемом каналах позволяет применять различные фильтры частот, инвертировать сигналы и проводить с ними различные операции. Схема может использоваться для анализа нескольких веществ одновременно.

Система может работать при одночастотной модуляции излучений, проходящих через кюветы. В этом случае маски в опорном или исследуемом каналах смещаются на одну лопасть модулятора, при этом размеры щелей и лопастей должны быть одинаковыми и на частотном растре и маске. При смещении модуляция в каналах осуществляется в противофазе, т.е. в исследуемом канале кювета открыта, в опорном - закрыта, и наоборот.

Фотография приемного оптико-электронного блока анализатора приведена на рис. 3.

Уравнение двухлучевой двухка-нальной (одноканальной) системы может быть записано в виде С(Х)= ,(7)

где С(Х.) - выходная величина; V -входная величина, например концентрация измеряемого компонента в исследуемом и опорном каналах; ¡¥{\) и ^'(А.) - передаточные функции исследуемого и опорного каналов; и ) - коэффициенты преобразования в исследуемом и опорном каналах:

(8)

Рис. 3 Общий вид приемного оптико-электронного блока макета анализатора веществ

(9)

где - длины волн спектра поглощения веществ; Фо(х) - начальный

световой поток; к{к\ ка(к) - коэффициенты поглощения вещества в исследуемом и опорном каналах; с1- толщина поглощающего слоя

При использовании приемников излучения на основе .[пБЬ (77 К) и С(1Н§Те ([77 К) система может измерять спектры поглощения в диапазоне 1,4 ... 12 мкм. Показан метод анализа пропускания т(А.) жидких сред,

(растворов) спирта загрязненного водой в соот-

ношениях по объему: на 100 частей спирта 2, 4, и 6 частей дестиллирован-ной воды; сивушным маслом в соотношениях: на 100 частей спирга 0,5 и 1 часть соответственно. Определены наиболее информативные длины волн для оценки концентраций вода в спирте (6,1, 6,4 и 6,5 мкм) и сивушного масла (9,9, 10,0 и 10,3 мкм), на которых пропускание т(А.) растворов заметно изменяется (ухудшается). Результаты приведены в таблицах

Даны описание сканирующего радиометра для измерений излучений низкотемпературных источников (замкнутых объемов) и атмосферы в диапазоне 8 ... 13 мкм и его фотография (рис. 4) и схема радиометра (рис. 5).

Приведены также известные в практике методика и алгоритмы гра-дуировочных работ с использованием многосотовой модели абсолютно черного тела, паспортизованного по вторичному государственному эгалону.

В этой главе приведено описание системы контроля загазованности парами спирта атмосферы производственных помещений, хранилищ и окрестных территорий производственных предприятий. В качестве одного из предложенных вариантов системы контроля опробирован в помещении спиртохранилища.

Пропускание загазованной атмо- Рис- 4 Сканирующий

сферы т(Л) определялось по формуле абсолютный радиометр

где К{у) - коэффициент поглощения паров спирта в атмосфере на частоте v в СМ"'; Ш - концентрация паров спирта этанола - С2Н5ОН ГОСТ 5962-67; а -длина трассы.

Спектральное пропускание при различных концентрациях паров спирта определялось при помощи спектрометра ИКС-29. Спектры пропускания приведены для интервала 8 ... 13 мкм.

Предельный уровень концентраций паров, с точки зрения взрывобе-зопасности и пожаробезопасности, был определен по ГОСТ 5964-93 и равен 0,15 ■10° г • м .

В эксперименте использован сканирующий радиометр, в котором установлен интерференционный светофильтр на интервал 9,2 ... 9,56 мкм, раз-рабоганный в НПО «Тайфун» специально для этой задачи. В качестве источника излучения был изготовлен излучатель - модель абсолютно черного тела с диафрагмой диаметром 20 мм, находящийся при температуре 313 К.

1 2 3 4 5 6 7

13 12 11 10 9 8

Рис. 5 Оптико-электронная блок-схема сканирующего абсолютного радиометра: / - регистрирующее устройство, плоское сканирующее зеркало; 2,3 - объектив

Кассегрена; 4 - блок регистрации и сравнения излучения; 5 - селективный усилитель; б - синхронный детектор; 7 - фильтр нижних частот, 8 - 9 - ключи на полевых транзисторах; 10 - усилитель фотодиода; 11 - блок стабилизации частоты модуляции; 12 - термостат; 13 - модель абсолютно черного тел

Приведен расчет пороговой чувствительности по освещенности, которая оказалась равной 1,9 • 10'9 Вт • см"2, что в 30 раз ниже регистрируемого потока от источника излучения. Предполагается аналогичную систему сигнализации установить для контроля аммиака и метана в других производственных помещениях.

В этой же главе приведены система и технология экспресс-анализа на основе моно- и мультимолекулярных структур слоев веществ. Описана процедура подготовки монослоя и высадки его на твердую подложку для проведения анализа. Приведена схема установки и полученные результаты анализа воды, загрязненной нефтепродуктами, на основе коэффициента поверхностного натяжения «чистой» воды и загрязненной нефтепродуктами (рис. 6).

Приводятся рекомендации по использованию метода оценки поверхностного натяжения для анализа жидких сред, в том числе и замутненных, в научных и производственных лабораториях как наиболее чувствительный, надежный в эксплуатации, мобильный и сравнительно «быстрый» -экспресс-метод.

6п о

5-

4-

2-

й 1

т-1-1-1-1-1-1-1-г

100 200 300 400 500

600

Площадь молекулярного слоя нефтепродуктов, см2

Рис. 6 Зависимость поверхностного давления слоя керосина от площади молекулярного слоя: / - чистая поверхность воды; 2-е керосином объемом 0,00005 т1; 3-объемом 0,0004 т1

В четвертой главе предложен авиационный корреляционный метод определения загрязнений водных поверхностей нефтепродуктами при помощи многоканального четырехканального радиометра на полосы повышенного отражения нефтепродуктов в интервалах: 1,2 ... 1,3 мкм (первый канал), 15 ... 1,7 мкм (второй канал) и 8 ... 13 мкм (третий и четвертый каналы). Все четыре канала радиометра объединены в одном корпусе и сопряжены по оптическим осям с погрешностью не более двух минут дуги (угол поля зрения радиометра составляет 24 минуты дуги), что позволяет использовать метод для определения загрязнений водной поверхности в условиях волнения, так как пространственная структура элемента поверхности, соответствующего пространственному разрешению каналов, практически одинаковая.

Первые два канала могут использоваться при солнечном излучении днем, два длинноволновых - ночью по отраженному собственному излучению неба.

При наличии пленки на воде будут всегда существовать корреляционные связи, что может быть принято как сигнальная информация. Количественная оценка концентраций нефтепродуктов может быть определена методом поверхностного натяжения на наблюдательном посту. Новый метод апробирован в лабораторных условиях и предлагается применить его в районах повышенного риска загрязнений: в прибрежных зонах нефтеналивных станций, курортных зон, при контроле нефтепроводов, проложенных под водой, для контроля состояния воды в водохранилищах.

В конце диссертации приведено заключение, список использованных источников и приложение о внедрении результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

• Проведен краткий обзор и анализ физико-химических, оптико-физических, резонансных и других методов, применяемых при исследованиях атмосферы, воды и других жидких сред и продуктов и примесей в них, оценены их достоинства и недостатки при использовании их в натурных условиях, научных и производственных лабораториях.

