Исследование воздушных потоков аэрозольных частиц методами лазерного зондирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ИНСТИТУТ АНАЛИТИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ РАН

Г Г и С 1

1 3 1.1Л11 Ш? На правах рукописи

ШЕМАНИН Валерий Геннадьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ МЕТОДАМИ ЛАЗЕРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

01.04.01 - Техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1997

Работа выполнена в Новороссийском Филиала Кубанского Государственного Тсхполопчсского Унаперсатста. Научный руководитель: д. ф.-м. п., проф. ГТрпвалок В. Е.

Официальные оппоненты: д. ф.-м. и., проф. Фотиади А.Э.

к.т.11., доцент Смирнов Е.А.

Ведущая организация: СП6ИТМО, г. Сашет-Петербург

Защита диссертации состоится "-М' ¿¡'¿¿Д_ 1997

года в /0 часов на заседании специализированного совета в Институте Аналитического Приборостроения РАН по адресу: 19Я1С5, Санкт- Петербург, Рижский проспект , 26

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке Института Аналитического Приборостроения РАН.

Автореферат ¡..тгослал 1997 года

Ученый секретарь Сетщалтнровгншого совсга

Я) ООЗ. ¿гз. о 2.

ЭБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящей работе, выполненной автором в 1987 - 1996 годах, [редложены полые методы лазерного зондирования аэрозольных ютоков для контрол;: параметров таких потоков как в аэрозольных ехнологпях, так и в охране окружающей среда. Разработаны, пготовлены н проведены исследования лабораторных макетов для »мереная скорости, концентрации н распределения частиц по размерам ; воздушном потоке реального цементного аэрозоля. В основу [редлагаемых методов и систем контроля положено дистанционное азерное зондирование потока с помощью лазерного доплеровского немометфа, лазерно - искрового анализатора частиц и аэрозольного ндяра.

Актуальность темы

Аэрозольные потоки широко распространены п природе и [грагот важную рот. по многих современных технологиях. Течение аза или жидкости со взвешенными в них дисперсными частицами [аходнт и уже нашло практическое применение в деятельности елопека.

Аэрокосмическая техника и двигателестроенне, атомная иергетпка и метеорология, химические технологии н охрана кружающей среды н многие другие области используют законы ннамики двухфазных сред. Физика гетерофазных потоков рсзЕЫчапио сложна - в основные уравнения входит, как правило, ;елый ряд эмпирических зависимостей и констант. Поэтому при сследовашш таких потоков важную роль играют экспериментальные [етоды. Экспериментальная информация об основных параметрах ондененрованпых частиц - концентрации, дисперсности, скорости и емпературе - не только позволяет оценить степень адекватности сальному процессу принятой для его описания физической модели, о п в большинстве случаев является необходимой в качестве сходных данных для проведения расчетов рабочих процессов в ошерешых устройствах. Поэтому многообразие существующих [етодов диагностики в физике гетерофазных систем треэует щатсльиой оценки их возможностей и границ применимости, и лавнос, правильного пыбора и экспериментальной реализации птимальиого метода измерения для решения конкретной задачи.

Все экспериментальные методы можно разделить на два больших класса - бесконтактные и зондовые методы. Бесконтактные методы сегодня являются наиболее перспективными, так как их основное преимущество перед зондовыми - отсутствие возмущений псследусм ого потока. Применимость зондовых методов для диагностики высокотемпературных потоков вообще представляется проблематичной.

Бесконтактные методы объединяют три группы, различающиеся по дойне волны используемого излучения - оптические, рентгеновские и радиоактивные. Мощным импульсом для широкого внедрения оптических бесконтактных методов и разработки повой измерительной техники стало освоение промышленного производства лазеров различных типов с уникальными свойствами его излучения.

Из всего многобразня методов и систем для исследования аэрозольных потоков для решения проблемы ко I ггр (1 л я п а р а метр о в воздушного потока реального цементного аэрозоля в технологических условиях или условиях рассеяния в атмосфере были _ выбраны лазерный доплеровский анемометр, аэрозольный лпдар и лазерно - искровой анализатор частиц.

