Автор неизвестен - Сборник научных трудов 3-го международного радиоэлектронного форума прикладная радиоэлектроника - страница 101

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 

Выводы. Во время совместных геофизических и астрономических наблюдений ме­теоров по программе МГГ 1957/9 метеорная наука была значительно развита благодаря использованию радиотехнических средств и методов наблюдений, привлечению первых регистраций на космических аппаратах. Астрономический объект изучения «метеорное тело» (численность метеорных тел в атмосфере Земли), войдя в Международный геофи­зический год как метеор в верхней атмосфере Земли в раздел V «Ионосфера. Метеоры», к концу выполнения программы МГГ 1957/9 приобрел дополнительную собственную цен­ность как «метеороид» - житель Солнечной системы со своей собственной историей и судьбой (орбитой метеорного тела). Анализ метеорных орбит в Солнечной системе в но­вом гелиофизическом году МГГ 2007/9 приобретает первоочередное значение с учетом появления целого флота космических аппаратов. Остаются насущными исследования притока метеорного вещества в атмосферу Земли и эффекты их взаимодействия. В пост­советских странах пока еще существуют метеорные центры МГГ 1957/9 с теоретическим и экспериментальным потенциалом мощных метеорных научных школ СССР, с уникаль­ными базами данных, нуждающимися в записи на современные носители информации. Сегодня эти центры, из-за отсутствия финансирования и ряда других причин, не могут успешно функционировать, и в ряде случаев мы имеем законсервированные знания. Ме­ждународная программа метеорных исследований CIP 65 создана с целью распростране­ния, сохранения и развития метеорных знаний, прежде всего на постсоветском простран­стве. Все заинтересованные исследователи метеоров и прикладных областей приглаша­ются к участию в метеорной программе МГГ 2007/9, в результате чего метеорная наука сможет получить новый импульс для своего развития по аналогии с МГГ 1957/9.

Литература

1. Kolomiyets S.V., Sidorov V.V. IHY: Meteor astronomy and the New Independent States (NIS) of the Former Soviet Union // Cambridge, U.K. In Proceedings. IAU 2006 Volume 2, Special Session SPS 5 (J.B. Hearnshaw and P. Martinez, eds.), P. 189-198

2. Kolomiyets S.V., Slipchenko M.I. The Meteors, Meteoroids and Interplanetary Dust Program of the International Heliophisical Year 2007/9 // Earth, Moon, Planet, 2008, Vol.102,

P.305-307.

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 1 6 6

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ В ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Литвинов А.И. Донбасский государственный технический университет 94204, Луганская обл., Алчевск, пр. Ленина 16, каф. АУТПТЭК, тел., факс (06442) 2-68-87, E-mail: tirpitz@ukr.net The given job is devoted to increase of accuracy of definition of coordinates of space ob­jects laser ranging by stations. The modernization of the device of measurement of a temporary rule of the reflected signal is offered. The block diagram of the device consists of the switchboard, optimum filter and shaper of a temporary mark with a watching threshold.

Задачи спутниковой навигации и космической геодезии на современном этапе тре­буют обеспечивать точность определения координат космических объектов (КО) порядка единиц сантиметров при высотах орбит КО до 40000 км. Эти задачи решаются средства­ми лазерной локации космических объектов. В настоящее время лучшие лазерные лока­ционные станции (ЛЛС) международной сети ILRS обеспечивают погрешность измере­ний расстояний менее 1 см. Проектная точность ЛЛС сети Министерства образования и науки Украины составляет 3 см, что соответствует точности измерения времени прихода отраженного сигнала в 100 пс. Одним из факторов, влияющих на точность измерений, является определение момента регистрации отраженного сигнала. В связи с тем, что из­меряемые ЛЛС расстояния велики, отраженные световые потоки имеют очень малую ин­тенсивность и составляют единицы фотонов. Поэтому, при регистрации отраженного сигнала используется однофотонный режим приема. В качестве приемников оптического излучения в ЛЛС используются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Временная по­грешность привязки однофотоэлектронных импульсов, снимаемых с анода умножителя, к шкале времени обусловлена флуктуациями их амплитуды и формы. При регистрации анодных импульсов ФЭУ по некоторому постоянному порогу, который обеспечивает срабатывание устройства формирования временной отметки во всем диапазоне амплитуд абсолютная погрешность привязки импульсов к шкале времени At будет определяться длительностью фронта (рис. 1).