• Подробно освещен ленгмюровский метод исследования моно- и мультимолекулярных слоев веществ, показано, что по своей чувствительности он не уступает хроматографическим, масс-спектрометрическим и резонансным методам, является весьма дешевым, доступным для широкого применения, как экспресс-метод и в совокупности со спектральными (оптическими) методами может использоваться как наиболее предпочтительный в технологических процессах при измерениях физических свойств жидких, в том числе загрязненных (мутных) сред минеральными частица-

ми и жидкими примесями. Особенно перспективен в натурных условиях для контроля загрязненных жидких сред, растворов, содержащих спирты, кислоты и другие примеси.

• Разработаны научно-методические основы создания быстродействующей оптико-электронной аппаратуры контроля состояния атмосферы, жидких сред, технических (кислот, водных растворов, спиртов и др.) продуктов на основе специально разработанных: двухвходовых приемников излучения из 1п8Ь и СёЩГе (77 К); широкодиапазонного (по спектру длин волн) излучателя, содержащего модель абсолютно черного тела в виде глобара и циркулярных клиновых интерференционных фильтров электромагнитного излучения; сверхузкополосных (до единиц ангстрем) интерференционных светофильтров; многочастотного растра-модулятора и других элементов аппаратуры.

• С целью повышения точности измерений оценены основные погрешности, которые могут возникнуть при измерениях физических параметров атмосферы, жидких сред и веществ спектрорадиометрическими средствами.

• Создан макет спектроанализатора на диапазон 1,4 ... 12 мкм. Определены значения концентраций примесей в веществах по их пропусканию (поглощению). Показана возможность его широкого использования для контроля газообразных и жцдких сред. На спеюроанализагор получен патент Российской Федерации на изобретение № 2230229 от 10 июня 2004 г.

• Впервые получены результаты исследований поглощения излучения парами спирта этанола в диапазоне 8 ... 13 мкм, определено их пропускание на различных длинах трасс при различных концентрациях.

• Для определения степени взрывобезопасности загазованной атмосферы рабочих помещений и спиртохранилищ проведены оценки опасных уровней концентраций паров спиртов. По результатам исследования спектрального поглощения (пропускания) загазованной атмосферы создан макет сканирующего спектрорадиометра для дистанционного контроля: состояния атмосферы в производственных помещениях и в районе расположения производственных предприятий.

• Разработан дистанционный корреляционный метод оценки загрязнений водоемов нефтепродуктами, позволяющего обнаруживать отраженное солнечное и собственное излучение неба от пленки из нефтепродуктов как в «спокойных» условиях, так и в условиях взволнованной водной поверхности.

• Модернизирован макет установки по определению примесей в жидких, в том числе и мутных, средах.

Получены результаты исследований загрязнений воды нефтепродуктами (до на поверхности спиртов, их растворов и других жидких продуктов.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Бирюков В.Г. Сканирующий абсолютный радиометр для измерения низкотемпературных излучений / В.Г. Бирюков, Н.Д. Третьяков // Труды ИЭМ. С.-П6., 1995. Вып. 25(160). С. 132 - 137.

2 Алленов М.И. Методические вопросы разработки быстродействующей системы обнаружения паримесей в продуктах и природных средах / М.И. Алленов, A.M. Ашихмин, В.Г. Бирюков // Труды ИЭМ. С.-Пб., 1995. Вып. 25(160). С. 94-102.

3 Алленов М.И. Метод определения качества продуктов и состояния природных сред на основе ленгмюровских пленок / М.И. Алленов,

B.Г. Бирюков, С.Г. Юдин // Труды ИЭМ. С.-Пб., 1995. Вып. 26(161).

C. 106-112.

4 Комбинированный метод определения оптико-физических свойств жидких сред / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, А.Д. Доброзраков, Г.А. Савин, С.Г. Юдин // Всерос. конф. «Микроклимат ландшафтов»: Тез. докл. С.-Пб., 1995. С. 12.

5 Алленов М.И. Оптический метод исследования веществ в продуктах и природных средах в ИК диапазоне спектра / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков // Труды ИЭМ. С.-Пб., 1996. Выи. 26(161). С. 113 - 119.

6 Быстродействующая система обнаружения малых примесей в продуктах и природных средах / М.И. Алленов, A.M. Ашихмин, В.Г. Бирюков,

B.Г. Булгаков, Н.Д. Третьяков // Пятое совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде: Тез. докл. Обнинск, 1992. С. 71.

7 Алленов М.И. Оптическая система обнаружения примесей в продуктах и природных средах / М.И. Алленов, A.M. Ашихмин, В.Г. Бирюков // Материалы XII Межреспубл. симпоз. по распространению излучения в атмосфере и водных средах. Томск, 1993.

8 Алленов М.И. Спектрорадиометрическая аппаратура для оперативного контроля состояния атмосферы и определения примесей в продуктах / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, Н.Д. Третьяков // Материалы I Межрес-публ. симпоз. «Оптика атмосферы и океана». Томск, 1994. С. 200.

9 Ленгмюровские методы исследований веществ и примесей в них на основе моно- и мультимолекулярных слоев / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, В.И. Гусев, С.Г. Юдин // Труды ИЭМ. С.-Пб., 1997. Вып. 28(163).

C. 132-160.

10 Оптическая система анализа веществ на основе разночастотной модуляции / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, В.И. Гусев, В.В. Овчинников // Труды ИЭМ. С.-Пб., 1997. Вып. 28(163). С. 127 - 131.

11 Алленов М.И. Методы контроля веществ и примесей в них на основе ленгмюровских пленок / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, С.Г. Юдин // Науч. конф. по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды: Тез. докл. М., 1996. С. 36 - 37.

12 О методе и результатах дистанционного распознавания жидких сред, загрязненных минеральными частицами и нефтепродуктами / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, Е.В. Караваева, Н.Д. Третьяков, С.Г. Юдин // Всерос. науч. конф. «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами»: Сб. докл. Муром, 2001. С. 326 - 328.

13 Бирюков В.Г. Метод и устройство для определения примесей в осадках и других жидких средах / В.Г. Бирюков, С.Г. Юдин, М.И. Алленов // Всерос. конф. по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы: Тез. докл. Нальчик, 2001. С. 48 - 51.

14 A Combined (Spectral and Langmuir) Method for Detection ofWater Basins Contaminated by Oil Products / M.I. Allenov, V.G. Biryukov, N.D. Tre-tiakov and S.G. Yudin // VIII Joint International Symposium "Atmospheric and Okean Optics/atmospheric Physics": Irkutsk, 2001. P. 178.

15 Экспресс-метод для оценки загрязнений жидких сред и осадков / В.Г. Бирюков, М.И. Алленов, Н.Д. Третьяков, С.Г. Юдин // Науч. конф. по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах - участниках СНГ, посвященной 10-летию образования МСГ: Тез. докл. С.-Пб., 2002. С. 152 -155.

16 Патент 2230299 Россия, 7 G 01 J3/28 Спектроанализатор / М.И. Алленов, В.Г. Бирюков, В.Н. Иванов (Россия). Бюлл. изобр. 2004. № 16.

17 Allenov M.I. A Fast-Response Spectrum Analyzer /M.I. Allenov, V.G. Biryukov, V.N. Ivanov // XlVth Symposium on High Resolution Molecular Spectroscopy HighEus-2003: Abstract of Reports. Tomsk, 2003. P. 72.

