CC BY
8
УДК 621.375.826: 543.272.3
Ю.П. Мачехш, С.М. Кухтш, С.М. Бащенко, А.М. Негршко
Принцип дистанц1йного контролю наявност1 розчинених газ1в у водному середовищ1
Надаеться методика, яка дозволяе проводити дистанцшну оцшку малих концентрацш газ!в, розчинених у вод! на великих глибинах, в основ! яко! лежить використання методу модуляцшно! лазерно! спектроскоп!! в комбшацн з використанням волоконно-оптично! лшн зв'язку. Показан особливост та переваги використання методу модуляцшно! лазерно! спектроскоп!! для спектрального анал1зу у водних середовищах з великим згасанням. Розроблена структурна схема вим!рювально! системи, основними частинами яко! е одномодова волоконно-оптична лш!я зв'язку, лазерний дюд, який перебудовуеться за частотою, i датчик у вигляд! порожнис-того дзеркального елшсо!дального вiдбивача. Розглянуто принцип самофокусування випромь нювання в зазначеному датчику. Оцшена доцiльнiсть застосування модуляцшно! лазерно! спектроскопа та вимiрювально! системи для задач аналiзу водних середовищ.
Вступ
Одн!ею з важливих складових частин техн!чного розвитку сучасних систем реестрац!! та оц!нки концентрац!! розчинених газ!в у вод! е розробка но-вих методик та апаратних засоб!в, як! б дозволили проводити вим!ри з висо-кою точн!стю в природних умовах. Серед широкого кола в!домих оптичних спектральних метод!в вим!рювання концентрац!! газ!в лише незначна к!ль-к!сть може бути використана у реальних природних умовах, оск!льки до останнього часу ц! методи були лабораторними, використання яких було мо-жливе т!льки в умовах спец!ально побудованих лаборатор!й. Методи оптич-но! поглинаючо! спектроскопп безумовно забезпечують необх!дний р!вень якост! вим!рювань, однак !хня реал!зац!я для реестрац!! малих концентрац!й газ!в [1] обмежена не тшьки можливостями сучасно! лазерно! спектрально! техн!ки, а також умовами !х використання. Наприклад, використання спект-роскоп!чних метод!в для вим!рювання концентрац!! розчинених газ!в у водному середовищ! дуже проблематично, оскшьки умови знаходження розчи-неного газу при високому тиску та знижен!й температур! можуть принципово впливати на спектральн! л!н!! поглинання.
Впровадження методiв лазерно! поглинаючо! спектроскоп!! для вим!рю-вань у вод!, також як ! ус!х оптичних метод!в, потребуе вир!шення низки фу-ндаментальних та практичних завдань. По-перше, випром!нювання у видимому та, особливо, ближньому !нфрачервоному (1Ч) д!апазонах мае великий р!вень поглинання та розс!яння у водному середовищ!, у зв'язку з чим необ-х!дно забезпечити оптимальн! умови взаемод!! лазерного випром!нювання з досл!дним середовищем, при яких ефект спектроскотчного поглинання на окремих л!нях буде перевищувати загальний р!вень поглинання оптичного випром!нювання. По-друге, спектроскоп!чн! вим!рювання у водному середовищ! мають сенс у раз!, коли ч!тко в!дом! довжини хвиль л!н!й поглинання досл!дних газ!в, розчинених у вод!. Значення частот л!н!й поглинання газ!в,
© Ю.П. Мачехш, С.М. Кухтш, С.М. Бащенко, А.М. Негршко, 2010
74
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
яю наведет у багатьох спектроскотчних таблицях для нормальних значень температури та тиску, можуть вщхилятися вiд стандартних значень, при цих умовах. По-трете, проблема практичного використання методiв лазерно! спектроскопа пов'язана з тим, яким чином лазерне випромшювання передаеться до мiсця вимiрювання, з причини великого коефщенту ослаблення електро-магштного випромiнювання у водi.