10 -1В

ид 0.2

ti t2 ts 7 *. *10" c

Ид - напряжение порога дискриминации; 1\, ^   - моменты регистрации при раз­ных амплитудах сигнала; / - временной центр тяжести импульса

Рис. 1. Графики изменения моментов регистрации импульса при флуктуациях амплитуды

СРРСН'2008

I-ч . 2 - 1 6 7

Флуктуации амплитуды одноэлектронных анодных импульсов ФЭУ обусловлены статистическим характером процессов в фотоэлектронном умножителе. Для уменьшения погрешности регистрации отраженных сигналов, связанной с флуктуациями амплитуды анодных импульсов ФЭУ, применяется формирователь временных отметок со следящим порогом [1].

Целью данной работы является поиск путей уменьшения погрешности регистрации отраженных от КО сигналов, связанной с флуктуацией формы одноэлектронных анодных импульсов ФЭУ.

Средний одноэлектронный импульс ФЭУ описывается выражением [2] _ и ) = М/ ),

где М - среднее усиление ФЭУ, /(г) - «-кратная свертка экспоненциальной плотности вероятности, описывающей распределение времени пролета электронов между динодами.

/ С) = ^

т« (п -1)1'

где т0 - постоянная времени экспоненциальной плотности вероятности, п - количество каскадов умножения ФЭУ.

При достаточно большом коэффициенте усиления первого каскада форма отдель­ных одноэлектронных импульсов стремится к средней и с ростом п приближается к гаус-совской. В ЛЛС в качестве фотодетекторных приемников используются, в основном, ФЭУ-79 и ФЭУ-164 с количеством динодов - 12. таким образом, форму одноэлектронно-го импульса ФЭУ можно считать стабильной, имеющей математическую модель в виде функции Гаусса. Следовательно, флуктуации формы одноэлектронных импульсов обу­словлены наложением шумов ФЭУ.

Если принять одноэлектронный импульс ФЭУ за и(г), а шум обозначить как п(г), то аддитивная смесь сигнала с шумом

у(г) = и(г) + п(г).

Погрешность измерения временного положения

Дг = г - /0,

где г0 - момент формирования отметки импульса и ).

Для радиолокационных систем известна структура оптимального измерителя вре­менного положения сигнала[з]. Ее недостаток для формирования временных отметок им­пульсов ФЭУ заключается в использовании метода пересечения нуля который неприем­лем при значительном уровне шумов. В лазерной локации при одноэлектронном приеме отношение сигнал-шум мало, иногда близко к 1.

На основании вышеизложенного предлагается структура устройства привязки анодных импульсов ФЭУ к шкале времени (рис. 2), включающая в себя согласованный по спектру с одноэлектронным импульсом фильтр и формирователь со следящим порогом.

1 - ФЭУ; 2 - усилитель-ограничитель; 3 - коммутатор; 4 - согласованный фильтр; 5 - формирователь со следящим порогом; 6 - счетчик временных интервалов. Рис. 2. Структура приемного тракта ЛЛС с согласованным фильтром

Погрешность измерения временного положения импульса, характеризующаяся дис­персией определится соотношением

е

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 6 8

0

(И0/2) І[И'(ґ - х) ]2 сіх

°' =т-^'

+да

| и'(х)И'(Ґ0 х)Сх

-—да _

где Л(ґ) - импульсная характеристика фильтра.

Исходя из найденной структуры устройства временной привязки импульсов разра­ботана схема устройства и произведено ее моделирование. Результаты моделирования представлены на рис. 3-5.

Рис. 3. Графики одноэлектронного импульса и ) и аддитивной смеси сигнала с шумом у(г)

Сравнивая графики исходного импульса и ) и обработанного фильтром s(г) (рис. 3, 4), можно заметить некоторое расширение импульса и затягивание фронта, что увели­чивает незначительно погрешность привязки. Необходимо также отметить, что регистра­ция импульсов, искаженных шумами без предварительной обработки приводит к значи­тельной погрешности измерений временного положения сигнала - около 2 нс и много­кратным срабатываниям формирователя временной отметки, длительность между кото­рыми меньше периода его релаксации (рис.4). Это приводит к неправильной работе фор­мирователя - происходит «забивание» его шумами, что влечет за собой нарушение рабо­ты счетчика временных интервалов и ошибочное определение дальности лазерной лока­ционной станцией.

0     0.1    0.*    0.6    0.8      1     12    1 4     1.6    1.8     2 0     0.2    04    06    0.8      1      1.2    1.4     Ц6     ЦЗ 2

110'* х 10*

Рис. 4. График работы формирователя при регистрации сигнала у(г) и график s(г) после обработки у(г) фильтром

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 6 9

Рис. 5. Графики работы формирователя при регистрации сигналов и (г) и я^)

Регистрация импульсов после фильтра происходит с некоторым постоянным запаз­дыванием по отношению к истинному положению импульса на временной шкале (рис. 5), но эта погрешность систематическая и может быть учтена при калибровке ЛЛС. Случай­ная погрешность определения временного положения сигнала при введении в структуру модуля временной привязки согласованного фильтра и коммутатора, управляемого стро­бом «временные ворота», уменьшилась до

В результате проведенных исследований получены следующие результаты. При ре­гистрация импульсов, искаженных шумами без предварительной обработки погрешность привязки составляет значительную величину - около 2 нс, также происходит многократ­ное срабатывание формирователя, что приводит к ошибочному определению дальности.