18 Методы и аппаратура для дистанционного контроля загрязнений природных сред и веществ / В.Г. Бирюков, М.И. Алленов, В.Н. Иванов, Н.Д. Третьяков, С.Г. Юдин // Междунар. конф. стран СНГ по атмосферной радиации (МСАР-4): Тез. докл. С.-Пб., 2004. С. 152.

Подписано к печати 24.11.2004 Гарнитура Times New Roman. Формат 60 * 84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Объем: 0,93 усл. печ. л.; 1,0 уч.-изд. л. Тираж 100 экз. С. 820м

Издательско-полиграфический центр ТГТУ 329000, Тамбов, Советская, 106, к 14

¿£4 9 07

• Стр.

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность.

Цель работы.

Научная новизна.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

Практическая значимость.

Достоверность результатов.

Апробация работы и публикации.

Личный вклад.

Структура диссертации.

Содержание диссертации.

ГЛАВА 1.ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕЩЕСТВ

1.1. Фотометрический метод.

1.2. Рефрактометрический метод.

•> 1.3. Масс-спектрометрический метод.

1.4. Резонансный метод.

1.5. Хроматографический метод.

1.6. Спектральный метод.

ГЛАВА 2. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЖИДКИХ ВЕЩЕСТВ И ПРИМЕСЕЙ В НИХ НА ОСНОВЕ МОНО

И МУЛЬТИМОЛЕКУЛЯРНЫХ СЛОЕВ ЛЕНГМЮРА.

2.1. Краткая историческая справка и общие вопросы получения моно- и мультислоев.

2.2. Исследование монослоев на поверхности воды.

2.3. Технологические аспекты получения Л-Б пленок.

2.4. Выводы к 2 главе.

ГЛАВА 3. НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ В АТМОСФЕРЕ И

• ЖИДКИХ СРЕДАХ В ДИАПАЗОНЕ СПЕКТРА 1-12 МКМ.

3.1. Новые варианты оптических систем регистрации излучений исследуемых объектов.

3.2.Погрешности из-за нестабильности температуры эталонного источника излучения

3.3.Погреши ости из-за фона интерференционного фильтра.

3.4.Погрешности из-за изменения коэффициента отражения зеркал оптических систем

3.5 .Погрешности из-за нестабильности частоты модуляции.

3.6.Погрешности из-за неравномерности фронта импульса от источника излучения (несовершенства граней - лопастей модулятора).

3.7.Влияние постороннего немодулированного излучения на параметры приемников CdHgTe(77K).

3.8.Оптический метод исследования жидких сред и примесей в них в диапазоне спектра от 1 до 12 мкм.

3.9.Исследование тонкой структуры пропускания (поглощения) жидких веществ в диапазоне 1-12 мкм.

3.10. Выводы к 3 главе.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ,

ЖИДКИХ СРЕД И ВЕЩЕСТВ ПРИ ПОМОЩИ ЭКСПРЕСС-• СРЕДСТВ, СОЗДАННЫХ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ

ОПТИЧЕСКИХ И ЛЕНГМЮРОВСКИХ) МЕТОДОВ.

4.1. Оптико-электронная система анализатора с разночастотной модуляцией, двухвходовым приемником излучения.

4.2. Обнаружение примесей в веществах при помощи быстродействующего анализатора.

4.3. Сканирующий абсолютный радиометр для измерения низкотемпературных излучений замкнутых объемов и атмосферы, загазованной парами спиртов (этанола).

4.4.Исследование тонкой спектральной структуры пропускания атмосферы, загазованной парами спиртов.

4.5.Система и технология экспресс-анализа на основе моно- и мультимолекулярных структур слоев веществ.

4.6. Комбинированный (спектральный и ленгмюровский) метод определения загрязнений водоемов нефтепродуктами.

4.7. Выводы к 4 главе.

Актуальность. Проблема загрязнений окружающей среды (атмосферы, водоемов, сельхозугодий, лесов, почв и др.), обострившаяся последние два-три десятилетия, требует поиска путей создания сравнительно дешевых и мобильных средств экспресс-анализа сред, их охраны и реабилитации. Эта чрезвычайно тревожная проблема, к сожалению, находит понимание лишь у небольшой части населения Земли и России в частности. Последнее время активные благородные намерения «зеленых» остановить разрушающее воздействие человека на природную среду, пропаганда знаний об экологии Земли приводят к изменению отношений человечества к природе, в школах введены предметы по изучению экологии, создаются кафедры во многих учебных заведениях.

Изучение природной среды осложнено слабым развитием методов исследования и экспериментальной базы по созданию средств контроля и анализа.

Существуют и другие причины, связанные со слабой координацией работ и финансовыми проблемами, чему были посвящены последние научные конференции по мониторингу загрязнений природной среды [1,2].

Эти сложности особенно отягощают решение научных и производственных задач на предприятиях химической, пищевой, энергетической, нефтяной и других отраслей промышленности, которые связаны с большими потребностями исходных продуктов для обеспечения технологических процессов, влияющих на геофизическое и экологическое состояние Земли как планеты. Иногда эти процессы сопровождаются непреднамеренными выбросами отходов производств и сопутствующих загрязнителей в атмосферу, почву, на растительные покровы, в отстойные сооружения, природные водоемы, реки и др., вызывают нежелательные и даже опасные ситуации с жизнеобеспечением работающего персонала и проживающего вблизи предприятий населения [3-5]. Случается, что производственные процессы сопровождаются чрезвычайно сильным негативным воздействием на экологическое состояние природных сред и окрестных территорий, реабилитация которых требует больших затрат или она вообще на современном уровне не удается [6-11].

Еще недостаточно развиты и методы оперативного контроля жидких сред, замутненных минеральными и органическими веществами, при производстве и сжигании углеводородного топлива, при производстве кислот, спиртов, Сахаров и др. Неблагоприятная ситуация сложилась при контроле состава жидких сред, бард, сбраженных продуктов, являющихся кормами для животных. Существующие высокоточные резонансные и хроматографические методы контроля в промышленности часто не пригодны из-за сложности в эксплуатации, большой стоимости и медлительности проведения контрольных операций, поэтому их не всегда можно применить для управленческих функций, когда требуется мгновенная корректировка и исправление технологического процесса. Для этого необходимы экспресс-методы и средства, которые были разработаны, апробированы и предполагаем в дальнейшем использовать их в экологических и гидрометеорологических исследованиях и производственных технологиях.

Цель работы. Диссертационная работа направлена на разработку комбинированных (оптических и ленгмюровских) методов исследования состояния атмосферы и жидких, в том числе мутных сред, на основе современных научно-технических достижений оптико-электроники, физики атмосферы и гидросферы, технологии получения моно- и мультимолекулярных ленгмюровских слоев, которые в совокупности позволили найти новые приемлемые решения по созданию высокочувствительных, надежных, мобильных и сравнительно дешевых средств измерений и получить результаты в виде различных характеристик состояния атмосферы, жидких сред и веществ.

Для достижения этой цели были поставлены и выполнены следующие работы.

-Проведен обзор и проанализированы возможности физико-химических, оптико-физических, ленгмюровских и других методов исследования в задачах обнаружения, распознавания и контроля природных сред и продуктов.

-Выявлена наиболее информативная тонкая спектральная структура поглощения излучения веществами в интервале 1,4-12 мкм.

-Разработаны научно-методические основы построения быстродействующих систем обнаружения веществ в атмосфере, жидких средах и продуктах.

-Разработаны конструкции действующих образцов двухвходового приемника излучения на основе JnSb и CdHgTe (77К) и исследованы их параметры.