У зв'язку з необхщнютю вирiшення цих питань, метою дано! роботи була розробка нового принципу контролю та вимiрювання концентрацп газiв, роз-чинених у водному середовищi методом модуляцшно! лазерно! спектроскопа для проведення вимiрювань у водi шляхом використання волоконно-оптич-них систем передавання лазерних шформацшних сигналiв.
Принцип дистанцiйного контролю газiв у водному середовищi
Широко вiдомо, що дистанцiйна реестрацiя та контроль газiв у повiтрi базуеться на використанш лазерних лiдарiв, якi забезпечують вимiрювання середнього рiвня концентрацп газiв уздовж шляху розповсюдження лазерного випромшювання.
Використання лазерних лiдарiв у водi неможливо у зв'язку з великим р> внем поглинання лазерного випромшювання. Альтернативою лщарам для проведення оцшки концентрацп тих чи iнших газiв, розчинених у водному середовищi, можуть слугувати волоконно-оптичш системи з використанням волоконно-оптичних свiтловодiв. Такi системи забезпечують передавання оптичних сигналiв на вщстань довжини волоконно! лшп у водному середо-вищi з дуже малими втратами, зумовленими поглинанням у самому оптич-ному волокш. У той же час волоконна система дае можливють проводити ви-мiри дистанцшно, без присутностi апаратури для реестраци сигналiв у мiсцi проведення вимiрiв.
Слiд вiдмiтити, що використання оптичного волокна накладае певнi об-меження на спектральний дiапазон можливих вимiрювань. Цi обмеження пов'язанi з вшнами його прозоростi. Спектральна залежнiсть поглинання оп-тичного волокна, яке виготовлено промисловим способом, залежить, в свою чергу, вщ рiзноманiтних тишв використаного оптичного скла та плавленого кварцу. На мал. 1 показано, як поглинання одномодового оптичного волокна залежить вщ довжини хвилi випромшювання.
Одномодове оптичне волокно, яке використовуеться у сучасному одно-модовому оптичному зв'язку, мае мшмальне поглинання на рiвнi 0,19 -0,21 дБ/км у спектральному дiапазонi 1450 - 1650 нм та бшя 1350 нм.
У таблищ наведенi гази, для яких вiдомi довжини хвиль лшш поглинання у спектральному дiапазонi одномодового оптичного волокна, у контролi за якими можуть бути защкавлеш екологiчнi, iндустрiальнi або енергетичнi ор-ганiзацil.
Технiчно усi гази, що мають лiнil поглинання в дiапазонах вiкон прозо-ростi оптичного волокна, можливо рееструвати з використанням волоконно-оптично! системи, до складу яко! входять лазери з вiдповiдними довжинами хвиль.
0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
75
На мал. 2 наведена залежнють коефщента поглинання електромагштного випромiнювання оптичного, шфрачервоного та мiкрохвильового дiапазонiв дистильованою водою в залежност вiд довжини хвиль
13'° ~ £
2,5
и п)
¿о 2,0 1,5 1,0 0,5
_I_I_I_I_I_I_I_I_1_
800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
ДоЕЖИШ КЕИШ, НМ М а л. 1. Поглинання оптичного випромшювання волокном
Т а б л и ц я
Газ Значення довжин хвиль лiнiй поглинання, мкм
HF 1,33
HBr 1,34
H2O 1,393
C2H2 1,524
NH3 1,544
CO 1,567
CO2 1,573
H2S 1,578
CH4 1,650
O2 1,2683
З наведеного графшу слщуе, що найбшьш прозорою е ультрафюлетова та видима частини випромiнювання з мшмальним коефiцiентом поглинання (на мал. 2 ця область вiдзначена бшьш темними шарами). Але треба розум^и, що це поглинання зумовлене чистою дистильованою водою. Впровадження практичних вимiрювань концентрацн розчинених газiв у водоймищах потре-
76 ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
буе врахування особливостей спектру поглинання природно! води, яю, в свою чергу, залежать вiд И типу. У природно! (морськш або прiснiй) води, ^м молекулярного, присутне поглинання, зумовлене оргашчними сполуками, яке може значно перевищувати перше за величиною [2]. З огляду на ц обстави-ни, найбiльш прийнятною для проведення вимiрiв е ближня 1Ч-область, яка е прозорою для оргашчних сполук. Молекулярнi гази, такi як метан, амiак, ма-ють лшп поглинання саме у цiй област (1500 - 1650 нм).