Для уменьшения погрешности регистрации одноэлектронных импульсов, обуслов­ленной наличием шумов, применена обработка анодных импульсов ФЭУ в согласован­ном фильтре, спектральная характеристика которого соответствует спектру одноэлек-тронного импульса ФЭУ, форму которого можно считать стабильной, описываемой функцией Гаусса.

Разработана структура устройства формирования временной отметки, включающая в себя согласованный фильтр, формирователь со следящим порогом и коммутатор, управляемый стробом «временные ворота». При моделировании этой схемы случайная погрешность составила 56 пс.

Дальнейшее повышение точности временной привязки импульсов возможно преоб­разованием одноэлектронного импульса в сигнал, который оптимален по форме для из­мерения временного положения отраженных сигналов.

Литература

1. Мелешко Е.А. Наносекундная электроника в экспериментальной физике / Ме-лешко Е.А. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 216 с.

2. Одноэлектронные фотоприемники / [Ветохин С.С., Гулаков И.Р., Перцев А.Н. и др.] - [2-е изд., перераб. и доп.] - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 160 с.

3. Лёзин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов / Лёзин Ю.С. - [2-е изд., перераб. и доп.] - М.: Советское радио, 1986. - 448с.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 7 0

ФЛЮОРЕСЦЕНЦИЯ ЭМУЛГИРОВАННЫХ НЕФТЕЙ И НЕФТЕПРОДУКТОВ В ВОДЕ

Гомидзе Н.Х., Шашикадзе З.Дж. Батумский государственный университет. Батуми, Грузия, ул. Ниношвили 35, 6010, департамент физики. E-mail: gomidze@bsu.edu.ge It is presented a method of laser fluorescence for diagnostics and the oil analysis in water media. It is shown advantage of the presented method in comparison with a classical method. In particular, that the method of laser fluorescence is more sensitive and the express train is charac­terised by diagnostics.

Антропогенные загрязнения Мирового океана и внутренних водоёмов включают в себя множество компонентов, среди которых одно из первых мест занимают нефть и нефтепродукты (НП).

Защита окружающей среды от загрязнений тесно связана с проблемой их обнару­жения и последующего контроля. Это сложная задача, поскольку НП представляют собой изменчивый комплекс разнообразных сложных органических веществ. Поведение НП при попадании в воду определяется целым рядом слабоизученных процессов (например, вынос НП в атмосферу, деградация в водной толще, влияние биологических факторов и т.д.).

Диагностика НП распадается на нескольких задач, среди которых основная задача определение концентрации взвешенных и растворённых в воде НП. Для корректного ре­шения этой задачи требуется исследования НП в воде, в различных формах (растворен­ная, эмульгированная, плёнка) и на различных этапах старения НП.

Разработан и применяется ряд методов анализа нефтяных загрязнений водных сред (например, методы инфракрасной спектроскопии, ядерный магнитный резонанс на осно­ве эффекта Шпольского, весовые методы, жидкостная и газовая хроматография и др.). Среди них применяются и оптические, в том числе и лазерные методы, преимуществами которых являются экспресстность и дистанционность.

Мы для измерений применяли метод внутреннего репера, когда сигнал флуорес­ценции НП в воде сравнивается с сигналом Стоксовой компонентой комбинационного рассеяния воды или Гексана (гексановых экстрактов и растворов) [1].

Изучалась флуоресценция ряда растворенных и эмульгированных НП и исследова­лась зависимость спектров флуоресценции от формы и времени нахождения НП в воде.

35G     4GG      45G     5GG     55G     6GG д

Рис.1. Изменение во времени спектра флуоресцен­ции эмулгированного в воде образца. 1 - первый день, 2 - второй день, 3 - третий день

СРРСH'2GG8

I . 2 - 1 7 1

Проводились измерения флуоресценции гексановых экстрактов из эмулгировано - рас­творенных НП, для оценки общего содержания НП в образцах.

При подготовке пробы эмульгированного НП, нефть наливалась на поверхность дистиллированной воды, после чего для диспергации проводилось встряхивание с помо­щью ультразвукового диспергатора. Рассеяние света на частоте возбуждении от образца эмульсии в 2-6 раз превышало Рэлеевское рассеяние на молекулах воды.

Форма спектра флуоресценции растворённого НП мало зависит от типа исходного НП и не зависит от времени нахождения НП в воде. Стабилен и интенсивность флуорес­ценции в процессе старения и слабо зависит от типа исходного НП.