Проведенный анализ состояния этой проблемы показывает, что применяемые для такого контроля устройства и методы требуют детального исследования их метрологических характеристик и влияния на них условий эксплуатации. Проведение таких исследований позволит уменьшить погрешность измерений и повысить их достоверность, а применение автоматизированных измерительных комплексов увеличить производительность и сократить ручной труд в рутинном контроле воздушных потоков цементных частиц.

Цель работы

Общей задачей настоящей работы было создание на основе лазерного зондирования бесконтактных дистанционных методов и систем контроля параметров аэрозольных потоков.

Дня этого необходимо:

1. Выполнить теоретический анализ проблемы измерения параметров аэрозольных потоков методами лазерного дистанционного зондирования - лазерным доплеровекпм

анемометром, аэрозольным лидером и лазерно - искровым анализатором частиц.

2. Разработать и изготовить лабораторный макет этих систем и проведение на них экспериментальных исследовании модельных объектов н воздушных потоков реального цементного аэрозоля.

3. Разработать и изготовить автоматизированную измерительную системы для экспериментальной работы.

4. Разработать оптимальные алгоритмы процедуры измерений.

5. Сделать анализ полученных результатов и их оценку.

Научная новизна работы

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Экспериментальные исследования режимов измерений ЛДА показали возможность определения скорости, концентрации частиц и их распределения по размерам в воздушном потоке цементного аэрозоля с высокой точностью. Причем измерения скорости п счетной концентрации частиц являются абсолютными, не требуют калибровки и их точность зависит лишь от параметров ЛДА.

2. Полученные результаты исследований ОП в воздушном потоке цементных частиц показывают возможность использования пороговых параметров ОП, таких как пороговая мощность, вероятность ОП и интенсивность свечения плазмы ОП для измерения концентрации частиц в таких потоках. Результаты исследований динамики лазерной искры в аэрозольном потоке свидетельствуют, что плазма ОП локализована в прост])анстве, хотя точка пробоя может случайным образом изменять свое положение. Спектр излучения плазмы состоит из двух компонет: сплошной н интенсивной с временем свечения 50 не и линейчатой слабосветящейся, но долгожнвущей ( до 2000 не ) компоненты, характер которой зависит от химического состава аэрозоля.

3. Для аэрозольного лндара получена гашенная зависимость между счетной концентрацией частиц цементного аэрозоля н коэффициентом обратного рассеяния Ми, что подтвч>ждается и результатами расчетов по лндарному уравнению. Кроме того, экспериментальные исследования показали, что по измеренному значению коэффициента обратного рассеяния можно определить н

величину мощности источника частиц цементного аэрозоля, по эта зависимость носит квадратичный характер.

4. Разработан и изготовлен лабораторный макет для дистанционного исследования зависимостей параметров ОП и коэффициента обратного рассеяния Ми от характеристик воздушного потока чаешц реального цементного аэрозоля. Макет включает в себя аэрозольный лидар и лазерио - искровой анализатор частиц, а также независимый от них пылевой стенд с генератором чаешц и ЛДА для контроля аэрозольного потока. Для регистрации и обработан сигналов лидара, анализатора и ЛДА была разработана и изготовлена измерительных системы на базе ПК типа IBM PC AT/ 486.

5. Отдельные части и узлы этого макета могуч" служить прототипом экспериментального образца, что подтверждено использованием аэрозольного лидара для экспериментального зондирования атмосферы над промышленным районом в г. Новороссийске с метеорологической далыюсгыо видимости 30 км в приземном слое на высоте 20 м.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Анализ п экспериментальные исследования доплсровского сигнала в рассеянном частицами реального цементного аэрозоля излучения Не Ne лазера показали, что скорость и счетная концентрация частиц могут быть измерены по амплитудным и частотным параметрам этого рассеянного излучения.

2. Измерения концентрации частиц возможны по измеренным параметрам ОП в воздушном потоке цементного аэрозоля в поле интенсивного (до 1018 Вт/м2 ) лазерного импульса длительностью ¡0 не на длине волны 1.06 мкм, а именно пороговой мощности, вероятности пробоя и интенсивности свечения плазмы ОП в видимой ( 350 - 550 им ) области спектра, причем динамика спектра этого свечения несет информацию об элементном составе частиц аэрозоля.