10ÜHM 1000 HM 1DMKM ЮОМКМ^ 1 мм
Довжит хвит
М а л. 2. Спектр поглинання води
На прикладi ршення завдання з пошуку, контролю та вимiрювання кон-центрацii метану у морськш вод^ в робот проведенi дослiдження умов вико-ристання лазерноi спектроскопп з волоконно-оптичною системою для ви-вчення стану водних середовищ.
Принциповим елементом волоконно-оптичноi системи е датчик, який за-безпечуе вихiд випромiнювання з оптичного волокна у водне середовище, взаемодiю з ним та фокусування випромiнювання у вихщне оптичне волокно для його повернення до апаратури для реестрацп сигналiв. Використання лш-зових оптичних елементiв у складi датчика для формування лазерних пучкiв у водному середовищi при високому тиску дуже проблематично, у зв'язку з тим, що високий тиск води може деформувати чи вплинути на юстування л> нзових елеменпв, що, в свою чергу, вплине на фокусуючи можливосп датчика i, як наслщок, на потужнiсть сигналу, що приймаеться апаратурою. Як альтернатива датчику з лшзовими елементами в робой було обрано ршення ви-користати датчик на основi оптичного елементу з внутршньою дзеркальною елшсощальною поверхнею, з вхiдним та вихвдним оптичними волокнами. Принцип роботи датчика заснований на фундаментальнш геометричнiй здат-ностi елiпса як фiгури до фокусування. Будь який елшсощ (як ф^ура обер-тання елiпсу), що мае дзеркальну поверхню, може фокусувати оптичне ви-промiнювання, за умовою, що воно виходить з одного з його фокушв. На ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4 77
мал. 3 показано хщ оптичного променя у межах елшса з фокусами А и В, який демонструе, що кожний промiнь, проходячи через фокус елшса пicля декшь-кох вщбитпв вiд дзеркально! елштично! внутршньо! повeрхнi, наближаеться до велико! ßici слшса [3].
М а л. 3. Хщ оптичного промшня у елша з фокусами A i B
Таким чином, випромiнювaння з великою розбiжнicтю (яким е випром> нювання з вiдкритого кiнця оптичного волокна) шсля дeкiлькох проходiв у внутршньому проcторi eлiпcо!дa можна сфокусувати у точку на його повер-хш, розмiр яко! буде залежати вiд iдeaльноcтi виготовлення eлiпcо!дaльно! поверхш. Базуючись на цiй влacтивоcтi елштично! повeрхнi, було дослщже-но, що у раз^ коли вiльний кшець волокна (з розмiром центрально! жили 10 мкм) розташований у фокус eлiпcо!дa, усе випромiнювaння може бути сфокусовано у другий кшець оптичного волокна, по якому воно повертаеться до апаратури для реестраци [4, 5].
У тому раз^ якщо елшсо!д розмщено у водi, то лазерне випромшювання мае можливicть взaемодiяти з газами у водi i в той же час формуватися у оп-тичний пучок, який буде спрямований у оптичне волокно. Конструктивно цей датчик може ефективно працювати при будь якому водному тиску.
