РЕФЕРАТ

Пояснительная записка. 27 страниц, 21 рисунок, 1 таблица, 1 приложение, 6 использованных источников.

Графическая документация: 1 чертеж формата А4.

ЙОДОВОДОРОД, КОЭФФИЦИЕНТ ПОГЛОЩЕНИЯ, ЛАЗЕРНЫЙ ДИОД, ЛАВИННЫЙ ФОТОДИОД, ВОЛНОВОЕ ЧИСЛО, ДЛИНА ВОЛНЫ, МОЩНОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ, АТМОСФЕРА, КОНЦЕНТРАЦИЯ, ГАЗОВЫЙ ДЕТЕКТОР, ОПОРНАЯ ВОЛНА

В данном курсовом проекте спроектирован лазерный детектор загрязнителя в атмосфере. Прибор предназначен для измерения концентрации йодоводорода.

СОДЕРЖАНИЕ

1 Определение и расчет предельно допустимой концентрации йодоводорода……………………………………………………………………62 Определение коэффициента поглощения загрязнителя и атмосферы…………………………………………………………………….…7

3. Выбор источника излучения………………………………………………18

4. Выбор приёмника излучения………………………………………………21

5. Анализ системы проектируемой системы……………..............................23

6. Заключение…………………………………………………………………..26

7. Список использованных источников………………………………………27

ПРИЛОЖЕНИЕ  СГАУ.540300.001

Введение

Важную роль в концентрации загрязняющих веществ и их перемещении играют ветры. Сильный ветер уносит загрязняющие вещества из городов, рассеивает их в больших объемах воздуха. В результате концентрации загрязнения уменьшаются. При определенных физико-географических условиях сильный ветер, наоборот, в ряде случаев приводит к увеличению концентрации пыли в воздухе. Например, в странах аридного климата нарушение почвенно-растительного покрова способствует возникновению пыльных бурь, при которых в воздух поднимаются колоссальные массы твердых частиц почвы. Следует оговориться, что при сильных ветрах проблема загрязнения может не исчезнуть, а как бы переместиться в пространстве. Например, при сильных ветрах пыль и газы промышленного происхождения из районов Британских островов достигают Средней Швеции, образуя там загрязнения опасных концентраций.

Для получения комплексных сведений о различных вредных веществ находящихся в воздухе, применяются бесконтактные методы лазерной дистанционной спектроскопии, основанные, в частности, на спонтанном комбинационном рассеянии, резонансном поглощении и рассеянии, которые позволяют определить плотность и температуру газа (жидкости). Однако круг задач, поддающихся решению с помощью указанных методов, не ограничивается только аэродинамическими процессами. Лазерная дистанционная спектроскопия позволяет исследовать вопросы физики и состава (естественных компонент) атмосферы в связи с проблемами метеорологии и аэродинамики, а также с борьбой за чистоту окружающей среды (обнаружение выбрасываемых в атмосферу продуктов, образующихся при сгорании топлива на промышленных предприятиях и бензина в автомашинах и т. д.), измерения температуры атмосферы, океана, качественного и количественного анализа плазмы, пламени, слежения за ходом химических реакций до известной степени для управления ими в производственных условиях и др.

При дистанционном лазерном зондировании атмосферы проводится не только индикация компонент, но и фиксация высоты, на которой выполняются определения. Информации о концентрации исследуемых компонент извлекается из наблюдения взаимодействия лазерного излучения (рассеяния, поглощения и флуоресценции) с атмосферой.

1 Определение  и расчет предельно допустимой концентрации йодоводорода

Воспользуюсь справочником  ГН 2.2.5.686-98 Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе [1].

Допустимая концентрация NH₃ в атмосфере по значению ПДК составляет: в воздухе населенных пунктов: среднесуточная 0,9 мг/м³, максимальная разовая  0,45 мг/м³. В воздухе рабочей зоны производственных помещений 30 мг/м³. В воде водоемов 3 мг/м³.

Для вычисления объемной концентрации найдем плотность воздуха из уравнения состояния:

Где: q – плотность воздуха, R - удельная газовая постоянная (R/M) для сухого воздуха = 287 Дж⁄(кг∙К), T – температура, p – давление воздуха при температуре 0 °C.

Вычислю объемную концентрацию газа (НI) в воздухе:

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЯ И АТМОСФЕРЫ

Для определения коэффициентов поглощения загрязнителя и атмосферы воспользуемся информационной базой данных «SPECTRA» [2].

Рисунок 1 – Изотопы молекулы HI

Выберу H¹²⁷I с массой  127.912297а.е. т.к. это самый распространенный вид загрязнителя, распространенность составляет  0.999844. Диапазон длин волн известных коэффициентов поглощения составляет: 10.345787– 13907.688695 см^-1.

Получим спектры коэффициента поглощения с данной относительной концентрацией. В связи с тем, что максимальный диапазон составляет 10000 см^-1, рассмотрим спектры коэффициента поглощения в два этапа:

Рисунок 2 – Коэффициент поглощения HI в диапазоне волновых чисел 10.345787– 7000 см^-1

Рисунок 3 – Коэффициент поглощения HI в диапазоне волновых чисел 7000 – 13907.688695см^-1

Принимая во внимание, что выбирать длину волны поглощения следует такую, чтобы коэффициент поглощения атмосферы на данной длине волны был равен 0, то исследуем коэффициенты поглощения атмосферы в тех же диапазонах. Выберем смесь газов «USA model, mean latitude, summer, H=0».

Рисунок 4 – Коэффициент поглощения атмосферы в диапазоне в диапазоне волновых чисел 10.345787– 7000 см^-1

Рисунок 5 – Коэффициент поглощения атмосферы в диапазоне в диапазоне волновых чисел 7000 – 13907.688695см см^-1

Исследую диапазон 8000-9000 см^-1, т.к. это один из участков, где поглощает загрязнитель, и незначительное поглощение имеет атмосфера, относительно бромоводорода.

Рисунок 6 - Коэффициент поглощения HI в в диапазоне волновых чисел 8000- 9000 см^-1

Рисунок 7 - Коэффициент поглощения атмосферы в в диапазоне волновых чисел 8000 - 9000 см^-1

Из графиков видно, что максимальное значение коэффициента поглощения загрязнителя на 5 порядков выше, чем у атмосферы.

Рассмотрим пиковую область 8475 – 8480 см^-1.

Рисунок 8 - Коэффициент поглощения HI в диапазоне волновых чисел 8475- 8480 см^-1

Рисунок 9 – Коэффициент поглощения атмосферы в диапазоне в диапазоне волновых чисел 8475 – 8480  см^-1

Из графиков видно, что максимальное значение коэффициента поглощения атмосферы, в рассматриваемом диапазоне, на несколько порядков меньше, чем у загрязнителя.

kзmax1≈0,005  см^-1;

kвmax1≈5,4∙10-5  см^-1.

Рассчитаем диапазон длин волн, при котором происходят данные поглощения, воспользовавшись калькулятором расчета длины волны по известному волновому числу [5]. Переведем значения диапазона волновых чисел в диапазон длин волн, получим:

8475 – 8480 см^-1     →  1179.94100– 1179.24528нм.

Определим диапазон волновых чисел, где поглощение, в основном, происходит только атмосферой, а также,  чтобы значение коэффициента поглощения атмосферы составило 5,4∙10-5  см^-1.

Рисунок 10 – Коэффициент поглощения атмосферы в диапазоне в диапазоне волновых чисел 10978 – 10982 см^-1

Рисунок 11 – Коэффициент загрязнителя атмосферы в диапазоне в диапазоне волновых чисел 10978 – 10982 см^-1

Из графиков видно, что в диапазоне волновых чисел 10978 – 10982  см^-1 максимальный коэффициент поглощения атмосферы равен максимальному коэффициенту поглощения в диапазоне волновых чисел 8475 – 8480 см^-1. Максимальные значения коэффициентов поглощения атмосферы и загрязнителя в рассматриваемом диапазоне:

kзmax2≈5,4∙10-5  см^-1;

kвmax2≈8∙10-18  см^-1

Переведем значения диапазона волновых чисел в диапазон длин волн, получим:

10978 – 10982 см^-1     →  910.91273– 910.58095нм.

3. Выбор источника излучения

Выберу в качестве источника излучения  лазерные диоды  со спектрами излучения длин волн

^{Продолжение смотрите Во вложении. Ссылка на работу чуть ниже. Удачи в обучении!}