-Предложены структурные схемы и созданы образцы клиновых циркулярных интерференционных светофильтров, которые позволяют проводить спектральные исследования веществ одновременно в диапазоне от 1,4 до 12 мкм.

-На основе результатов исследований пропускания излучения атмосферы, загазованной парами спиртов, создан сканирующий радиометр - сигнализатор - для контроля состояния атмосферы в помещениях и дистанционного контроля температуры замкнутых объемов.

-Разработан дистанционный корреляционный экспресс-метод и устройство распознавания загрязнений водоемов нефтепродуктами.

Научная новизна. Диссертационная работа представляет законченное научное исследование, содержащее комплексное решение задачи разработки и построения систем обнаружения, распознавания и исследования состояния атмосферы, жидких, в том числе, мутных сред, продуктов и примесей в них на основе новых оптико-электронных и ленгмюровских методов и экспресс-средств измерений, имеющей важное народнохозяйственное значение в измерительной технике, прикладной физике атмосферы и гидросферы, метеорологии и экологии.

Научная новизна заключается в следующем.

1. Разработан новый метод обнаружения примесей в атмосфере и жидких средах, основанный на одновременной регистрации одинаковых по спектральному составу излучений, прошедших через среду с известным эталонным веществом и среду (среды) с веществами, загрязненными посторонними примесями, зарегистрированных также одновременно. Для реализации этого метода разработана неизвестная ранее оптико-электронная система (ОЭС) - спектроанализатор для обнаружения примесей в веществах, для которой специально разработан высокочувствительный быстродействующий двухвходовый приемник излучения на основе соединений JnSb и CdHgTe, охлаждаемый жидким азотом.

Применение двухвходового приемника в ОЭС позволяет создать двухлучевую дифференциальную схему с одноканальным выходом, что дает возможность существенно повысить точность измерений, увеличить быстродействие, упростить систему и повысить ее надежность в эксплуатации. Такая система имеет идентичные элементы в опорном и исследуемом каналах и влияние на приемник посторонних излучений одинаково сказывается на характеристики обоих каналов, таким образом отношение сигналов в исследуемом и опорном (эталонном) каналах остается постоянным.

В двухвходовом приемнике излучения установлены охлаждаемые жидким азотом диафрагмы, выполненные в виде цилиндров с отверстиями, представляющие бленды, ограничивающие влияние постороннего немодулированного излучения (засветки) на пороговую и вольтовую чувствительность оптико-электронной системы, что приводит также к повышению точности измерений излучающих (поглощающих) объектов и позволяет использовать измерительную систему в нетермостабилизированной среде.

В оптико-электронной системе измерений характеристик природных сред используется излучатель - модель абсолютно-черного тела, выполненный в виде глобара, излучение от которого селектируется специально разработанным клиновым циркулярным высококонтрастным интерференционным светофильтром в диапазоне от 1,4 до 12 мкм или турелью с сверхузкопосными интерференционными светофильтрами, что приводит к повышению функциональных возможностей оптико-электронной системы измерений: увеличению рабочего спектрального диапазона, использование которого позволяет обнаруживать присутствие посторонних примесей в веществах, уменьшить время экспресс-анализа.

На оптико-электронную систему (спектроанализатор МПК- 7 G01 J 3/28) по заявке №2003104964/28(005317) от 20.02.2003 г. получен патент на изобретение №2230229 от 10 июля 2004 г.

2. Для определения степени взрывобезопасности загазованной атмосферы рабочих помещений и спиртохранилищ проведены оценки опасных уровней концентраций паров спиртов, впервые определены их коэффициенты пропускания в интервале 8-11,5 мкм. По результатам исследования спектрального поглощения (пропускания) загазованной атмосферы разработана система сигнализации (предупреждения и оповещения работающего персонала) на основе малогабаритного сканирующего радиометра.

3.Разработан новый комбинированный корреляционный метод и система обнаружения нефтепродуктов и других веществ на поверхности водоемов, содержащая многоканальный - четырехканальный радиометр с каналами на интервалы длин волн: 1)1,2-1,4; 2)1,5-1,7; 3), 4)8-13 мкм с пороговой чувствительностью не хуже 10"7 Вт -см"2 -ср'1- мкм"1 в 1-ом и 2-ом интервалах и 10'5 Вт -см'2 ср"1- мкм"1 в 3-ем и 4-ом интервалах (спектральная яркость пленки из нефтепродуктов на воде толщиной 20-50 мкм при солнечном освещении колеблется в пределах от 10"6 Вт •см"2 -ср"1- мкм'1 до 4-10"4 Вт -см"2 -ср"1, мкм"1, а ночью в диапазоне 8-13 мкм достигает яркости -4-10"4 Втсм'2 •cp''-мкм"1), и устройство для определения концентраций нефтепродуктов на поверхности воды и других примесей на основе метода поверхностного натяжения.

Создана установка для распознавания примесей в жидких, в том числе и мутных средах на основе моно и мультимолекулярных ленгмюровских слоев, позволяющая в более короткие сроки, по сравнению с другими средствами измерений, определять наличие примесей в средах и продуктах.

Получены результаты исследований загрязнений водных поверхностей нефтепродуктами при помощи ленгмюровского экспресс-метода по зависимости поверхностного давления от площади, занимаемой молекулярным слоем, определены л ^ предельные концентрации загрязнений поверхности воды площадью =200 см до 10"" ml, что по чувствительности сравнимо с весьма сложными резонансными и хроматографическими методами.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1.Новый высокоточный метод и неизвестная ранее оптико-электронная система распознавания и анализа примесей в атмосфере и веществах на основе специально разработанного двухвходового приемника излучения из JnSb и CdHgTe (77К) с повышенной чувствительностью, селективного излучателя с широким спектром излучения, содержащего модель абсолютно черного тела, выполненного в виде глобара, и кольцевого (циркулярного) высокоразрешающего интерференционного светофильтра на диапазон 1,4-12 мкм с интервалами: 1,4-2,4; 2,4-3,8; 3,7-5,9; 7,0-12 мкм и многочастотного растрового устройства.

2. Быстродействующая оптико-электронная система обнаружения низкотемпературных источников излучений, результаты исследований состояния атмосферы помещений, загазованной парами спиртов, с системой выдачи команд на функционирование устройства контроля и управления технологическим процессом.

3.Предложенный новый комбинированный дистанционный корреляционный оптический метод, экспериментальные результаты обнаружения нефтепродуктов на

• водной поверхности и устройство определения примесей в жидких средах (в том числе и мутных) на основе поверхностного натяжения жидкости и ленгмюровских моно и мультимолекулярных слоев.

Практическая значимость Диссертация выполнена на основе работ, проводившихся по планам Росгидромета, и внутренним планам ГУ НПО «Тайфун» и ОАО «Талвис» в 1992-2003 гг. Она была стимулирована повышающимися требованиями заказчиков и потребителей к контролю качества продукции, к созданию новых современных технологий производства, к модернизации существующих технологий создания средств измерений характеристик атмосферы, жидких сред и веществ, улучшения экологического состояния окружающей природной среды района производства продукции и производственных помещений.

1.Выявлена наиболее информативная тонкая спектральная структура поглощения (пропускания) молекул С-Н, О-Н в интервалах 1,4-12 мкм: воды, спиртов, сивушного масла, их растворов.

2.Создан быстродействующий спектроанализатор, защищенный патентом РФ на изобретение №2230299 от 10.06.2004 г.

3.Впервые исследована загазованная парами спиртов атмосфера а замкнутых объемах в диапазоне 8-11,5 мкм. На основе этих исследований создан сканирующий радиометр - сигнализатор для определения взрывоопасных и пожароопасных уровней кондетрадий паров спиртов в рабочих помещениях.

Работы, выполненные автором самостоятельно и в соавторстве, используются во многих разработках НПО «Тайфун», ОАО «Талвис», Военном университете войсковой ПВО ВС РФ, Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной метеорологии (подтверждено актами внедрения - см. приложение) и могут использоваться в учреждениях Росгидромета, Министерства природных ресурсов, Министерства сельского хозяйства, в предприятиях оптического, гидрометеорологического, геофизического и экологического профиля.

Достоверность результатов Полученные в диссертации результаты имеют всестороннее научное обоснование и аргументацию, основанных на статистически обеспеченных данных измерений, анализе современных методов и научно-технических достижений, разработанных макетов узлов, блоков и элементов аппаратуры, многие из которых являются новыми, высококачественными, имеют высокие технические и эксплуатационные параметры, метрологически обеспеченные и успешно работают в макетах.

Апробация работы и публикации Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались: на Пятом совещании по распространению лазерного излучения в дисперсной среде (г. Обнинск, 1992 г.); на XII Межреспубликанском симпозиуме по распространению излучения в атмосфере и водных средах (г. Томск, 1993 г.); на I и II Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана» (г. Томск, 1994 и 1995 гг.); на Всероссийской конференции (с международным участием) «Микроклимат ландшафтов» (С.-Петербург, 1995 г.); на Научных конференциях по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды (г. Москва, 1996 г.; г. С.-Петербург, 2002 г.); на Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы (г.Нальчик, 1997 г.); на Международной конференции «Прикладная оптика-98» (С.-Петербург, 1998 г.). на VIII Международном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (г. Иркутск, 2001); на Всероссийской научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» (г. Муром, 2001 г.); на Всероссийской конференции по «Физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы» (г.Нальчик, 2001г.).

- на Международном симпозиуме стран СНГ по атмосферной радиации (С.Петербург, июнь 2002 г.);

- на XIV Международном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (Красноярск, июль 2003 г.);

- на XII В оенно-научной конференции «Развитие теории и практики строительства и применения войсковой ПВО в системе вооруженной борьбы ВС РФ» (Смоленск, апрель 2004 г.);

- на Международном симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация». (С.Петербург, июнь 2004 г.).

Результаты диссертации опубликованы в шести статьях, опубликованных в реферируемых источниках, одиннадцати расширенных тезисах докладов и докладах, в описании изобретения [12-26, 122,123].

Личный вклад диссертанта заключается в непосредственном участии в работах на всех этапах исследований, включая постановку задачи, разработку конструкций элементов и узлов оптико-электронной аппаратуры, проведение лабораторных и натурных исследований атмосферы, жидких сред и веществ и анализ результатов, написание текстов статей и докладов на конференции и симпозиумы, в создании изобретения.

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырех глав,

4.7. Выводы к 4 главе

- Разработаны метод и структурно-функциональная схема и узлы макета оптико-электронной системы (спектроанализатора) обнаружения примесей в атмосфере и жидких средах по пропусканию излучения (поглощению). Макет системы отличается от известных тем, что в нем используется специально разработанные двухвходовые приемники излучения на основе соединений JnSb и CdHgTe(77K), охлаждаемые жидким азотом, многочастотный растр-модулятор, позволяющий модулировать одновременно излучения, проходящие через несколько кювет с исследуемыми веществами (в исследуемом и в опорном каналах) и широкодиапазонный источник излучения, выполненный на основе модели абсолютно черного тела с интерференционными циркулярными фильтрами электромагнитного излучения от 1,4 до 12 мкм, выполненных на 90-градусных секторах и сверхузкополосные (с разрешением до единиц ангстрем) интерференционные светофильтры (пары фильтров) на полосы поглощения исследуемых веществ в опорном и исследуемом каналах.

Выявлены длины волн, на которых примеси воды (6,1, 6,4, 6,5 мкм) и сивушного масла (9,9, 10,0, 10,3 мкм) в этаноле ГОСТ 5962-67 надежно распознаются по изменению коэффициента пропускания (поглощения).

- Создан макет быстродействующего сканирующего радиометра для дистанционного контроля атмосферы в рабочих помещениях и температуры низкотемпературных излучений больших замкнутых объемов с автоматической системой выдачи команд управления технологическим процессом (команд на подогрев, охлаждение, поддержание температуры в заданном интервале температур и заданном временном интервале - до нескольких суток).

Впервые в практике проведены исследования тонкой структуры пропускания (поглощения) излучения паров этанола в диапазоне 8-11,5 мкм при различных концентрациях и различных длинах трассы от 5 до 100 м. На основе измеренных спектров с целью взрывобезопасности и пожаробезопасности разработана сигнальная система о состоянии атмосферы в производственных помещениях.

- Модернизирована установка для контроля жидких, в том числе и замутненных водных сред (растворов) на основе моно- и мультимолекулярных ленгмюровских слоев.

Получены данные о концентрациях нефтепродуктов в различных водоемах до с л

10" ml на поверхности 200 см . Измерены поверхностное давление в (Н/м) различных жидкостей (более 10). Показано, что измерения примесей в жидких веществах методом поверхностного натяжения можно проводить в различных натурных условиях, метод не уступает высокочувствительным резонансным и хроматографическим методам по чувствительности, прост в эксплуатации, «быстр», сравнительно дешев и может широко использоваться в научных и производственных лабораториях, на постах гидрометслужбы, в экологических задачах и в сельском хозяйстве.

- Разработан дистанционный корреляционный метод обнаружения нефтепродуктов на поверхности воды. Он может быть применен как днем при солнечном освещении, так и ночью по отраженному собственному излучению неба от нефтяной пленки.

Метод и устройство (четырехканальный радиометр) для обнаружения нефтепродуктов может быть использован для контроля состояния водной поверхности в окрестностях нефтеналивных станций, курортных зон, нефтепроводов под водой, загрязненных водоемов, русел рек.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации приведены следующие основные результаты.

-Проведен краткий обзор и анализ физико-химических, оптико-физических, резонансных и других методов, применяемых при исследованиях атмосферы, воды и других жидких сред, веществ и примесей в них, оценены их достоинства и недостатки при использовании их в натурных условиях, научных и производственных лабораториях.

-Подробно освещен ленгмюровский метод исследования моно- и мультимолекулярных слоев веществ, показано, что по своей чувствительности он не уступает хроматографическим, масс-спектрометрическим и резонансным методам, является весьма дешевым, доступным для широкого применения, как экспресс-метод и в совокупности с спектральными (оптическими) методами может использоваться как наиболее предпочтительный в технологических процессах при измерениях физических свойств жидких, в том числе загрязненных (мутных) сред минеральными частицами и жидкими примесями. Особенно перспективен в натурных условиях для контроля загрязненных жидких сред, растворов, содержащих спирты, кислоты и другие примеси.

-Разработаны научно-методические основы создания быстродействующей оптико-электронной аппаратуры контроля состояния атмосферы, жидких сред, технических (кислот, водных растворов, спиртов и др.) продуктов на основе специально разработанных: двухвходовых приемников излучения из JnSb и CdHgTe(77K); широкодиапазонного (по спектру длин волн) излучателя, содержащего модель абсолютно черного тела в виде глобара и циркулярных клиновых интерференционных фильтров электромагнитного излучения; сверхузкополосных (до единиц ангстрем) интерференционных светофильтров; многочастотного растра-модулятора и других элементов аппаратуры.

С целью повышения точности измерений оценены основные погрешности, которые могут возникнуть при измерениях физических параметров атмосферы, жидких сред и веществ спектрорадиометрическими средствами, связанных:

-с влиянием постороннего немодулированного излучения на параметры приемника излучения ;

-с фоном интерференционных фильтров электромагнитного излучения вне полосы пропускания;

-с несовершенством изготовления лопастей (граней) модулирующих устройств -частотных растров;

-с нестабильностью источников излучения при энергетической градуировке оптико-электронных средств измерений;

-с изменением коэффициентов отражения (собственного излучения) оптических элементов оптико-электронной аппаратуры.

Создан спектроанализатор на диапазон 1,4-12 мкм. Определены значения концентраций примесей в различных веществах по их пропусканию (поглощению).

Показана возможность его широкого использования для контроля газообразных и жидких сред.

На оптико-электронную систему (спектроанализатор МПК- 7 G01 J 3/28) по заявке №2003104964/28(005317) от 20.02.2003 г. получен патент на изобретение №2230229 от 10 июля 2004 г.

- Выявлена наиболее информативная тонкая структура поглощения спектров молекул групп С-Н, О-Н в интервалах диапазона 1,4-12 мкм: воды, спиртов, сивушного масла, их растворов. Проведен анализ спектров, определены интервалы длин волн, в которых эти вещества (чистые и загрязненные) сравнительно проще распознаются корреляционными (оптическими) и ленгмюровскими методами.

- Впервые получены результаты исследований поглощения излучения парами спирта этанола в диапазоне 8-13 мкм, определено их пропускание на различных длинах трасс при различных концентрациях.

- Для определения степени взрывобезопасности и пожаробезопасности загазованной атмосферы рабочих помещений и спиртохранилищ проведены оценки опасных уровней концентраций паров спиртов. По результатам исследования спектрального поглощения (пропускания) загазованной атмосферы создан сканирующий радиометр для дистанционного контроля: состояния атмосферы в производственных помещениях и в районе расположения производственных зданий; температуры низкотемпературных (более десяти) источников излучения и управления технологическим процессом в временном интервале от часа до нескольких суток с выдачей команд на изменение технологического процесса, его корректировку и остановку.

- Разработан дистанционный корреляционный метод оценки загрязнений водоемов нефтепродуктами при помощи многоканального радиометра, состоящего из четырех независимых радиометров с совмещенными полями зрения, позволяющего обнаруживать отраженное солнечное и собственное излучение неба от пленки из нефтепродуктов как в «спокойных» условиях, так и в условиях взволнованной водной поверхности.

- Модернизирован макет установки по определению примесей в жидких средах, в том числе и мутных, методом ленгмюровских моно- и мультимолекулярных слоев, показаны пути высадки ленгмюровских слоев на твердые подложки для последующего спектрального анализа примесей в веществах.

- Получены результаты исследований загрязнений воды нефтепродуктами (до 10"5 т£ на поверхности =200 см2), спиртов, их растворов и других жидких продуктов.

- Результаты диссертационной работы широко используются в ГУ НПО «Тайфун» (Росгидромет), ОАО «Талвис», в Военном университете войсковой ПВО ВС РФ, в Всероссийском научно-исследовательском институте сельскохозяйственной метеорологии (подтверждено актами внедрения) и могут использоваться на предприятиях Росгидромета, Министерства природных ресурсов, Министерства сельского хозяйства, экологического, гидрометеорологического и приборостроительного профиля.

1. Материалы науч. конф. по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды: Тез. докл. М., Гидрометеоиздат, 1996. -77 с.

2. Материалы науч. конф. по результатам исследований в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды в государствах участниках СНГ. посвященной 10-летию образования МСГ: Тез. докл. С.-П., Гидрометеоиздат, 2002. -172 с.

3. Клещенко А.Д. Агрометеорологическая диагностика состояния посевов сельскохозяйственных культур с применением дистанционных методов: Дис. . д-ра геогр. наук. С.-П., 1992. - 312 с.

4. Экологические проблемы и риски воздействий ракетно-космической техники на окружающую природную среду/ Справочное пособие. Под ред. В.В.Адушкина, С.И.Козлова, А.В.Петрова// М., Анкил, 2000. 640 с.

5. Позин А.А. Методы проектирования ракетной экологической системы мониторинга полигона: Дис. . д-ра техн. наук. Обнинск, 1998. - 387 с.

6. Шидловский А.А. Научно-методические основы разработки технических средств и способов проведения ракетных геофизических экспериментов в термосфере и ионосфере: Дис. . д-ра техн. наук. Обнинск, 1985. - 372 с.

7. Шидловский А.А., Тесленко В.П. Анализ современного состояния ракетных исследований атмосферы Земли и тенденций развития исследовательского ракетостроения//Труды ИЭМ. М., Гидрометеоиздат. 1983. Вып. 15(111). С.124-138.

8. Шидловский А. А. Исследование температурного режима и разработка конструкции головных частей исследовательских метеорологических ракет: Дис. . канд. техн. наук. Обнинск, 1970. - 203 с.

9. Бирюков В.Г., Третьяков Н.Д. Сканирующий абсолютный радиометр для измерения низкотемпературных излучений//Труды ИЭМ. С.-П., Гидрометеоиздат, 1995. Вып.25(160). С.132-137.

10. Алленов М.И. Методические вопросы разработки быстродействующей системы обнаружения паримесей в продуктах и природных средах/ М.И.Алленов,

11. A.М.Ашихмин, В.Г.Бирюков/ЛГруды ИЭМ. С.-П., Гидрометеоиздат, 1995. Вып. 25(160). С. 94-102.

12. Алленов М.И. Метод определения качества продуктов и состояния природных сред на основе ленгмюровских пленок/ М.И.Алленов, В.Г.Бирюков, С.Г.Юдин// Труды ИЭМ. С.-П., Гидрометеоиздат, 1995. Вып. 26(161). С. 106-112.

13. Комбинированный метод определения оптико-физических свойств жидких сред /М.И.Алленов, В.Г.Бирюков, А.Д.Доброзраков, Г.А.Савин, С.Г.Юдин// Всерос. конф. «Микроклимат ландшафтов»: Тез. докл. С.-П., 1995. С. 12.

14. Алленов М.И., Бирюков В.Г. Оптический метод исследования веществ в продуктах и природных средах в ИК диапазоне спектра//Труды ИЭМ. С.-П., Гидрометеоиздат, 1996. Вып. 26(161). С. 113-119.

15. Спектроанализатор: Патент. №2230299 Россия, 7 G01 J 3/28/ М.И.Алленов,

16. B.Г.Бирюков, В.Н.Иванов (Россия). Бюлл. №16,2004.

17. Алленов М.И. Спектрорадиометрическая аппаратура для оперативного контроля состояния атмосферы и определения примесей в продуктах/ М.И.Алленов, В.Г.Бирюков, Н.Д.Третьяков//Материалы I Межреспубл. симпоз. «Оптика атмосферы и океана». Томск, 1994. С.200.

18. Результаты экспериментальных исследований радиационно-активных составляющих атмосферы в центре Евразии/ Ф.В.Кашин, В.Н.Арефьев, К.Н.Вишератин, Н.Е.Каменоградский, В.К.Семенов, В.П.Синяков// Физика атмосферы и океана, 2000. -Т. 35, №4. С.463-492.

19. Смеркалов В.А. Прикладная оптика атмосферы/ С.-П., Гидрометеоиздат, 1997. 334 с.

20. Бахшиев Н.Г. Введение в молекулярную спектроскопию/ Л., Наука, 1974. 182 с.

21. Козицына J1.A., Куплетская М.Б. Применение УФ, ИК и ЯМР -спектроскопии в органической химии/ М., Высшая школа, 1971. 264 с.

22. Лурье А.А. Сорбенты и хроматографические носители/ М., Химия, 1971. 648 с.

23. Каталог химических реактивов и высокоточных химических веществ/ М., Химия, 1971. 648 с.

24. Мусакин А.П. Оборудование химических лабораторий/ А.П.Мусакин, Ф.Ю.Рачинский, К.Д.Суглобова/ Л., Химия, 1978. 480 с.

25. Техника спектроскопии. /Перевод с англ. Под ред. д-ра физ.-мат. наук Т.М.Лифшица// М., Мир, 1870.-400 с.

26. Прикладная инфракрасная спектроскопия/ Перевод с англ. Под ред. Д.Кендалла// М., Мир, 1970.-376 с.

27. Блинов Л.М. Физические свойства и применение ленгмюровских моно- и мультимолекулярных структур//Успехи химии, 1983. -Т.52, №8. С. 1263-1300.

28. Блинов Л.М. Ленгмюровские пленки/Успехи физических наук,1988. Т.155.4^.443-480.

29. Юдин С.Г. Полярные пленки получение и свойства: Дис. . д-ра техн.наук. -М.,1995.-354 с.

30. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа /М.,Химия, 1974. 536 с.

31. Идентификация органических соединений/ Р.Шрайнер, Р.Фьюзон, Д.Кертин, Т.Морилл// М., Мир, 1983. 704 с.

32. Фриш С.Э., Тиморева А.Г. Курс общей физики/ М.; Физматгиз, 1961. 608 с.

33. Карякин Н.И. Кратктй справочник по физике/ Н.И.Карякин, К.Н.Быстрое, П.С.Киреев// М., Высшая школа, 1964. 574 с.

34. Аладьев С.И. О расслоении в жидких растворах под действием гравитационных и центробежных полей/ С.И.Аладьев, Л.К.Ливанов, А.Х.Охотин//В кн.: Получение и поведение материалов в космосе. М., Наука, 1978. С. 18-21.

35. Приборы и методы анализа в ближней инфракрасной области/ И.А.Бечкасов, Н.А.Кручинин, А.И.Поляков, В.Ф.Резинкин// М., Химия, 1977. 280 с.

36. Ген А.А. Динамика отражательных характеристик и разработка спектрофотометрических средств определения параметров и продуктов агроценоза: Дис. . канд. техн. наук. Обнинск, 1986. - 146 с.

37. Вопросы физики атмосферы/Сборник статей// С.-П., Гидрометеоиздат, 1998. 516 с.

38. Langmuir I. Overturning and anchoring of monolayers/Science, 1938. Vol.87. 493 p.

39. Langmuir I., Schaefer V.J. / J.Amer.Chem.Soc., 1938, vol.60, 1351 p.; J.Franklin Inst. 6, 1943, 19,235.

40. Langmuir I. The constitution and fundamental properties of solids and liquids/ J.Amer.Soc., 1917,39,1848.

41. Мономолекулярные слои/ под ред. А.Б.Таубмана // М., Наука, 1956.

42. Мягков И.В. Мономолекулярные слои комплексов с переносом заряда автокомплексов с алифатическими радикалами: Автореф. дис. . канд.наук. М., 1986. - 160 с.

43. Реклама KSV Chemical Instruments LTD, J.Mol.Elect.,1989, vol.5, N1, p.l.

44. Трапезников А.А. Температурная зависимость давления монослоев как новый метод исследования кристаллогидратов высших алифатических соединение/ Физ. Химии, 1945. Т. 19. Вып. 4-5. С. 228.

45. Физические величины/Под ред. И.С.Григорьева и Е.З.Мейлихова//М., Энергоатомиздат, 1991. 334 с.

46. Халатур П.Г. Структура полимерных монослоев. Мономолекулярные пленки на границе раздела фаз/Коллоид, журнал,1982. Т.44. Вып.2. С. 299.

47. Халатур П.Г. О поверхностном давлении и ориентированных монослоях поверхностно-активных веществ. Изучение методом Монте-Карло/ Коллоид, журнал, 1983. Т. 45. Вып. 3. С. 602.

48. T.Armen, K.Halperin, P.Dutta, J.B.Ketterson// Rev.Sci.Instrum., 1987. Vol. 58, N5. P. 822.

49. Blodgett K.B. Films by Depositing Succesive Monomolecular Lauers on Solid Surface/ J. Amer. Chem. Soc., 1935. N57. P. 1007.

50. Fromherz P. Instrumentation for Handing Monomolecular Films an Air-Water Interface/ Rev. Sci.Instrum., 1975. Vol.46, N10. 1380 p.

51. Gaines G.L. Ir. Insoluble Monolayers at Liquid-Gas Interfaces/New York: Willey Interscience, 1966. 386 p.

52. A Langmuir through for the production of organic super lattices/ B.Holkroft, M.C.Petty etal. // Thin Solid-Films, 1985,134,1-3, 83.

53. Honig E.P., J.Coll. Interface Sci. 1973. Vol. 43, N1. P. 66.

54. Design of a new L-B Through with the Zone-Heating Mechanism above the Water Surface/ T.Kasuga, H.Kumehara, T.Watanabe, S.Miyata// Thin Solid Films, 1989, 178, 183.

55. Kuhn H. Physical Methods of Chemistry/ H.Kuhn, D.Mobius, H.Bucher// Vol.1, p.Ill В., vol. 11. New York: Willey-Intersciences, 1972. - 577 p.

56. Fabrication of copoly (methacrylic acid-methylacrylate) L-B Films using a moving-wall-type щ L-B Through/ H.Kumehara, T.Rasuga, T.Watanabe, S.Miyata// Thin Solid Films, 1989, 178,175.

57. Адам H.K. Физика и химия поверхностей/М., Гостехиздат,1947- 552 с.

58. Адамсон А.В. Физическая химия поверхностей/ М., Мир, 1979.

59. А.с. N315631, кл. В 44 d 1/04/ А.И.Жуков, Т.А.Кузьмин и др.// Открытия, изобретения, пром. образцы тов. знаков, 1971, .N29, с. 45.

60. Studies of Phase Transitions in Langmuir Monolayers by Fluorescence Microscopy/ B.Moore, C.M.Knobler, D.Broseta, F.RondeIez//J.C.S. Faradey Trans., 1986, pt. 2, 82,1. N10.- 1753 p.

61. Nakahara H., Fukuda K. Orientation Control of Chromophores in monolayer Assemblies of Long-Chain Dyes and the Effects on some Physical Properties/Thin Solid Films, 1983, 99, 45.

62. Smith Т., Serrins R. Monolayers on Water. Erucic Acid Reaction with Copper ions/ J.Coll. Interface Sci., 1967,23, 329.

63. Trurnit H.J. Chemie organ. Naturstoffe, 1945, 4, 375.

64. Алленов М.И. Методы и аппаратура спектрорадиометрии природных сред/М., Гидрометеоиздат, 1992. 264 с.

65. Алленов М.И. Структура оптического излучения природных объектов/М., Гидрометеоиздат, 1988. 164 с.

66. Тимошенко Н.И. Кювета для исследования влияния адсорбции на измерения показателя преломления/ Н.И.Тимошенко, А.Л.Ямнов, Е.П.Холодов// Труды МЭИ. М., 1972.-С.61-63.

67. Арефьев В.Н. Молекулярное поглощение излучения в окне относительной прозрачности атмосферы 8-13 мкм// Изв. АН СССР, серия ФАО, 1991, т. 27, N И, с. 1187-1225.

68. Арефьев В.Н. Спектроскопические исследования влагосодержания атмосферы/

69. B.Н.Арефьев, К.Н.Вишератин, В.П.Устинов// Оптика атмосферы, 1988. Т. 1, N 8.1. C.122-124.

70. Аппаратура для измерения спектроскопическим методом интегрального содержания газов в атмосфере/ В.Н.Арефьев, К.Н.Вишератин, Ф.В.Кашин, В.П.Устинов// Труды ИЭМ. Гидрометеоиздат, 1995. Вып. 25(160). С. 119-125.

71. Kelton J. Infrared Target und Bakground Radiometric Measurements/ Concepts, Units and Technigues. "Infrared Physics". Vol. 3, 1963, N3, p. 139-169.

72. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники/ М., Советское радио, 1978.-400 с.

73. Бородулин В.П., Соловьев Г.Г. Анализ методов и теории распространения света в дисперсных средах/ В кн.: Получение и поведение материалов в космосе// М., Наука, 1978. С.44-69.

74. Получение и поведение материалов в космосе/ М., Наука, 1978. 248 с.

75. Третьяков Н.Д. Экспериментальные исследования пространственной и спектральной структуры полей яркости кучевой и слоисто-кучевой облачности в спектральном интервале 1,5-5,6 мкм: Дис. канд. физ.-мат. наук. Обнинск, 1985. - 178 с.

76. Харкевич А.А. Спектры и анализ/ М., Физматгиз, 1962. 236 с.

77. Чугунов А.В. Изменчивость яркости небосвода в тепловой области спектра: Дис. . канд. физ.-мат. наук, 1982. -199 с.

78. Дмитриев В.Д. К теории теплового излучения металлов/ЛГеплофизические свойства твердых веществ// М., Наука, 1971. С. 116-121.

79. Измерение параметров приемников оптического излучения/ Н.В.Васильченко,

80. B.А.Борисов, Л.С.Кременчугский, Г.Э.Левин// М., Радио и связь, 1983. 320 с.

81. Павлов А.В. Оптико-электронные приборы/ М., Энергия, 1974. 360 с.

82. Алленов М.И., Рогов Б.М. О влиянии немодулированного излучения на параметры фотосопротивления из Ge:Hg// Оптико-механическая промышленность, 1970. №12.1. C.6-8.

83. Астафьев А.И., Холопов Г.К. Зависимость вольтовой чувствительности сернисто-свинцовых фоторезисторов от фоновой засветки/ Оптико-механическая промышленность, 1969. №10. С. 1-3.

84. Кощавцев Н.Ф. Засветочные характеристики некоторых полупроводниковых приемни-ков/Н.Ф.Кощавцев, А.А.Семенов, Г.К.Кирчевская// Светотехника, 1968. №5. С. 16.

85. Хадсон Р. Инфракрасные системы/ М., Мир, 1972. 315 с.

86. Справочник по инфракрасной технике. /Под ред. У.Волф, Г.Цисис. В 4-х тт. Т. 1. Физика ИК-излучения: Пер. с англ.//М., Мир, 1995. 606 с.

87. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов/ М., Сов. Радио, 1980.-392 с.

88. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах/ Н.Ф.Кощавцев,

89. A.А.Семенов, Г.К.Кирчевская, Ю.Г.Якушенков, В.Н.Луканцев, М.П.Колосов// М., Радио и связь, 1981. 180 с.

90. Стохастическая структура полей облачности и радиации/ Под ред. Ю.А.Р.Мулламаа// Тарту, ИФА АН ЭССР, 1972.-281 с.

91. Сергеев Г.А., Янутш Д.А. Статистические методы исследования природных объектов/ Л., Гидрометеоиздат, 1973. 300 с.

92. Росс М. Лазерные приемники/ М., Мир, 1969. 520 с.

93. Стохастическая структура излучения облачности/ A.M.Алленов, М.И.Алленов,

94. B.Н.Иванов, В.А.Соловьев// С.-П., Гидрометеоиздат, 2000,- 175 с.

95. Холопов Г.К. Методика энергетической градуировки радиометрической аппаратуры/ЛРадиация и облачность. Тарту, 1975. С.174-190.

96. Биберман Л.И. Растры в электротехнических устройствах/ М., Энергия, 1969.

97. Левшин В.Л. Пространственная фильтрация в оптических системах пеленгации/М., Советское радио, 1971. 200 с.

98. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех/ М., Советское радио, 1967. 348 с.- 110112. Кондратьев К.Я., Тимофеев Ю.М. Термическое зондирование атмосферы со спутников/ Л., Гидрометеоиздат, 1970. 408 с.

99. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех)/ М., Советское радио, 1977. 368 с.

100. Арефьев В.Н. Систематические измерения концентрации углекислого газа в атмосфере/ В.Н.Арефьев, Н.Е.Каменоградский, Ф.В.Кашин// Изв. АН СССР, серия ФАО, 1990. Т. 26, № 6. С. 584-593.

101. Пинчук С.Д. О перспективе развития подсистемы контроля критических экотоксилогических ситуаций/Труды ИЭМ. М., Гидрометеоиздат, 1991. Вып. 20(153). С.27-37.

102. Дженкинс Г., Ватте Д. Спектральный анализ и его приложения/ М., Мир. Вып. 2, 1972. 288 с.

103. Eguipment for the preparation of polar and heterogeneous Langmuir-Blodgett films/ S.G.Yudin, S.P.Palto, Y.A. Khavrichev, S.V. Mironenko, M.I. Barnik//Thin Solid Films, 210/211, 1992. P.46-47.

104. Козырев Б.П., Бузников A.A. Многокамерное черное тело/ Изв. ЛЭТИ им. Ульянова (Ленина), 1966. Вып. 55. С.87-94.

105. Муравьева С.М. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе/ С.М.Муравьева, Н.И.Казнина, Е.К.Прохорова// М., Химия, 1988. 320 с.

106. Просянкина Н.З. Информационно-измерительные системы контроля загрязнения атмосферы за рубежом/Обзор ВНИИГМИ-МЦД. Серия Автоматизация сбора и обработки гидрометеорологической информации. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 1985. Вып. 1.-36 с.

107. Проведение экспериментальных исследований по изучению оптических свойств сильнопоглощающих газовых сред/Отчет. Науч. руководитель д-р физ.-мат. наук, профессор В.Н.Арефьев. Обнинск, НПО «Тайфун», 1992 г., 60 с. (Отчет хранится в НПО «Тайфун»).

108. Методы и аппаратура для дистанционного контроля загрязнений природных сред и веществ/ М.И.Алленов, В.Г.Бирюков, В.Н.Иванов, Н.Д.Третьяков, С.Г.Юдин//Международ. симпоз. стран СНГ «Атмосферная радиация»: Тез. докл. -С.-П., 2004. -С.152.

109. Allenov M.I. A Fast-Response Spectrum Analyzer/ M.I.Allenov, V.G.Biryukov, V.N.Ivanov// XlVth Symposium on High Resolution Molecular Spectroscopy HighEus-2003: Abstract of Reports. Tomsk: Institute of Atmospheric Optics SB RAS. P.72(2003).