Структура запропоновано! волоконно-оптично! системи включае лазер-ний випромiнювaч з системами контролю, стабшзаци i модуляци частоти (довжини хвилi) випромiнювaння i приймально-обробляючо! апаратури, яка забезпечуе розмщення на повeрхнi води або земль
У рaзi використання волокна як засобу доставки лазерного випромшювання до мюця вишрювання, вiдcутня можливють контролю потужноcтi ви-промiнювaння на його кшщ. Таким чином, неможливо використати класичну поглинаючу cпeктроcкопiю, орiентуючиcь на зменшення вiдомого рiвня по-тужноcтi при взаемоди з середовищем поглинання. Методом, який може за-безпечити диcтaнцiйний контроль та вимiрювaння концентраци гaзiв, е метод модуляцшно! лазерно! спектроскопи [6]. Цей метод дозволяе за допомогою модуляци довжини хвилi лазерного випромiнювaння налаштуватися на максимум лши поглинання дослщного газу, тим самим виключити вплив згасан-ня у волоконнiй лши та у водь Тому у робот для вимiрювaння концентраци
78 ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
газiв пропонусться використовувати лазери з шириною лшп випромiнювання значно меншою, шж ширина лiнiй поглинання дослiдних газiв, що дае мож-ливiсть «прописати» лiнiю поглинання i, таким чином, оцшити рiвень поглинання [1].
На прикладi метану в робот дослiджено умови реестрацп молекулярних газiв з використанням модуляцiйного методу.
Поглинання оптичного випромiнювання на частотi V у метанi можна описати з використанням коефщента поглинання а(п), обумовленого лоре-нцевою формою тип поглинання [7]:
а(п) = а0Г2/((п-у0)2 + Г2), (1)
де V - частота лазерного випромшювання; п0 - центральна частота лшй поглинання; а0 - поглинання на центральнш частоту у - пiвширина лшп на шввисот.
Частота лазерного випромiнювання V з модуляцiею може бути описана як
п = п +Vm соа(2ф), (2)
де п1 - не збуджена частота випромшювання лазера; пт - ампл^уда девiацй частоти випромшювання лазера; / - частота модуляцй.
Коефiцiент поглинання (1) з урахуванням (2) можна записати так:
а(Ь) = а0 /((р + 5соъ(2ф))2 +1) = а0 ^ an оо8(2лп/0, (3)
п=0
де ¡ = (п1 -п0)/у; 5 = Пт / у.
Коефiцiенти ряду Фур'е ап обчислюються за формулами Ейлера - Фур'е. Потужшсть лазерного випромшювання W, що рееструеться пiсля поглинаю-чого середовища, мютть гармонiки частоти модуляцй. Для розв'язання пи-тань придатностi методу, що розробляеться в робот, у вираженш для W варто лишити не бшьше трьох гармонiк у розкладанш Фур'е, оскiльки подальшi гармонiки дуже малi за значенням i !х можна не враховувати:
w (¡) = Х0 (5,5)+х (5,5) ео8(2р?) +
+ Х2(Д5)оо8(2р2А) +Хз(Р5)соъ(2я3А). (4)
Величини с0, С, Х2, Х3 визначаються через коефщенти ряду Фур'е ап. Метод визначення концентрацй метану заснований на одночаснш реестрацй двох величин - Х2 i Х3. Оскiльки максимальне поглинання вiдбуваеться в центрi лшй поглинання, тобто на частот п0, то забезпечити реестращю збiгу частоти випромiнювання п1 з частотою центру лшй поглинання п0 можна за коефщентом Х3, що у щй точцi перетворюеться у нуль. При реестрацп Х2 визначаеться необхiдна для розрахунку концентрацй величина.
0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
79
Зарееструвати збш частот п1 = п0 можна за амплiтудою будь яко! з непар-них гармонiк розкладання, що стають рiвними нулю, тшьки тодi, коли ¡ = 0 , що вiдповiдае умовi п1 = п0. Тому шформативними е тiльки амплiтуди парних гармонiк. Амплiтуда друго! гармонiки мае максимальне значення у центрi лшп поглинання, тобто коли р = 0 . Рееструючи амплiтуду друго! гармошки, що несе шформащю про концентрацию газу у встановленiй частотнiй точщ центру лiнi!' поглинання, можна знайти величину концентрацп газу:
Х2(0,8) = 2Ж05[2 + £2 -2(1 + £2)1/2]/£2(1 + 32)1/2а0С^ , (5)
де Ж0 - вихiдна потужнiсть лазера; S - площа взаемодi!; Сметан - концентращя метану.
Щоб виключити вплив нестабшьносп потужностi випромiнювання, не-обхщно рееструвати амплiтуду друго! гармонiки, нормовану на загальну по-тужнiсть реестрованого випромшювання, тобто
Х2/С = 0,343а0С1ддд1 . (6)
Таким чином, використання модуляцiйно! лазерно! спектроскопi! дозволить не тшьки контролювати, але й вимiрювати концентрацiю дослiдного газу.
Спектри поглинання вуглеводшв вивчено дуже добре. Зокрема для головного представника - метану - складено детальш бази спектроскопiчних да-них.
Вiдповiдно до них основнi полоси поглинання метану припадають на 1Ч-дiапазон. Так, дiад-смуга простягаеться вщ 855 до 2078 см-1, мае структуру з 27 смуг та 65500 лшш i загальну штенсившсть 5,25-10-18 см_1/мол-см"2. Найпо-тужнiша пентад-смуга простягаеться вiд 1929 до 3476 см-1, мае структуру з 34 смуг та близько 77400 лшш i загальну штенсившсть 1,1410-17 см_1/мол-см"2. Да-лi iде октад-смуга, яка простягаеться вщ 3370 до 4810 см-1, мае структуру з 9 смуг та 57330 лшй i загальну штенсившсть 9-10"19 см_1/мол-см"2. Тетрадекад-смуга простягаеться вiд 4800 до 6185 см-1, мае структуру з 4 смуг та 2632 л> нш i загальну iнтенсивнiсть 1,22-10-19 см_1/мол-см"2.
Останнiм часом дослiджуються обертальш смуги поглинання метану в ближньому И^апазош, наприклад 7500, 9000 см-1, i впритул до видимого дiапазону: смуги 890, 727 та 620 нм.
Слщ вiдзначити, що переважна бшьшють дослiджень спектрiв поглинання метану проводиться при температурах 15 - 25оС i тисках вщ атмосферного, а найчастiше до десятих - сотих його часток (з метою вивчення тонко! структури). Об'ектом наших дослiджень е метан, розчинений у морських та океанських глибинах. Оскшьки характернi умови при цьому - це вщносно низью температури близько 4оС, та тиски 50 - 100 атм i бшьше, що вщпов> дають глибинам, починаючи з 500 - 1000 м, то важливою стае шформащя про вплив понижених температур та шдвищеного тиску на спектри поглинання метану.
Дослщження впливу тиску на положення та ширину окремих лшш у сму-гах поглинання метану дають значення -0,01 ... -0,015 см-1 атм-1 в залежносп вщ конкретного переходу. Слщ вщзначити, що теоретичш дослщження дають
80
ТББН 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
20 - 100% точшсть, а експериментальш - 5 - 3%, але експериментальш до-
слiдження проведено для дуже незначно! частини лiнiй - не бшьше 2%. Пщ-
рахунки показують, що навiть при максимально можливих тисках до 500 атм,
що вщповщають глибинам 5000 м, до яких ще можна гшотетично добирати-. . „ -1 ся, зсув лшш не перевищуватиме одиниць - десятюв см , що в дiапазонi до-
вжин хвиль, наприклад 1 мкм, становить величину порядку 30 ГГц, що, в свою чергу, на 2 порядки бшьше, шж ширина лши нашвпровщникового лазера - 200 МГц. Ц оцшки пiдтверджують принципову придатнiсть натвпровщ-никового лазера з вузькою лшею випромiнювання для задач детектування ль нiй у спектрах поглинання метану з урахуванням зсуву, обумовленого тиском.