3. Аэрозольный лидар может служить дня измерения счетной концентрации цементных частиц в аэрозольном потоке, а также мощности источника этих частиц, на расстояниях зондирования до 2 км с ггространстпсиньш разрешением 7.5 м ( время измерешш - 50 пс).

Приоритет результатов

Основные результаты, по которым сформулированы научные положения, получены впервые.

Апробация работы

Результаты настоящей работы докладывались: на Всесоюзной конференции " Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении " в Белгороде в 1989 г.,

на 14 н 15 Всесоюзных конференциях " Высокоскоростная фотография, фотоника и метрология быстропротекающих процессов " в Москве, ВНИИОФИ.в 1989 и 1991 гг.,

на Научно - технической Конференции " Экологические проблемы застройки Крыма" в Севастополе в 1990 г.,

на Международной Конференции по измерительной технике "МЕ11А-91" в Москве в 1991.,

на 9 Научно - технической Конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение " в Москве, ВНИИОФИ, в 1992 г., на Российской Аэрозольной Конференции п Москве в 1993 г., на Международных Аэрозольных Симпозиумах в Москве в 1994,1995 и 1996 гг.,

на Первой Международной Конференции по коммерциализации экологических технологий и Москве в 1994 г.,

на Международной Школе - Семинаре - Выставке "Лазеры и современное приборостроение" в Санкт-Петербурге в 1993 и 1995 г.

Публикация результатов диссертации

Основное содержание диссертации отражено в 8 статьях, 2 авторских свидетельствах и 14 тезнсах докладов.

Объем н структура диссерт ации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и двух приложений. Объем диссертации составляет 144 страницы машинописного текста, в том числе 5 таблиц, 52 рисунка. Список литературы содержит 213 наименований.

Практическая значимость результатов

Практическая значимость результатов состоит в следующем:

1. Предложенные методы позволяют осуществлять контроль параметров аэрозольных потоков дистанционно, с высокими пространственным и временным разрешением, не возмущая исследуемый объект.

2. Проведенный анализ предложенных методов лазерного зондирования воздушных потоков аэрозольных частиц позволил определить потенциальные возможности п точностные характеристики каждого из них.

3. Экспериментальные исследования этих методов позволили подтвердить их применимость дня воздушных потоков частиц реального цементного аэрозоля.

4. Разработан и изготовлен экспериментальпьш макет системы лазерного зондирования, который позволяет проводить исследования реальных воздушных потоков частиц на лшшп с ПК.

5. Ряд разработанных устройств и блоков могут имен» самостоятельное практическое применение, в частности:

- блоки питания лазера,

- блок управления электрооптпческим затвором,

- излучатель,

- фотоприемные устройства с блоками питания,

- высокойольтнын блок питания ФЭУ,

- телескопы,

- контроллеры,

удовлетворяющие преда,являемым к ним требованиям и имеющие высокие технические показатели. Они могут найти применение как для исследований, так н для технологического контроля.

6. Разработанный и изготовленный аэрозольный лпдар был применен для зондирования атмосферы над промышленным районом, причем запись » контроллер 1 Кб информации занимает 50 мке, а обработка этой информации в ПК происходит между лазерными импульсами.

7. Разработанная система контроля качества атмосферного воздуха получила Сертификат The Blue Ribbon Panel и признана готовой к внедрению.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении обоснована актуальность задачи, рассмотренной в диссертации, определены методы, подлежащие анализу, кратко изложено содержание диссертации и выдвинуты защищаемые положения.

В первой главе проведен анализ оптических, схем ЛДА, предложенных разными авторами, на основании которого была выбрана дифференциальная схема с регистрацией рассеянного назад излучения как наиболее эффективная и оптимальная с точки зрения ее элементного построения дня измерения параметров воздушных потоков частиц реального цементного аэрозоля. Проведен анализ систем регистрации п обработки доплеровского сигнала на основе существующих, методов измерения параметров сложных импульсных сигналов случайной природы. Разработан алгоритм измерения параметров частиц в воздушном потоке с учетом сложной зависимости этих параметров от счетной концентрации частиц или числа регистрируемых импульсов. Подробно описана разработанная система регистрации ЛДА типа счетно - импульсного процессора для измерения скорости, концентрации и дисперсного состава частиц в потоке с возможностью работы на линии с ПК. Сделанный анализ позволил разработать ЛДА, который является оптимальным анемометром для контроля параметров воздушного потока цементных частиц.

