Разработка методики дистанционного измерения содержания озона в атмосфере и высокоточного фильтрового озонометра на ее основе Джавадов, Натиг Гаджи оглы

Введение к работе

Актуальность теин . Известно, что озоновый слой предохраняет Землю от воздействия ультрафиолетовое (УФ) радиации Солнца, являющейся биологически опасно? и. разрушающей для всех представителей флоры и фауны.

Озон в атмосфере существенно влияет, также на климат, так как интенсивно поглощает УФ излучение Солнца и нагревается. Как известно, увеличение потока УФ радиация в период усиления солнечной активности сопровождается ростом содержания озона и повышения темпе- ратуры сгратос|ер«; В своя очередь изменения климата, а также антропогенная деятельность человека существенно влияют на содержание озона р атмосфере. Явления резкого понижения интегрального по высоте, содержания озона над Антарктидой подтверждено инопшп експе- риментальнцми исследованиями. Согласно данным самолетного антарктического озонного эксперимента 1987г. содержание озона уиеныга-лоо'ь на 10$ на площади в 3 млн км², В период с 1979г. по 1987г об- даруяено уменьшение весной содержания озона не только над полисом, но и в средних широтах Южного и Северного полуварнй.

Из всего вышесказанного несомненна важная роль озона для жизни на Земле и необходимость контроля его содержания в атмосфере для выявления и устранения причин, вызывающих его уменьшение.

Наблюдения атмосферного озона могут .быть осуществлены ках на Земле, так и на борту летательных аяпаратов. Дистанционнне намерения общего содержания озона в атмосфере е настоящее вреия.осуществляется оптическими спектральними приборами - спектрофотометром, фильтровым озонодотром и в редких случаях лддарншш комплексами. Обладая лучшим спектральным разревечиеи спектрофотометри позволяет долучить более тотане результаты, однако отличаются сложно*, кояст-рукпией и высокой стоииостьо. Помимо этого спектрофотометры имеют

существенный недостаток - низкой динамический диапазон, что объясняется наличием в них дополнительной отражающей и преломляющей оптики.

Фильтровые озонометры имеют относительно;простую конструк-'цию и низкую стоимость. Основнім элементом оптики такого озоно-метра является узкополосннй светофильтр. Развитие в последнее время технологии изготовления интерференционннх светофильтров дает все основания считать фильтровые озонометры перспективными для измерения содержания озона -в атмосфере. '

Вследствие пропускания интерференционными светофильтрами светового сигнала удвоенной длины волны и фонового сигнала применение интерференционных светофильтров возможно с отсекающими светофильтрами. В -условиях совместного применения интерференционных и отсекаюцкх светофильтров с учетом исходно;; нэопределзн-е оти ширины линии поглощения контролируемого газа атмосфери необходимо исследование оптимального выбора основных показателей отсекающего светофильтра.

Сущео.'вущая интегральная методика проведения измерении содержания озона с помощью фильтровых озонометров содержит ряд недостатков, наиболее существенными из которых является яекор-рекгнрсть введения .аэрозольноД поправки в результат измерения в одучае совпадения полос пропускания уакодолосных светофильтров. Более точный учет аэрозольного поглощения позволит существенно улучшить точность измерения.

Относительно высокая погрешность существующих фильтровых озонометров диктует необходимость осуществления коллективной оценки малых трендов путем организации сетей наблюдения. Ьущес-твующие методшш проведения таких измерений не позволяют проводить учет собственных шумов озо^пометра.-

Таким образом, разработка методики построения |ильтровых озонометров для измерения содержания озона в атмосфере является актуальной проблемой.

Цельи работы является повышение точности и достоверности дистанционных измерений содержания озона в атмосфере и разработка фильтрового озоно.метра, удовлетворяющего данным требова- .

НШП.І.

Для достижения указанной цели бали поставлены и решены следующие задачи:

- исследование достоверности измерения содержания озона рильтровыми озоноліеграми и разработка методики и алгоритма для-проведения дистанционных озоноиетрических измерений;

исследование возможности йолее точного учета аэрозольного ослабления световых лучей при измерении содержания озона в атмосфере интегральным методом;

разработка алгоритма проведения грушювшс измерений содержания озона а атмосфере с целью обнаружения малых трендов;

исследование возможности усовершенствования отдельных узлов фильтровых озонометров с целью уменьшения погрешосїи измерений.

Методы исследований. Научные положения, представленные в диссертационной работе обоснованы с помощью применения классических методов .математического анализа, теории электрических цепей, элементов теории вероятностей, теории погрешностей, корреляционной теории случайных процессов и др.

Научная новизна работы заключается в разработке метрдики проведения оптимальных измерений содержания озона о помощью ' фильтровых озонометров, в разработке методики проведения аэрозольной поправки, которая позволяет более точно учитывать азрсь зольное ослабление лучей при измерении содержания в атмосфере

фильтровым озонометром с использованием интегрального метода измерения.

Разработан способ проведения групповых или мобильных измерений содержания озона с заданной, достоверностью, осуществляемых для регистрации малых трендов.

Получено условие выигрыша в отношении сигнал/шум на виходе каналов при йснользованші отсекающих светофильтров в озонометре с интерференционными фильтрами.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что предложены усовершенствованные схемы оптических каналов озо-нометра, где устранены погрешности, возникающие из-за пропускания интерференционным фильтром удвоенной длины волны. Предложено новое построение аналого-цифрового преобразователя (АЦП) параллельно-последовательного типа, в котором существенно снижена погрешность, возникающая из-за входных токов компаратора.

Разработана структурная, Функциональная и принципиальная схема фильтрового озоноыетра, обладающего высокими показателями но точности, быстродействию, универсальности и конструктивно-технологическому исполнению.

Результаты диссертации реализованы в научно-исследовательской работе "Исследование и разработка фильтрового измерителя общего 'содержания озона в атмосфере",' проводившейся в ОКБ Космического Приборостроения АНАКА в 1994г., а также при разработке фильтрового озонрметра в опытно-конструкторской работе "Озонометр", проводившейся в ОКБ КП АНАКА в 19Э5-96г.г.,_ на что имеется соответствующий акт внедрения.

Научные положения, выносимые на защиту.

I. Разработанная, методика и алгоритм проведения оптимальных измерений общего содержания озона с помощью фильтрового озономет-'

pa при введении отсекающего светофильтра в оптическую схему прибора позволяет достичь .максимального значения отношения сигнал/шум на выходе УФ фотолриемнкка.

1. Способ введения коэффициента аэрозольной поправка в результаты измерений устраняет неоднозначность коррекідаї зоны совпадения полос пропускания каналов озонометра.

2. Разработанная математическая «одель измерения ^содержания озона позволяет произвести оценку методической погрешности, обусловленную аэрозольные ослаблением.

3. Уменьшение погрешности измерения озонометра, обусловленной входными токами параллельно соединенных компараторов А1Щ, достигается пот./, построением АЦП параллельно-последовательного типа с чередованием одночленних входов компараторов.

Апробация работы. '.1атериалы диссертационной работы докладывались и обседались на 1-оп .Международной научно-технической конференции "Современные проблемі экологии, метода и средства их решения" (Баху, 1924г.).

Публикации. Сснозные результати диссертационной работы опубликованы в 10-ти печатных трудах, э том числе 4-х тезисах докладов конференции и 6-ти статьях в научных изданиях Азер-баііджанской Республики и СНГ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и приложения, содержит 112 страниц машинописного текста, в том числе 23 рисунка, 7 таблиц и список литературы в количестве 94 наименований.