Що стосуеться впливу температури на спектри поглинання метану, то слщ вiдзначити, що головним чином в лiтературi наведено результати теоре-тичних i експериментальних дослiджень, проведених як при великих температурах - сотш i тисячi градусiв за Цельшем, так i при низьких - 77К. Це по-яснюеться практичною спрямованiстю цих дослiджень: процеси горiння, ат-мосфери планет тощо.
Роботи, в яких були б наведет результат дослщжень при такому незнач-ному зниженш температури метану - вщ стандартно! 18 - 20 до 4 - 5оС, -практично вщсутш. Тому можна лише прийняти до уваги загальш висновки теоретично! роботи, якi припускають, головним чином, зменшення штенсив-ност лiнiй iз незначними звуженням та зсуванням по частотi. Ц висновки в загальному виглядi можуть бути апроксимоваш для молекул метану i згада-ного дiапазону змiни температури, для якого звуження та зсув лшш спектру метану будуть набагато меншi шж тi, що обумовлеш збiльшенням тиску.
Структурна схема лазерноТ системи для пошуку метану у водному середовищi та принцип ТТ дп
Розроблена лазерна система базуеться на використаннi лазерiв, частота випромшювання яких спiвпадае з частотою лши поглинання дослiдного газу. Тому в системi використовуються напiвпровiдниковi лазери у И^апазош, якi мають достатньо широкий дiапазон температурно! перебудови частоти. На мал. 4 наведена структурна схема розроблено! приймально-випромшюю-чо! системи, яка забезпечуе реалiзацiю модуляцiйного лазерного методу ре-естрацi! метану.
Принциповою особливютю цiе! системи е стабiлiзацiя частоти та потуж-ностi лазера, що забезпечуе збп частоти випромiнювання з центром лши поглинання газу. Оскшьки уся приймально-випромiнююча частина знаходиться у нормальних умовах i на вщсташ вiд мiсця контролю, то процес вимiрюван-ня може бути перманентним. Ушверсальшсть цiе! системи дозволяе проводи-ти змiну лазера в залежносп вiд дослiдного газу. Принцип роботи системи дозволяе згрупувати декшька лазерiв i використовувати усю систему для ре-естрацi! декiлькох газiв.
На практицi вся представлена апаратура розмiщуеться у примiщеннi пiдго-товленому для роботи оптоелектронно! апаратури. Випромшювання лазера Ь01650 вводиться в оптичне одномодове волокно, по якому надходять до мю-ця реестрацi! метану. Довжина оптичного волокна мiж лазерним джерелом 1 i
0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
81
фотоприймачем 6 повинна бути понад 1000 м, щоб забезпечувати дослщжен-ня на рiзних глибинах. Пiсля лазерного джерела 1 сто!ть волоконний вщга-лужувач, який направляе частину випромшювання через референтну комiрку на фотодюд 5. Сигнал з фотодiода 5 використовуеться у процесорi 3 для ста-бiлiзацi! частоти лазера 1 по центру лшп поглинання метану.
М а л. 4. Структурна схема приймально-випромшюючо! частини експериментального пристрою: 1 - лазерне джерело 1,01650 (з вбудованими елементами контролю 1 керування): 1.1 -контрольний фотодюд, 1.2 - кристал лазера, 1.3 - термютор системи контролю температури, 1.4 - термоперетворювач типу ТЕМО-3; 2 - система живлення 1 керування режимом роботи лазера: 2.1 - стабшзатор потужност випромшювання, 2.2 - блок контролю 1 стабшзацн температури кристал1в лазер1в, 2.3 - блок живлення лазер1в; 3 - сигнальний цифровий процесор керування роботою: 3.1 - генератор сигналу модуляцн /, 3.2 - система стабшзацп частоти лазера, 3.3 - синхронний детектор /; 4 - блок реестрацн 1 обробки сигнал1в: 4.1 - селективний тдсилювач 2/, 4.2 - тдсилювач з1 сталим струмом, 4.3 - синхронний детектор 2/, 4.4 - суматор сталих сигнал1в, 4.5 - комп'ютер; 5 - фотоприймач системи стабшзацп частоти; 6 - фото-приймач системи вим1рювання концентрацп газу; 7 - широкосмуговий тдсилювач (на баз1 операцшного тдсилювача); 8 - широкосмуговий тдсилювач (на баз1 операцшного тдсилюва-ча); 9 - селективний тдсилювач /
Треба вщм^ити, що найбiльш складним з точки зору реалiзацi! системи е оптичний датчик, працюючий у водi. З ще! причини наступним етапом розви-тку роб^ буде експериментальне дослiдження роботи датчика у водь
Робота виконана за тдтримкою Державного фонду фундаментальних до-слiджень Укра!ни, проект № Ф 25.4_0.35.
82
0233-7584. Мор. гидрофиз. журн., 2010, № 4
Посилання
1. Летохов В.С., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. - М.: Наука, 1975. - 280 с.
2. ИвановА.П. Физические основы гидрооптики. - Минск: Наука и техника, 1975. - 498 с.
3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.: Наука, 1964. - 520 с.
4. Литвиненко А.С., Мачехт Ю.П., Прусихт О.В. Патент на винахщ № 80894. Датчик газовий оптичнш i3 змшною чутливютю. Зареестрований в Державному реeстрi патента Украши на виноходи 12.12.2007.
5. Литвиненко А. С., Мачехт Ю.П. Патент на корисну модель № 30232. Волоконно-оптич-ний суматор випромшювань. Зареестрований в Державному реестрi патента Украши на виноходи 25.02.2008.
6. Silver J.A. Frequency modulation spectroscopy for trace species detection: theory and comparison among experimental methods // Appl. Opt. - 1992. - 31, № 5. - P. 707 - 731.
7. Мачехин Ю.П. Основные принципы построения волоконно-оптической системы регистрации метана в воздухе // Прикладная электроника. - 2005. - 4, № 3. - С. 326 - 331.
Матерiал надшшов у редакщю 20.01.09 Шсля дороблювання 17.12.09
Харювський нащональний ушверситет радюелектрошки E-mail: [email protected]
1нститут фiзики НАН Украши, Кшв
E-mail: [email protected]
АННОТАЦИЯ Представлена методика, позволяющая проводить дистанционную оценку малых концентраций газов, растворенных в воде на больших глубинах. Показаны особенности и преимущества использования метода модуляционной лазерной спектроскопии для спектрального анализа в водных средах с большим затуханием. Разработана структурная схема измерительной системы, основными частями которой являются одномодовая волоконно-оптическая линия связи, перестраиваемый по частоте лазерный диод и датчик в виде полого зеркального эллипсоидального отражателя. Рассмотрен принцип самофокусировки излучения в указанном датчике. Оценена целесообразность применения модуляционной лазерной спектроскопии и измерительной системы для задач анализа водной среды.
ABSTRACT Method permitting to perform remote estimation of low concentrations of gas dissolved in water on great depths is presented. Features and advantages of application of the method of modulation laser spectroscopy for spectral analysis in water environment with high attenuation are shown. Developed is the structure scheme of a measuring system the main parts of which are a single mode fiber optic line, a tunable laser diode and an optical detector based on a reflective ellipsoidal chamber. The principle of self focusing in the stated sensor is considered. Expediency of application of the modulation laser spectroscopy method and the measuring system for water environment analysis is evaluated.
ISSN 0233-7584. Мор. гидрофиз. журн, 2010, № 4
83
