автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Газофильтровый корреляционный газоанализатор для дистанционных измерений состава атмосферы

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГ СКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ,ИНСТИТУТ ТОЧНОЙ МЕХАНИКИ И ОПТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ГАЗОФИЛЬТРОВЫЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР ДЛЯ ДИСТАНЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СОСТАВА АТМОСФЕРЫ

Специальность: 05.11.07 -Оптические и оптико-электронные приборы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Гехцэгий МихаЙ

ТЕЛЕ Ж К

Санкт-Петербург, 1999

о

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор А.А.ЕУЗНИКОВ

Официальные бппоненть.

доктор фиьико-математических наук О.М.ПОКРОВСКИЙ доктор фгаикомагемашческих наук Д. В. ПОЗДНЯКОВ

Ведущая организации - ННБ- -Интеграл"

Защита диссертации!! состоится " " Фё£раЛЛ г. в 20 час. на заседании диссертационного совета Д.053.26.01 Санкт-Петербургского Государственного института точной меха-кики и оптики (технического университета) по адресу: Санкт-Петербург, ул. СаОлинская, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " 4 " 199?г.

Ученый секретарь Диссертационного соЕета -

кандидат гехклческнх наук, доцент КРАСАБДЕВ Е.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Роль, которую играют • малые газовые составляющие атмосферы (МГСА) в отношении всего живого на Земле, весьма велика, и зто обусловливает значительный интерес к их исследованиям. Особое внимание вызывает распределение озона, который наряду с водяным паром и углекислым газом заметно влияет на перенос электромагнитного излучения в атмосфере и, что не менее существенно, обеспечивает биологическую защиту планеты от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Считается, что при описании состояния озонного слоя и для прогнозирования трендов содержания озона необходимо наряду с содержанием озона контролировать содержание й распределение МГСА,■ участвующих в химических реакциях, определяющих озонный баланс " (а также МГСА, спектры поглощения которых маскируют спектры поглощения МГСА - участниц озонных химических циклов, если содержа-.-ние последних измеряется дистанционными оптическими методами). Список МГСА, подлежащих контролю, включает в себя, поёжде всего: озон Оз. углекислый газ СРг, водяной пар НгО,..метая СН4. угарный •газ. СО, окислы азота N20, N0, и ,N02, азотную кислоту ШОз . сернистый ангидрид ЗОг, галсгеноЕОДороды ИР, НС1 л фреоны.

Наличие у ряда МГСА интенсивных полос поглощения в различных спектральных областях приводит к непосредственному их влиянию на тепловой режим атмосферы. Значительные изменения содержания N02, например, могут- привести к изменениям-количества поглощаемого атмосферой излучения в видимой,' наиболее значимой энергетически области спектра: Хлорфторметаны имеют интенсивные по-1 •лосы поглощения в области окна прозрачности 8 - 12 мкм, и значительное увеличение их содержания может привести к усилению парникового эффекта и глобальному потеплей;®. То же относится и. к углекислому газу, содержание которого заметая увеличивается за' слет антропогенных источников.

Приведенные' примеры показывают настоятельную необходимость изучения прсстранственно-временных вариаций' содержания различных МГСА, -своевременного обнаружения систематических трендов их содержания. Решение этих задач требует создания специальной систе-

мы мониторинга МГСА, состоящей из различных взаимодополняющих друг друга подсистем (наземной, аэростатной, самолетной 'и спутниковой) и реализующей комплекс различных методов измерения, каждый из' которых имеет оптимальную область применения, обусловленную совокупностью его достоинств и недостатков.