Другие результаты дали спектроскопические исследования эмульгированных НП. Их параметры постоянно изменялся в процессе "старения", происходило падение интен­сивности флуоресценции, менялся форма контура флуоресценции. Так на рис.1 показаны спектры одного из образцов, снятые через некоторые интервалы времени.

Одной из гипотезой, объяснения описанных явлении может быть процесс "старе­ния" эмульсии (со временем происходит коагуляция эмульсий и увеличение их размера).

Измерение радиуса эмульсии для образцов эмульгированных НП в воде проводи­лись на корреляционном спектрометре оптического смещения (рис. 2) .

Рис. 2. Блок-схема корреляционного спектрометра оптического смещения

В качестве источника света используется Не-№ лазер с длиной волны излучения X =632,8 нм и выходной мощностью 10 мВт. Свет от лазера фокусируется линзой с фо­кусным расстоянием Б=300 мм в центр кюветы с образцом. Кювета помещается в термо­стат, температура которого поддерживается с помощью системы термостатирования.

Рассеянный свет принимается фотоумножителем, помещенным в светонепроницае­мый кожух, который укреплен на консоли поворотного устройства. Имеется возможность устанавливать угол рассеяния в пределах 0 -г-1600. Погрешность установки угля не пре­вышает 10''. В узле фотоприёмного устройства помещены делитель напряжения для пи­тания динодов фотоэлектрического устройство (ФЭУ) и усилитель-дискриминатор сис­темы счёта фотонов (ССФ). С выхода ССФ сигнал передаётся на 72 - канальный корре­лятор с внешними устройствами индикации и записи информации.

Оптический тракт спектрометра (лазер, термостат с кюветой и поворотное устрой­ство с фотоприёмным узлом) размещён на специально виброизолированном оптическом столе.

СРРСН'2008

1-ч . 2 - 1 7 2

Метод заключается в исследовании естественных флуктуационных процессов, имеющих место в жидкостях. Рассасывание этих флуктуаций характеризуется обычными макроскопическими кинетическими коэффициентами. Эффективным методом изучения процессов рассасывания флуктуацией в прозрачных жидкостях является молекулярное рассеяние света [2]. Физической причиной молекулярного рассеяние света является теп­ловые флуктуаций показателя преломлении света. Эти флуктуации в свою очередь обу­словлены флуктуациями термодинамических величин, функцией которых является пока­затель преломления. В общем случае однократного дипольного рассеяния света в смеси двух жидкостей для интенсивности рассеянного света справедливо выражение

I:

( дп >

др

, X

др др 2

Т, X

2

дп др

дР]     ■(АА )) +{-

дх ■(Ах)2 ,(1)

где п- показатель преломления, р -плотность, р-давление, Т-температура, 8-энтропия, Х-мольная концентрация раствора.

Выражение (1) получено при условии, что рассеяние света на флуктуациях завися­щих от температуры [ —— 1    мало. Действительно, по оценкам, приведенным [3], вклад

этого члена в общее рассеяние для обычных жидкостей не превышает 2-^5%. Кроме того в (1) не учитывается рассеяние на флуктуациях анизотропии молекул. Такое упрощение допустимо, так как ширина спектральной компоненты света, рассеянного на этих флук-туациях, на несколько порядков больше ширины центральной компоненты.

Из анализа (1) следует, что рассеяние света обусловлено тремя причинами: адиаба­тическими флуктуациями давления (спонтанные звуковые волны тепловой природы), изобарическими флуктуациями энтропии (тепла) и флуктуациями концентрации. Спектр рассеянного света схематически изображён на рис. 3. Смещение относительно со0- часто­ты возбуждающего света на ±О линии, называются компонентами Мандельштама -Бриллюена (МБ). Сдвиг компонент вызван эффектом Доплера при рассеянии света на бегущих спонтанных звуковых волнах и, соответственно, пропорционален скорости звука в среде. Уширение линии происходит за счет поглощения звуковых волн.

О.

со

со0 + о

Рис. 3. Спектр рассеянного света, смесью двух жидкостей Центральная компонента, расположенная на частоте возбуждающего света, состоит из двух линий: узкая линия обусловлена затуханием флуктуации концентрации - процес­сами диффузии, широкая - затуханием флуктуации тепла - процессами теплопроводно­сти. В соответствии с гипотезой Онзагера, процесс рассасывание флуктуации в жидкости можно описать с помощью макроскопических гидродинамических уравнении [2]. Так, для процесса рассасывания флуктуаций концентрации 8х(г, I) справедливо выражение:

дЪх(т, /)

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100  101  102  103  104  105  106  107  108  109  110  111  112  113  114  115  116  117 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа