Проектирование оптической системы мониторинга среды

m=4 т.к. четыре линзы.

k=Сkзагр+ kатм.                                                                                                 

Коэффициент пропускания линзы:

( из закона Бугера);

,

где h - толщина материала, для которой был измерен коэффициент пропускания.

;

Подставив данные значения получим:

;

;

;

Из первого условия работы прибора получим минимальную концентрацию, которую может измерить прибор:

;

;

;

нВт .

Тогда получим:

;

;

;

;

.

6 Определение максимальной концентрации

При максимальном содержании вещества в среде интенсивность волн, поступающих на фотодетектор, будет крайне мала. Т.к. фотодетектор обладает темновым током, то мощность, возникающая на фотодетекторе , в результате попадания излучения на него, должна быть больше погрешности фотодетектора.

.                                                                                                                                                         

По закону Бугера подставим значения и найдем максимальную концентрацию:

;

;

;

.

Следовательно полученный прибор может мерить концентрацию метана в интервале от 0,2% до 100%. График зависимости натурального логарифма отношения мощностей от значения концентрации представлен на рисунке 16.

Рисунок 16 – График зависимости натурального логарифма отношения мощностей от значения концентрации

Значит ПДК метана лежит в диапазоне измерений данного прибора.

7 Определение погрешности

Определим измерительную погрешность:

∆ - абсолютная погрешность измерений;

δ – относительная погрешность измерений, для нашего прибора .

Получаем, что величина отношения интенсивностей будет измерена с погрешностью .

Заключение

В данной работе осуществлен выбор лазера и фотоприемника, необходимых для прибора, осуществляющего зондирование атмосферы. Также подобраны длины волн, на которых необходимо производить измерения. Спроектированны коллиматор и фокусатор, получен график, с помощью которого можно определять концентрацию загрязнителя в атмосфере по показаниям прибора. Причем ПДК загрязнителя входит в диапазон измерений прибора. Установлено, что погрешность прибора составляет ±2,5%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.      Захаров , В.П. Прикладная оптика [Текст] – Самара: СГАУ, 2004.

2.      Рождествин, В.М. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды [Текст] – М.: МГТУ им. Баумана, 2007

3.      Рождествин, В.М. Основы количественного лазерного анализа [Текст] – М.: МГТУ им. Баумана, 2005

4.      СТО СГАУ 02068410-004-2007. общие требования к учебным текстовым документам [Текст] – Самара, 2007.

Приложение А

Чертежи оптических элементов коллиматора, состоящего из двух линз.

Приложение Б

Чертежи оптических элементов фокусатора, состоящего из двух линз.