Ваашое значение при планировании и проведении дистанционных измерений, независимо от их типа, имеет характер зависимости погрешности восстановления вертикального профиля объемных долей МГСА от погрешностей измерения функционалов излучен.и от спектральной селективности измерительного прибора. Анализ точности восстановления вертикальных профилей ряда МГСА показал, что при высоком спектральном разрешении аппаратуры 0,1 см'1) и погрешности измерения спектрального пропускания атмосферы < 17. относительная априорная неопределенность объемных долей этих МГСА может быть уменьшена от -100Х до -30%. Из этих оценок следует, что требования к точности дистанционных измерительных приборов весьма высоки. Учитывая, что измеряемые функционалы излучения зависят не только от содержания измеряемых МГСА, но и от многих других компонентов атмосферы, селективно или неселективно ослабляющих излучение, высокая точность измерений требует от измерительных приборов высокой избирательности к измеряемым МГСА 'или одновременности измерений всех компонентов, влияющих на измеряемый функционал.

Идея одновременной регистрации излучения в нескольких информативных спектральных интервалах с целью увеличения отношения сигн&п-шум привела к появлению корреляционной спектроскопии.

Наиболее просты схемы и конструкции газофильтровых корреляционных анализаторов (ГФА). в которых роль спектрального Фильтра, согласованного со спектром поглощения исследуемой МГСА. играет оптическая кювета, заполненная некоторым количеством такой же МГСА. Эффективность корреляционного метода наиболее высог-а для МГСА, интервалы между линиями поглоаения которых в иовете существенно превышают полуширины этих линий при оптической толщине порядка максимальной ожидаемой для исследуемой среды.

Анализ источников погрешности надирных измерений с помощью ГСД показал, что основная составляющая погрешности вызвана неоднородностью подстилающей поверхности как источника излучения и

неидентшшостыэ оптических путей двух сравниваемых потоков излучения.

Использование Солнца в- качестве источчика излучения позволяет исключить эти составляющие.

Применение ГОЛ для мониторинга МГСА в касательной геометрии (метод програчтгости) связано со специфическими проблемами. Прежде всс-го, при работе на борту 1'СЗ следует учитывать доплерозское смешение линий поглощения атмосферных газов относительно линий поглошекия тех же газов,' используемых в качестве спектральных эталонов г. • ГФД. Это смещение возникает вследствие перемерзши прибора вместе с носителем (ИСЗ) относительно исследуемого участка атмосферы. В ближнем ИК диапазоне спектра оно имеет порядок полуширины линий- поглощения при нормальном атмосферное-давлении и приводит к уменьшению корреляции между спектром поглощения газа в атмосфере и газа в опорной кювете, т.е. к некоторому ■ уменьшению сигнала ст измеряемой КССА, зависящему от скорости ИСЗ и ориентации его орбиты относительно линии визирования Солнца.

Далее, поскольку разность потоков б фотометрической, части

(.опорного и измерительного потоков.) существенно (на 2 - <* порядка) меньше самих сравниваемых потеков, то к конструкции и узлам обработки сигналов ГФА предъявляются достаточно жестче требования. 3 частности, в течение всего времени эксплуатации прибора необходимо обеспечивать:

- высокую стабильность физико-химическсго состояния газового заполнения опорных оптических кювет;

- стабильность пропусканий оптических элементов на пути опорного измерительного потоков;

- жесткость конструкции, достаточную для сохранение юстировки в условиях климатических и механических воздействий:

- регулярный контроль з" смещением н. к с погрешностью - 10~5;

- нормировку сравниваемых потоков по яркости потока, падающего на.входное окно ГФА, с погрешностью в процессе.измерений;

- регулярный контроль стабильности- градуировочкых характеристик.

- б -

Достоинства ГФА и наблюдаемый прогресс в разрешении проблем, связанных с применением корреляционного метода измерений, позволяют считать, что их роль в мониторинге МГСЛ будет возрастать, в особенности, в дистанционном мониторинге по методу прозрачности.

Целью диссертационной работы является исследование резерве? повышения точности газофильтрового метода измерений, применяемого в касательной геометрии, и разработка конструктивно простой аппаратурной реализации метода.

Увеличение точности затменных спутниковых измерений с помощью ГФЛ связано, в частности, с решением следующих задач:

- обеспечение стабильности газового заполнения оптических ¡совет, играющих роль селективных спектральных фильтров;

- контроль • стабильности гравировочных кривых, определяемой стабильностью газового заполнения оптических кювет;

.- обеспечение независимости показаний ГФА от переменного неселективного ослабления излучении в атмосфере и в элементах оптической схемы ГФА, т.е. минимизация погрешности нормировки сравниваемых потоков при существенной нелинейности СЕетовых характеристик полупроводниковых фотоприемников, принципиально им присущей;

- контроль смещения нуля ГФА. которое может происходить вследствие неодинаковых изменений оптических свойств элементов, находящихся на пути сравниваемых потоков в фотометрической части ГФА;

- обеспечение максимально высокого геометрического фактора измерительного прибора при минимальных габаритах элементов оптической схемы.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Регистрация показаний газофильтрового анализатора в момент' перед погружением линии визирован™ Солнца в атмосферу в рабочем спектральном диапазоне, содержащем интенсивную часть полосы поглощения измеряемого газа, и в диапазоне вне полосы поглощения измеряемого газа при одновременной регистрации температуры оптической кюветы, содержащей эталон измеряемого газа, позволяет ' определить смещение нуля газоанализатора и уточнить вид градуироЕочной характеристики S(n), где S - показания газоанали-

затора, n - измеряемое содержание, непосредственно перед началом измерений.

2. В каналах измерения-СН4, HCl, HF, СО, N¿0 и N0 при. касательной геометрии измерений на высотах более 15 км смещение оценки не зависит от высоты,. поэтому для его компенсации достаточно из показаний, регистрируемых в процессе измерений, вычитать показания, зарегистрированные при прохождении линии визиро-ания вне атмосферы, без применения каких-либо дополнительных устройств автс[этического регулирования [35 - 37].

3. Поочередная коммутация сравниваемых потоков на един . и тот же фотоприемиик, при которой каждый из потоков модулируется по закону, содержащему в своем фурье-разложении вторую гармонику частоты модуляции, позволяет при надлежащем выборе отношения амплитуд первой и второй гармоник исключить погрешность нормировки измеряемой разности потоков по их сумме, вызываемую нелинейностью световых характеристик полупроводниковых фотоприемников, при значительных изменениях сравниваемых потоков.

4. Применение светоделителей в сходящихся потоках позволяет построить оптическую схему, обладающую при заданных ограничениях на ее габариты максимальным геометрическим фактором.

Практически достигнутые результаты.

1. Разработаны и изготовлены: лабораторный светосильный образец,. самолетный и два спутниковых образца газофильтрового анализатора.

2. Произведена проверка работоспособности и градуировка: лабораторного образца как измерителя содержания метана в окружающем прибор воздухе; каналов измерения метана и хлористого водорода бортовых образцов.

3.. Проведены лабораторные, приемо-сдаточные и автономные испытания бортовых образцов.

4. Проведены натурные испытания самолетного образца.

Апробация работы.

Варианты корреляционного способа измерения, применение которых приводит к уменьшению различных составляющих погрешности измерений, защищены тремя авторскими свидетельствами на четыре -объекта изобретения (два способа и два устройства)..

Материалы диссертации докладывались на конференциях и сове-

щашшх:

- I Всесоюзная конференция по анализу неорганических газов, Ленинград, 1933 г. ;

- ХП Совещание по актина,тетрил, Иркутск, 1934 г.;

- Научно-техническая конференция по методам и средствам автоматического контроля атмосферного воздуха и перспективам их развития, Киев, 1SS7 г.;

- II Всесоюзная конференция по анализу неорганических га-ген, Ленинград, 1S90 г.;

- 19 Сессия Европейского Геофизического обществ?., Лондон, 1992 Г.;

- 21 Сессия Европейского Геофизического' общества, btaixeii, 1994 г.;

- 23 Сессия' Европейского Геофизического общества, Гаага,

Г. '

- конференциях профессорско-преподавательского состава Л31И в 1990 - 1993 гг.

' Материалы диссертационной работы кзлокены в двенадцати печатных трудах, опубликованных в научных журналах и сборника)? тезисов докладов на конференциях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глаз, заключения и спнс.'са литературы, включающего 58 наименований (первый том), и приложений (второй том). Основная часть работы изложена на 108 страницах машинописного текста в первом толе. Работа содержит 10 таблиц и 21 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения обоснована актуальность темы диссертации, показана перспег.^шкость применения газофидьтрзвого метода измерений содержа;;ия малых газовых составляющих атмосферы (МГСА), списаны irpoôjf).t:, связанные с уменьшением погреакссгн дистанционных измерений, сформулирована цель работы и приведены научные полс«х-сикосаиьге sa зздату.

Ле-рьач i глава содержит анализ состоянии лрэСлеш игиеренкя с МГСА, е ней «а основе сравнения с другим известными

•«¿•годами оосзнозываетс?. несбходиюстд использования сочетсл^я

истода призрачности к гагофильтрсвой измерительной аппаратуры.

По ресультахам обгора литературы, посвященной исследованиям .'.ТС атмосфопы, сделан..: следутацяе зыесдк:

1. Глобальный ¡¿оплторикг пространственно-временных вариаций год-чдеакя целого ряда МРС являемся актуальней зздачгэй в сеязй с вх ззиипкем . на т«ш?еой режим атмосферы и состояние озоносферы '■'.'•..ил:'..

::. огсутстрие тшжорсаиьйого метода менитершга .\!ГС щиа,.э-дат к »»обходииости услодьзоваяаа оптшалыгаго сочетания лргш* к дистанционных кетсдов игмззечи» содержания МТС.

Ч. Ззс&иа. иаше педи'-ннш объемных долей МГС, . влкшдех на сзоаосферу, и необходимость измерения рысэтно^о их распределения с гибким пространственны« разрешен:")« требуют применения кетода прозрачности и аппаратуры с максимальной чувствительностью и яг-бгУ,>й.т-!Льиоогъю но мге в системе мониторинга ЫГС.

простота конструкции, высокая Ф/Естзительйость мзОира-тельаостъ ГФД, успешный сект их кспользевания ДЛЯ СПУТКИМШХ и а?рест?тных дистачцасшшх измерений ирюмювдз? особое знимание к керр<?ляцгояному методу измерений и к исследованию рогеръез повышении точности измерений с помоя&и ГФА.

ь. Увеличение точности затменных спутниковых изи&рэдх?. с яоко№*> ГФА связано, в частности, с реиунием следуюг;д< гада«:

- контроль стабильности градукрово'-мых крилых, определяемой стя:;иь:!ость;з газового заполнения опорных спт/ческих к&взт, иг-Р^оддх ро/ь селективных спектральных фильтров;

- обеспечение независимости показаний Г2А от перишшего неселектиЕкодо ослабления излучения и атмосфере я з домеята? опт:.г;еско:; схемы ГФА, т.е. адсококгквстаб:шаз аэрыирозка ссас:-;;;-не.емых потоке?.;

- контроль а/.еценкя нудя ГФА, которое мсает проясксдить вследствие неодинаковых изменений оптических свойств элеи^нтог. пахадяыш'.ся на разных оптических путях (т.е. ь спсрном к тсльнсл потеках) фосс.'.:егрлпесксй части ГФА. '

Г:о втерой глгене производится численное иедэлиродеяке гтг,с~.' лесса. ,:г.:л":Г'-иий, определение влияния параметра ягмбрябльясго ::р;':бсрз на оценку содержания '¿ГС с целью определена;; дс.т/с:-.с2 на чаромс-тры .¡-"и ьеаднней погрешности игдереккя содергл. 1/.л.

Поскольку, несмотря на хорошую перестраиваемость ГФА, задачу мониторинга всех MPC, участвующих в озонообразсвании и разрушении озона, с помощью единственного универсального прибора решать нецелесообразно, перечень изучаемых в рамках работы МТС был разбит на группы, участвующие в отдельных циклах реакций. Далее, были определены подгруппы МТС, полосы поглощения которых находятся в пределах диапазонов чувствительности одного фстоприемни-ка какого-либо типа.

Например, при изучении воздействия фреонов на озонный слой по механизму хлорного цикла целесообразно контролировать содержание HF и HCl в стратосфере. Сильные полосы поглощения этих МТС (с центрами 4100 и £250 см-1 соответственно' маскируются полосами поглощения H¿0 (полоса поглощения !1F; СН4 (полоса поглощения HCl) и при этом попадают в область спектральной чувствительности неохлаждаемых фотолриекникоЕ с чувствительной площадкой иг селенида свинца. Таким образом, для решения дачкой частной задачи необходим че~:¡рехканальный (по МТС) измерительный прибор, три канала.которого гагофильтровые (каналы измерения HCl, HF и СН4), и един - фильтровый (канал измерения Н«0). Применение фильтрового метода измерений в канале НгО обусловлено, главным образом, наличием полос поглощения НгО, не перекрываемых какими-либо сильными полосами других МТС, что резко снижает требования к избирательности этого канала. Кроме того, интенсивности линий водяного пара настолько малы, что обеспечить необходимое поглощение в опорной кюЕете для реализации газофильтрового метода измерений при разумных габаритах кюветы оказывается невозможным.

При изучении1 азотного цикла фотохимических реакций целесо-йбразно контролировать содержание окислов азота N¿0, N0 и NC¡>, а Также угарный газ СО, линии поглощения которого создают погрешность при измерениях N2O, Полосы поглощения этих МТС находятся в диапазоне 4,5-5,5 мкм. который требует требует применения пироэлектрических фотоприемников или полупроводниковых фотоприемников, охлаждаемы;: жидким азотом, например на основе "кад-мий-ртуть-теллур",обладающих значительно более высокой обнаружи-тельной способностью, чем пироэлектрические. Эта частная задача может быть решена с помощью четырехканального измерительного

прибора, потсрып также должен ¿меть три газофидьтровых каната (каналы измерения N¿0, N0 и СО л один фильтрсиый (канал измерения NO2). Применение фильтрового метода в случае-измерений N0¿ с борта ИСС обусловлено том, что при требуемом для исключения влияния допл-ровсксго сдвига между спектрами поглощения измеряемого газа л газа-эталона в опорной ¡-зовете ушлрении линий поглощения N0¿ е спорной кювете эти линии практически сливаются, и спорная кювета торлст спектральную избирательность, необходимую для реализации преимуществ корреляционного метода.

Рассчитана д-фференциальнач чувствительность показаний га-зсфшитровы:1. кантов измерения НС1, СН4, HF, СО, N£0 и КО к изменениям измеряемого содержания, температуры и давлен..я газов -эталонов е опорных и фильтровых кюветах (в сл> iae необходимости последних), доплероЕСКого сдвига между спектрами поглощения стратосферных газов и газов в кюветах, параметров узкополосных спектральных фильтров. Давления в оптических кюветах длиной 3 и 6 см рассчитывались при условии, что кюветы заполняются нераз-бавляемнми газами. Вычисления производились методом "line-Ьу-line", интегрирование вдоль пути излучения в атмосфере было произведено аналитически с учетом допущений о сферической симметрии атмосферы и экспоненциальном характере зависимости давления и сбъалдолей .МГ^Л от высоты. Установлено, что при ожидаемых содержаниях МГСА, измеряемая относительная разность опорного и измерительного потоков находится в пределах 3*10-4 - 5*10~3.

Показано, что для для обеспечения погрешности измерение объемных долей рассматриваемых МГСА не более 3Q Z необходимо измерять относительную разность оперного и измерительного потоков с погрешностью, не превышающей 2 ?.. Таким образом, динамический диапазон спутникового ГФА дог-ен быть порядка 1000.

В третьей главе описаны функциональная и оптическая схеш лабораторного и бортовых образцов ГФА, в которых реализованы выше сформулированные требования.

Схема чег; эхканальна по МГО и ст<тгрж~? 3 газофильтрсвых и один фильтровый к?"ал измерений. Функционально схема разбита на' систему освещения, узел фотометров и усилительную систему. Система освещения состоит из системы наведения-оптической оси "ЬА на солнце (следящей системы), осветителя и входной полевей диаф-

рагуы. котооые формируют угол полк зрения ГФЛ б ссответстнк!; с требованиями зысотього разрешения, а также призмы к модулятор?., осущзагямзотх ■ распределение потоков .между фотометрическими кг-кадамя. Эти узлы являются обеими для всех .каналов измерений.

Узел фотометров содержит той идентичных по конструкции га-зсфкльтролых фотометра и один фильтровый. Каждый газофальтрсвый фотометр содержит комбинированный ингерференыионно-дясл?рсионпкй Фильтр, осуществляющий спектральную селекцию излучения, держателе фильтровой кюветы, кювету опорной ветьи, узел баланснрозки с регулируемой диафрагмой измерительной ветви, фокусирующий объ-. екгив и фотоприемник. Фильтровый фотсмотр содержи? держатель для фздьтревей ¡советы, комбинированные спектральные фильтры и измерительной и опорной ветвей (согласованные с полосой поглощения и окном прозрачности соответственно), регулируемую диафрагму в коротковолновой' бетви, фокусирующий объектив и фотоприемник. Фотометры имеют один общий модулятор б виде диска с отверстиями, приводимого во вращение электродвигателем.

Приемно-усилительная система имеет четыре канала (по числу кааалов измерений), каждый из которых содержи? иредусилитзль, регулируемый усилитель, угкополосные фильтры первой и второй гармон-к сигнала, синхронные детекторы первой и второй гармоник, управляемые оптоларами, согласованными с модулятором, л компенсатор смещения нуля.

При непрерывном вращении модулятора потоки, падающие на фо-гслриемнкк модулируются так, что максимумы суммарного потока наблюдаются в моменты, когда отверстия диска модулятора соооны ветвям фотометров. В сбалансированном с немощью регулируемых диафрагм приборе при отсутствии измеряемых МГС между источником света и прибором максимумы потока в опорной и измерительной ветвях одинаковы. Амплитуда первой гармоники сигнала фотоприекника при згем равна нулю, соответственно напряжения на выходах синхронного детектора, пропорциональные содержр'-шю измеряемых МГС, равны также кулю. При наличии измеряемой МГС б- исследуемой части атмосферы максимумы измерительного потока в. соответствующем фотометре уменьшаются за счет поглощения излучения данной МГС, а максимумы опорного потока в том же фотометре остаются практически неизменными. Это приводит к-появлению на Еыходе фотопр'иемдика

А <->

- ю -

этого фотометра гармонической составляющей с частотой прерывания потока и амплитудой, пропорциональной разности соседних максимумов суммарного потока.

Узкополосные фильтры первой и второй гармоник формируют из усиленного напряжения фотоприемника синусоидальные напряжения, амплитуды псгсрых пропорциональны разнс-сти и сумме опорного я измерительного потоков соответственно.

Синхронные детекторы преобразуют переменные напряжения в постоянные, при этом подавляются возможные асинхронные помехи и сужается полоса пропускания с целью минимизации погрешности за счет шумев ютог;риемкика и усилителей. Выходное напряжение синхронного детектора второй гармоники используется для регулировки усиления, при которой это напряжен"? поддерживается постоянным.

Выходное напряжение синхронного детектора первой гармоники после компенсации смешения нуля, измеряемого в момент прохождения линии визирования солнца вне атмосферы, выдается на бортовую телеметрию (сигнал, соответствующий содержанию-измеряемой МГС). На бортовую телеметрию также поступают следующие сигналы: уровень напряжения второй гармоники (для контроля), напряжения датчиков температуры оптических газонаполненных кг-ет и напряжение компенсации смещения нуля.

