О возможности использования УФ светодиодов в трассовых газоанализаторах

О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УФ СВЕТОДИОДОВ В ТРАССОВЫХ ГАЗОАНАЛИЗАТОРАХ

, д. ф.-м. н., доц.,

, д. ф.-м. н., проф.,

, аспирант, РФФ

Томский государственный университет, 634050, г. Томск, пр. Ленина,36,

тел. [phone]

E-mail: *****@***com

В настоящее время для измерения малых концентраций загрязняющих газов в атмосфере широко применяется метод дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС). Первые измерения с использованием принципов ДОАС были проведены в конце 1970-х годов.

На рис. 1.приведена принципиальная схема, иллюстрирующая реализацию метода ДОАС.

Рис.1 – Интерпретация метода ДОАС.

Математически интенсивность принятого излучения на заданной длине волны описывается уравнением (1).

 

(1)

где - спектральная чувствительность, - исходная интенсивность, - сечение селективного поглощения газами , - сечения рассеяния Ми и Рэлея, соответственно, - концентрация j-го газа, , - концентрации аэрозольных и молекулярных рассеивателей [1].

На основе данного метода сконструированы измерительные приборы (системы) Sanоа (Франция), ДОАС-М1 (Россия), Opsis (Швейцария), позволяющие в режиме реального времени измерять концентрации загрязняющих газов в открытой атмосфере на уровне миллионных (ppm) и миллиардных (ppb) долей.

В качестве УФ источника излучения таких систем традиционно используются дуговые ксеноновые лампы высокого давлении. Они обладают несомненными достоинствами:

• широкий диапазон спектра (200 – 400 нм);

• плавное изменение интенсивности по спектру излучения (дифференциальная составляющая на уровне нескольких процентов);

• большая мощность светового потока (3000 люмен);

Однако, такого рода источники излучения имеют ряд существенных недостатков:

• ограниченность возможностью работы в открытой атмосфере (не более 1500 часов);

• ”плохая” стабильность дугового разряда (мерцание);

• трудоемкость эксплуатации;

• хрупкость;

• нет стабильности поджига;

• высокое энергопотребление (приводит к сложности создания портативных газоанализаторов);

Поэтому логичным является поиск и использование других источников излучения этого спектрального диапазона.

Применение светодиодов в качестве источника ультрафиолетового излучения трассовых газоанализаторов, позволит добиться ряда преимуществ по сравнению с традиционными лампами:

• повышение точности измерений;

• уменьшение трудоемкости эксплуатации;

• снижение себестоимости газоанализаторов;

• большое время работы в открытой атмосфере (от 40 000 до 60 000 часов);

• повышение конструктивной надежности (прочности);

• снижение энергопотребления;

При этом, разумеется, в настоящее время светодиоды не лишены недостатков, таких как:

• небольшая мощность светового потока;

• относительно малая ширина спектра (15 – 20 нм);

Рис.2 – Относительное спектральное распределение энергии по спектру.

Для увеличения мощности, при сохранении дальности зондирования придется использовать матрицу светодиодов.

В отличие от ксеноновой лампы, матрица светодиодов не является квазиточечным источником, а это значит, что не обходимо использование дополнительной системы коллимации. Система коллимации реализована в патенте на полезную модель, светодиодный источник узконаправленного светового пучка [2].

Модернизация и совершенствование трассовых газоанализаторов, на основе метода ДОАС, открывает ряд перспективных направлений:

Ø  Возможность измерения концентраций ранее не измерявшихся газов и исследования процессов их трансформации (ранее не измеряемые газы (полициклические ароматические углеводороды, акролеин, кетоны и др., димеры O2-O2, O2-N2)).

Ø  Томографические возможности (2D и 3D карты, пересекающиеся пучки, несколько приборов).

Ø  Измерения с пространственным разрешением (DOAS LIDAR) [3].

Список литературы:

1. Ulrich Platt, Jochen Stutz. Differential optical absorbtion spectroscopy. Springer, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. 2008. 593 с.

2. , , . Патент на полезную модель № 000. Светодиодный источник узконаправленного светового пучка. Дата публикации 20 Декабря 2012г.

3. , , // Письма в ЖТФ, 2009, том 35, вып. 15, с.97-104.