Во второй главе рассмотрена физика оптического пробоя в аэрозольных потоках. Анализ теоретических моделей, предложенных разными авторами для описания ОП и НКР в аэродисперсных потоках, свидетельствует о неоднозначной зависимости параметров ОП как от длины волны лазерного излучения , так и от фнзшео - химических свойств аэрозольных потоков. Численные решения задачи НКР в аэрозольных средах в рамках тешхопроводностной модели показывают, что динамика параметров ОП соответствует экспериментальным данным для различных режимов горения. Далее определены границы применимости различных моделей и сделаны оценки условий горения цементных частиц. Проведенные оценки параметров ОП для воздушного потока реального цементного аэрозоля позволяют сделать заключение о том, что при шггенсивностях лазерного излучения более 1012 Вт / м2 на длине волны 1.06 мкм пробой произойдет всегда при любой концентрации частиц.

В то же время параметры ОП сложным образом зависят от размеров аэрозольных частиц, что не позволяет точно решить задачу НКР. Описание этого режима па основе энергетического баланса подтверждает лишь необходимость присутствия многих аэрозольных частиц в области взаимодействия лазерного излучения с частицами и позволяет определить вероятность возникновения сгустков плазмы в ОП. На основании анализа этих результатов сделаны выводы о зависимости параметров лазерной искры от концентрации частиц в потоке.

В третьей главе рассмотрены лпдарные системы для зондирования потоков частиц, их физические основы и возможности. Анализ литературы свидетельствует о том, что для дистанционного зондирования аэрозольных потоков наиболее подходящими являются методы, основанные на рассеянии Ми и дифференциальном поглощении. Дано описание основных частей аэрозольного лидара. Показано, что наибольшее распространение получили лндары с моностатпческой бпакснальной оптической схемой. Рассмотренные системы регистрации лидарного сигнала, особенно в диапазоне слабых сигналов, позволяют отдать предпочтение системам, работающим в режиме счета отдельных фотонов п режиме накопления. Сделаны оценки потенциальных возможностей лазерного зондировании в условиях помех. Проведенный анализ источников шума и их проявлений в лпдарном сигнале позволяет выделит!, как основной метод увеличения отношения сигнала к шуму метод спектральной селекции рассеянного назад лазерного излучения.

В четвертой главе приведен вывод лидарного уравнения для случая упругого однократного рассеяния Ми на аэрозольных частицах при использовании моностатпческой схемы лидара. Рассмотрена геометрическая функция лидара с учетом оптики фотопрнемнпка в приближении простого коэффициента перекрытия и более сложного случая наличия затеняющих тел с огрдппчшшогцеп апертурой. Оценены возможные потери сигнала для различных дистанций зондирования и размеров фотокатода фотопрнемннка при чисто геометрическом сжатии динамического диапазона этого сигнала. Сделан анализ существующих вариант.ов решения лидарного уравнения методами наклона,, модельной функции пропускания, наклонных трасс, постоянного отношения коэффициента ослабления к коэффициенту обратного рассеяния и их комбинаций. Рассмотрены погрешности лидариых измерении, которые определяются в первую очередь

югрсшностямн измерения сигнала, расстояния и калибровочной юстоянной лидара.

Пятая глава посвящена разработке экспериментальной ,'станопкн и ее отдельных частей для исследования воздушного ютока частиц цементного аэрозоля, алгоритма самих измерении и <алибровкп измерительных каналов. Разработан и изготовлен лабораторный макет дтя дистанционного исследования швнсимостей параметров ОП или лазерной искры и рассеяния Ми в юздушном потоке частиц реального цементного аэрозоля. Макет жщочает в себя аэрозольный лидар и лазерно - искровой анализатор частиц, а также независимый ог них пиленой стенд с генератором частиц и ЛДАдля контроля аэрозольного потока. Для регистрации и обработки сигналов лидара, анализатора и ЛДА были разработаны Ii изготовлены две измерительных системы на базе ПК , первоначально типа ДВК - 2М, а затем IBM PC AT/ 486. Для изготовления лабораторного макета разработаны структурные, оптические и принципиальные электрические схемы аэрозольного лидара, лазерно - искрового анализатора, пылевого стенда, ЛДА и измерительных систем.

Разработаны и изготовлены три различных варианта блоков питания импульсного АИГ - Nd лазера. Проведенные исследования показали, что эти блоки питания удовлетворяет всем требованиям по электрическим параметрам п обладают массой до 12 кг. Разработан и изготовлен блок управления ЭОЗ для лазера. Экспериментальные исследования блока показали наилучшие результаты для затвора МЧ -105. Разработан и изготовлен высокоэпергетичпый лазер с длительностью импульсов 10 не, энергией в импульсе до 50 мДж но второй гармонике и малой угловой расходимостью. Исследования грех вариантов излучателей с различными оптическими схемами показали, что энергия импульсов второй гармоники для третьего варианта излучателя с эффективностью ГВГ п кристалле CDA 46 °/о Ь оптимальном режиме возросла в 4 раза и достигла 60 мДж.

Проведены экспериментальные исследования рабочих характеристик фотопрнемпикоц для регистрации слабых световых потоков. Получено, что наиболее подходящим является ФЭУ - 79, который обладает наименьшими шумами. Исследования фотодиодов показали, что их уровень шума очень велик и они подходят лишь для регистрации лазерного излучения. Поэтому для проведения экспериментальных исследований было

разработано и изготовлено два типа фотоприемных модулей, различающихся выбранными фотоприемниками. Калибровка фотоприемных модулей проводилась для каждого модуля с помощью измерителя мощности ИМО -3. Приемный телескоп лидара типа Ньютона был разработай и изготовлен на базе сферического зеркала диаметром 0.4 м и фокусным расстоянием 0.5 м с минимальным размером затеняющего держателя. Для корректировки расходимости лазерного луча был разработан и изготовлен линзовый телескоп Галилея.

Выполнен анализ описанных в литературе вариантов систем ввода и обработай оптических сигналов в ПК : в стандарте КАМАК, систем счета фотонов на ПК и информационно - измерительных систем на ПК. На первом этапе был изготовлен контроллер КК1 к ДВК - 2М, а в связи с появлением более мощной и современной техники с лучшей математикой, был разработан и изготовлен универсальный контроллер лидара УК2 для ввода импульсных сигналов с фотоприемников в ПК типа 1ВМ РС АТ / 386 через стык ЯБ - 232. Комплекс аппаратных средств работает под управлением программы ЛИДАР для регистрации и обработки импульсных оптических сигналов. Описаны основные алгоритмы и работа ПО.

Для создания воздушного потока частиц с заданными концентрацией частиц и скоростью был разработан и изготовлен пылевой стенд. Для непрерывного контроля концентрации частиц и скорости был разработан и изготовлен ЛДА, а также светодиодный измеритель концентрации частиц. Результаты калибровки ЛДА свидетельствуют о зависимости скорости только от времени и постоянной ЛДА. То есть измерение скорости с помощью ЛДА является абсолютным и калибровки не требует. Аналогично не требует калибровки и измерение счетной концентрации . Получена калибровочная прямая для построения распределение частиц по размерам с помощьтакого ЛДА. Светодиодный измеритель концентрации калибровался по данным ЛДА.

В шестой главе обсуждаются результаты экспериментальных исследований и режимы работы отдельных частей лабораторной установки. Экспериментальные исследования на макете ЛДА показали возможность определения скорости, концентрации частиц и их распределения по размерам в воздушном потоке цементного аэрозоля с высокой точностью. Причем измерения скорости и

счетно» концентрации чястц являются абсолютными и их точность зависит лишь от параметров ЛДА. Эти выводы подтверждаются экспериментальными данными по коэффициентам проникания материала ФПС, который использовался в пылевом стенде для улавливания частиц цементного аэрозоля.

Полученные результаты исследований ОП в воздушном потоке цементных частиц показывают возможность использования пороговых параметров лазерной искры для определения концентрации таких частиц в аэрозольных потоках. Результаты исследовании динамики лазерной искры в аэрозольном потоке свидетельствуют, что плазма ОП локашпована в пространстве, хотя точка пробоя может случайным образом изменять свое положение. Спектр излучения плазмы состоит из двух компонет: сплошной и интенсивной с временем свечения 50 не н линейчатой слабосветящейся, но долгоживущей ( до 2000 не ) компоненты, характер которой зависит от химического состава аэрозоля.

Проведена экспериментальная калибровка аэрозольного лпдара с помощью мишени из молочного стекла и получена его аппаратурная константа, согласующаяся с другими данными. Для такого лпдара получена лш:сп:;а:: зависимость ме/;ду счетной концентрацией частиц де-.'енгиого аэрозоля и коэффициентом обратного рассстгт hin. Этот результат свидетельствует о возможности измерения концентрации частиц с помощью аэрозольного лпдара подобного типа, что подтверждается п результатами расчетов по лидарному уравнению. Сделан анализ погрешности измерений и достоверности полученных результатов.

Полученные в работе аппаратурная константа п сечение рассеяния для частиц цементного аэрозоля были использованы для экспериментального зондирования атмосферы над промышленным районом в г. Новороссийске с метеорологической дальностью видимости 30 км в приземном слое па высоте 20 м . Эка^шмептальиые исследования показали, что по измеренному значению коэффициента обратного рассеяния можно определить значение мощности источника выброса частиц цементного аэрозоля с отноелтелыюй погрешностью не более 14 %, что необходимо и достаточно для экологического мониторинга . В целом, аэрозольный лидар может служить мощным инструментом оперативного экологического контроля атмосферы городского района .

В заключении приводятся основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты работа можно суммировать следующим образом:

1. На основе анализа оптических схем ЛДА, предложенных разными авторами, была выбрана дифференциальная схема с регистрацией рассеянного назад излучения или рассеянного под небольшим углом вперед как наиболее эффективные и оптимальные с точки зрения их элементного построения для измерения параметров воздушных потоков твердых частиц реального цементного аэрозоля.

Сделан анализ систем регистрации и обработки доплеровского сигнала на основе существующих методов-измерения параметров сложных импульсных сигналов случайной природы и разработана система регистрации ЛДА типа счетно - импульсного процессора для измерения скорости, концентрации и дисперсного состава частиц в потоке с возможностью работы на липни с ПК.

3. Экспериментальные исследования режимов измерений ЛДА показали возможность определения скорости, концентрации частиц и их распределения по размерам в воздушном потоке цементного аэрозоля с высокой точностью. Причем измерения скорости и счетной концентрации частиц являются абсолютными, не требуют калибровки и их точность зависит лишь от параметров ЛДА.

4. Анализ теоретических моделей, предложенных разными авторами для описания ОП и НКР в аэродисперсных потоках, свидетельствует о неоднозначной зависимости параметров ОП как от длины волны лазерного излучения , так и от физико - химических свойств аэрозольных частиц.

5. Проведенные оценки параметров ОП для воздушного потока реального цементного аэрозоля позволяют сделать заключение о том, что при интенсивностях лазерного излучения более 1012 Вт / м2 на длине волны 1.06 мкм пробой произойдет всегда при любой концентрации частиц. В то же время параметры ОП сложным образом зависят от размеров аэрозольных частиц, что не позволяет точно решить задачу НКР. Описание этого режима на основе энергетического баланса подтверждает лишь необходимость присутствия многих аэрозольных частиц в области взаимодействия лазерного излучения с частицами и позволяет определить вероятность возникновения сгустков плазмы в ОП.

6. Сделан анализ существующих вариантов решения лидарного уравнения для случая упругого однократного рассеяния Ми на аэрозольных частицах при использовании моностатической схемы лпдара и рассмотрены пoq)cпшocти измерений, которые определяются в первую очередь погрешностями измерения сигнала, рлгегояния и калибровочной постоянной лидара.

7. Разработан и изготовлен лабораторный макет для дистанционного исследования зависимостей параметров ОП и коэффициента обратного рг.ссеяння Мп от характеристик воздушного потока частиц реального цементного аэрозоля. Макет л гало чает в себя аэрозольный тишр и лазерно - искровой анализатор частиц, а также независимый от них пылевой стенд с генератором частиц и ЛДА для к онколя аэрозольного потека. Для регистрации и обработки сигналов лпдара, анализатора и ЛДА были разработаны и изготовлены дв'? измерительных системы на базе ПК , первоначально типа ДВК - 2М, а затем 1ВМ РС АТ/ 486.

8. Для лабораторного макета разработаны и изготовлены:

- блоки 1ТППШИЯ импульсного АИГ - Кс1 лазера,

- блок управления ЭОЗ,

- высокоэнергетц-шый излучатель с длительность™ цмпу.чьсог. 10 .не. энергией в имнульсс до 50 мДж во второй гармонике и малой угловой расходом- сгыо,

- два типа фотопрпемиых модулей на основе ФЭУ - 79 и фотодиодов,

- приемный телескоп лидара типа Ныотона,

- кошроллер КК1 к ДВК - 2М,

- контроллер лидара УК2 для ПК типа 1ВМ-РС АТ / 386,

- пылевой стенд с генератором частиц,

- ЛДА и светодиодный измеритель концентрации частиц.

9. Полученные результаты исследований ОП в воздушном потоке цементных частиц показывают возможность использования пороговых параметров ОП для измерения концентрации таких части в таких потоках. Результаты исследований динамики лазерной искры в аэрозольном потоке свидетельствуют, что плазма ОП локализована в пространстве, хотя точка пробоя может случайным образом изменять свое положение. Спектр излучения плазмы состоит из двух компонент: оплошной п интенсивной с временем свечения 50 не и линейчатой ела б о светящейся, ::о долгож:пч":.;еи ( до 2000 не ) компоненты, характер которой зависит от химнчег-чго состава аэрозоля.

10. Для аэрозольного лндара получена линейная зависимость между счетной концентрацией частиц цементного аэрозоля и коэффициентом обратного рассеяния Ми, что подтверждается и результатами расчетов по лпдарному уравнению.

11. Экспериментальные исследования показали, что по измеренному значению коэффициента обратного рассеяния можно определить значение мощности источника частиц цементного аэрозоля.

12. Полученные в работе аппаратурная константа и сечение рассеяния для частиц цементного аэрозоля были использованы для экспериментального зондирования атмосферы над промышленным районом в г. Новороссийске с метеорологической дальностью видимости 30 км в приземном слое на высоте 20 м .

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Коккоз А.Ф., Шеманин В.Г., Шугуров Г.С. Лазерный доплеровскнй анемометр для исследования аспнрацпонных потоков. Цемент. 1989. N8. С. 11 - 12

2. Шсмашш В.Г., Коккоз А.Ф., Шугуров Г.С. Исследование эффективности фильтрующих материалов с помощью лазерного доплеровского анемометра. Труды НПО " Стромэкологпя". Новороссийск. 1989. С. 57 - 60

3. Коккоз А.Ф., Шемашш В.Г., Широкова Г.М., Шугуров Г.С. Лазерный доплеровскнй анемометр. ПТЭ. 1990 . N5. С. 245, 246

4. Коккоз А.Ф., Шемашш В.Г., Широкова Г.М., Шугуров Г.С. Лазерный доплеровскнй анемометр для контроля пылегазовых потоков. Труда Всесоюзной конференции " Фундаментальные исследования и новые технологии в строительном материаловедении Часть 8 ". Белгород. 1989. С. 49, 50

5. Врнтов К.В., Ишенин С.П., Коккоз А.Ф., Шеманин В.Г., Шугуров Г.С. Оптический спектроанализатор на ПЭВМ. Труды НПО "Стромэкологпя". Новороссийск. 1990. С. 77 - 82

6. Голубнпчин П.И., Громсико В.М., Шемашш В.Г., Шугуров Г.С. Оптический пробой в аэродпсперсном потоке. Кв. электроника. 1991. Т. 18. N 4. С. 483 - 485

7. Голубничий П.И., Громенко В.М., Коккоз А.Ф., Шемаиип В.Г., Шугуров Г.С. Оптический пробой в аэродисперсном потоке. Труды НПО " Стромэкология". Новороссийск. 1990. С. 70-76

8. Голубничий П.И., Громенко В.М., Крутов Ю.М., Шемаиип В.Г. , Шугуров Г.С. Динамика оптического пробоя в аэродисперсной среде. Кв. электроника. 1991. Т. 18. N 9. С. 1098 - 1099

9. Голубничий П.И., Громенко В.М., Крутов Ю.М., Шемаиип В.Г. Экспериментальные исследования кавитациоиного свечения в крупномасштабных кавернах, инициированных искровым энерговыделением в жидкости. Тезисы 14 Всесоюзной конференции Высокоскоростная фотография, фотопика и метрология быстропротекагогднх процессов. М. ВНИИОФИ. 1989. С. 186

10. Голубничий П.И., Громенко В.М., Крутов 10.М., Лысенко Н.И. , Шемашш В.Г. Применение электронно -оптических камер в ;г а зерно - искровом анализаторе атомов. Тезисы 15 Всесоюзной конф. Высокоскоростная фотография, фотопнка и метрология быстропротекающих процессов. М. ВНИИОФИ. 1991. С. 68

1!. Antipina T.V., Turkina G.I., Slicninniu V.G. Laser spark in aerosol medium. Free. International Aerosol Symposium. Theory of Aerosols. Vol. 2. Moscow. 1994. P. 49

12. Ишешш С.П., Коккоз А.Ф., Шемашш В.Г. Измернтсхпшая система для лазерной спектроскопии. Тезисы 9 Научно - технической Конференции Фотометрия и ее метрологическое обеспечение. М. ВНИИОФИ. 1992. С. 77

13. Golubnichiy P.I., Gromenko V.M., Krutov Yu.M., Lysenko N.I., Sliemanin V.G. Application of electron - optical camera to laser spark atom analyzer. Proc. International Aerosol Symposium. Theory of Aerosols. Vol. 2. Moscow. 1994. P. 50-51

14. Коккоз А.Ф., Шемашш В.Г., Шугуров Г.С. Мобильная лазерная система для мониторинга промышленных выбросов. Тезисы Научно - технической конференции Экологические проблемы застройки Крыма. Севастополь. 1990. С. 96-97

15. Туркииа Г.И., Шемашш В.Г. Малогабаритный аэрозольный лидар. Тезисы Российской Аэрозольной Конференции. М. 1993. С.97

16. Туркипа Г.И., Шемашш В.Г. Локальная система

атмосферного мониторинга. Сборник научных трудов. НГМА. Куб ГУ. Вып. 2. Краснодар. 1994. С. 98 - 104

17. Туркипа Г.И., Шемашш В.Г. Система контроля загрязнения атмосферы. Тезисы Международной Конференции по измерительной технике MERA-91.M. 1991. С. 45

18. Autipina T.V., Kokkoz A.F., Stratiev I.G., Turkina G.I., Shemanin V.G. Atmospherelidar. Proe. International Aerosol Symposium. Technology. Moscow. 1994. P. 122 - 1233.

19. Shemanin V.G. Air quality controlling in atmosphere under industrial area. Proe. First International Environmental Technology Business Action Conference. Moscow. 1994. P.84

20. Шемашш В.Г., Немыка В.Г. Способ регенерации фильтрующей поверхности. А.с. N 1511881. 1989 г.

21. Акманов А.Г., Валышш A.M., Гордненко В.М., Платоненко В.Т., Шемашш В.Г. Лазер для генерации сверхкоротких импульсов света. А. с. № 1485985. 1989 г.

22. Voronina E.I., Sibirskiy V.A., Shemanin V.G. Aerosol particles effluencc source power lidar studies. Proe. International Aerosol Symposium. IAS - 3. Moscow. 1996. P. 23 - 24

23. Shemanin V.G.,Voronina E.I. Laser Doppler anemometer for natural dust air flow. Proe. International Aerosol Symposium. IAS - 2. Moscow. 1995. P. 57