Четвертая глава содержит анатаз источников погрешности измерений. Представлены экспериментальные и расчетные данные о пределах изменения и/или погрешностях контроля дестабилизирующих факторов, чувствительность ГФЛ к которым приведена во второй главе, и максимальные погрешности измерения относительной разности оперного и измерительного потоков, вызываемые неопределенностью величин этих факторов.

Показано, что суммарная логрешность измерения относительной разности потоков не превышает- 2 % во всех каналах, измерения ЫГСА, за исключением каналов измерения НС1 и где погрешность составляет 2,5 I. При зтом погрешности, снижение которых составляло цель диссертационной работы, оказываются пренебрежимо малы-, ми.

В пятой главе приведены результаты экспери-.энтатьных исследований лабораторного и самолетного бортового, образцов. В ре-

вульгате лабораторных испытаний Качалов, измерения СН4 и KCl и самолетных натурных испытаний канала измерения СН4 установлено, что погрешность измерения содержания указанных газсз соответствует погрешности, вызываемой исключительно оумами фотоприемников. Тажм образом, испытания подтвердили ранее установленный расчетным путем вывод с-б эффектигности снижения погрешностей, вызываемых яеиденгичностьа пропусканий оптических ветЕей канатов ?ФА и изменением яркости источника излучения и о стабильности градуировочных характеристик каналов измерения.

В заключении констатируется, что в результате проведенной - работы:

' 1. Разработан газофкльтрозый способ измерения содержания газов, селективно поглощающих глекгрсмагнятное излучение, в атмосфере, при котором контролируется изменение градукровочньк характеристик измерительного прибора с помощью регистрации сигнала прибора в полосе поглощения измеряемого газа к • вне полос его поглощения при отсутствии измеряемого газа в среде между источником излучения и прибором. Способ защищен авторским свидетельством СССР N 1394901.

2. Разработан способ нормировки разности потоков злектрс-ыагниг-ого излучения по средней их величине, при котором практически исключена погрешность, связанная с неодинаковостью коэффициентов преобразования разности потеков и сам;:х потоков в разность фототокез и фототоки соответственно вследствие нелинейности зтого преобразования яри более чем Ю-кратном изменении яркости источника излучения. Дополнительная погрешность, вносимая разработанной схемой нормировки, определяется относительной стабильностью поддержания уровня эталонного напряжения. Способ за-, щищен авторским свидетельством СССР N ■•'179115. .

3. Установлено, что при нарушении идентичности коэффициентов пропускания измерительного и спорного канатов газофильтрового фотометра.смещение нуля.с высокой точностью аддитивно, и может быть в спутниковом газофиаьтроном анализаторе устранено, вычитанием внеатмосферной величины его выходного сигнала из сигнала, получаемого во время измерения содержания исследуемого газа в атмосфере. Дополнительная погрешность, вносимая разработанной

■юй Сплдкскрое:с:, составляет менее 0,1" от относительной раз-.'¡1 коэффициентов пропускания.

4. Рагработай, изготовлен и отградуирован по метану свето->ный лабораторный образец газофильтрового анализатора, поро-1я чувствительность которого к метану при использовании гало-1сй лампы :<ГМ-12-100 з .качестве источника излучения составила

атм см. Прибор защищен авторским свидетельством СССР .70220.

5. Исследованы источники погрешности измерений лабораторно->Сра£ца, получены рекомендации, которые позволят не менее чем таре раза уменьшить порог его чувствительности к измеряемым и (до 0,0003 атм см в случае измерений содержания метана).

'3. Разработаны, изготовлены, испытаны и поставлены гаказчк-¡аколетнай и два спутниковых образца газ0$$ттр0Е0Г0 ака-даза-. I, соответствующие авторскому свидетельству СССР N 117С-220.

Уникальность аппаратуры подтверждается отзывом заказчика.

Лабораторные исследования бортовых сбрагцоз "ДйССА-й" и Л-Ф" и натурные испытания самолетного образца "ЧАМА-<2" поли. что порогозая ах чувствительность к метану составляет

2 атм см при использовании Солнца б качестве источника кгду-я и определяется исключительно ¡сумами фотогриемнжов. так как и при измерении содержания хлористого водорода,порогогая твительность к которому в лабораторных условиях составила

3 атм см. Тем самим Доказана эффективность разработанных мер уменьшению погрешности измерений состава атмосферы с помоьью чесюк корреляционных гзгоанализзтор'ов..

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ Ю ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИЙ

1. А.В.ЕорисоБ. А.Е.КсЕалев, Г.М.Тележс. Самолетный сп-.-кг-тр для измерения концентраций мачьк га?оны>: -компонент аг-;ре 35млн. Материалы научно-технической кскферея1«п по мето-

и средствам автоматического контроля' атмосферного воздуха х пектпвам их развития. Киев,. 1987, с. 46-47.

А.В.Есриссв, Е.В^Зазнсрка, 'Д. М. Меньшов к лр. Структур:;а-1 газе: нльтроЕсго анализатора для согерлгслл и*, то

;ых якгазвент атмосфегы. Материё-а: ХТ. I Сос-.ке-.:-:'/;*. т-о ас?'.'.»:;-

•метрии, Иркутск, 1384, с. £51-253.

3. С.Г.Парчевский, М.А.Скороденок, Г.М.Тележко. Дистанционный четырехканальный газоанализатор. Материалы II Всесоюзной конференции по анатазу Неорганических газов. Л., 1390, с. 236.

4. С.Г.Парчевский, Г.М.Тележко, Автоматическая система контроля атмосферных загрязнений. Материалы конференции по методам и средствам контроля атмосферного воздуха и перспективам их развития. Киев, 1087, с. 151.

5. В.П.Рябов, Г.М.Тележко. Автономный газофильтровый анализатор для долгосрочного дистанционного контроля рассеянных мик-. рокомпонент атмосферы. Материалы. 1 Всесоюзной конференции по анатазу неорганических газов. Л., ЛГУ, 1983, с. /1,

6. Г.М.Тележко. Способ измерения содер.?лнш: газов, селективно поглощающих электромагнитное излуче»..:?, и устройства для его осуществления. А.с. СССР ¡1 130-1901.

7. А.А.Бусников, В.М.Костюков, Г.М.Тележко. Светосильный корреляционный газоанализатор. Изб. ВУЗов, Приборостроение, 1993, N 4, с:. 70 - 75.

2. Г.М.Тележко. Способ измерения отношения потоков электромагнитного излучения. А.с. СССР .; 1173115. ЕЙ 1935, N 34.

9. Г.М.Тележко. Двухканалышй газоанализатор. А.с. СССР N 1176220. БИ 1085, N 32.

10. А.Е.Kovalyov, G.M.Telezhko. On the spatial variations of CO2 total anount above volcanic regions at the Kamchatka peninsula. Annals Geophyslcae. Part П: Cceans, .Atmosphere, Hydrology and Nonlinear Geophysics. 1992, V. 10, suppl. -II, sect. 0A19/ST18, p. С2Э6.

11. A,E.Kovalyov, G.M.Telezhko. Comparison of CO2 total ar-ount above the areas of Kamchatka, Baikal lake and Kara-Hum desert. Annals Geophyslcae. Part II: Oceans, Atmosphere, Hydrology and Nonlinear-Geophysics. 1994, V.12, suppl. 11, sect.OAlS/ ST18, p.' C3Q2.

12. G.M.Telezhko. Methane concentration profile measurements using a gas filter airborne instrument above- an oil processing, plant. Annals Geophyslcae. Part.II: Oceans. Atmosphere, Hydrology and Nonlinear Geophysics. 1996, V.14, suppl. II, sect.0A17.

Подписано к Печати 10.12.96 г. Объем X п.л. Заказ 81 ТирлжЮО экз. Бесплатно .

Ротапринт. ИТМО. 1DOOOO, Санкт-Петербург, пер. Гривцова, 14