Статья: Оценка дисперсного состава цементного аэрозоля по результатам лазерного зондирования (2024)

Проанализированы результаты мониторинга аэрозольного загрязнения атмосферы города Новороссийска методами лазерного зондирования. Мониторингзаключается в установке оптических лазерных датчиков аэрозольного загрязнения качества воздуха, которые ведут непрерывный контроль содержания частиц РМ2,5 и РМ10 в атмосферном воздухе. Специфика размещения этих датчиков заключается в том, что они расположены недалеко от Новороссийского городского мусорного полигона. В рассмотренный промежуток времени важнейшим фактором формирования аэрозольного загрязнения стали пожары на полигоне. Исследование факторов превышения предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ свидетельствует о резком увеличении концентрации аэрозолей в воздухе вследствие пожара, что может негативно влиять на здоровье людей.

Выполнено компьютерное моделирование лидарного уравнения для комбинационного рассеяния света молекулами алканов для измерения концентраций молекул этих углеводородов в атмосфере. Оценка возможностей лидарных измерений важна для популяционного контроля концентраций алканов - метана, этана, пропана, бутана, пентана и гексана, в атмосфе. Использование в лидарах комбинационного рассеяния света излучения лазеров на длинах волн 532, 405, 650 и 785 нм показало, что наилучший результат дает использование излучения на длинах волн 405 и 532, нм. Получено, что на длине волны 532 нм можно зарегистрировать концентрацию на уровне ПДК для метана во всем рассмотренном диапазоне расстояний до 1500 м, для этана – до 767 м, для пропана – до 941 м, для бутана – до 707 м, для пентана – до518 м и для гексана - до 185 м.

Оперативное получение результатов измерений и их обработка является важнейшей частью физического эксперимента. Для этих целей используется большое количество различных аппаратных и программных средств. Существуют эффективные программные средства для отображения и анализа информации, полученной в ходе эксперимента. Например, широко используемые для этой цели программные пакеты
ORIGIN и MATLAB, а также входящий в состав MicrosoftOfficeEXCEL.

ORIGIN— пакет программ фирмы OriginLabCorporation для численного анализа данных и научной графики. Возможности этого средства более чем достаточны для обработки данных и построения качественных графиков. К недостаткам можно отнести трудность изучения и сложный интерфейс. Те же замечания можно отнести и к MATLAB. Необходимо отметить также высокую стоимость этих программных средств.

Построена автоматизированная многоволновая лазерная система для исследования зависимости лидарных сигналов от концентрации частиц и их распределения по размерам для зондируемого аэрозоля. Выполнены экспериментальные исследования зависимости лидарных сигналов от параметров функции распределения частиц цементного аэрозоля по размерам. Разработаны алгоритмы измерительных процедур и получены корреляционные зависимости измеренных экспериментально лидарных сигналов от концентрации частиц и их распределения по размерам.

Представлены результаты компьютерного моделирования лидарного уравнения для комбинационного рассеяния света молекулами метанола в направлении назад при зондировании молекул в атмосфере с концентрациями в диапазоне 1012 см-3… 1018 см-3 на расстояниях до 1000 м в режиме синхронного счета фотонов. Показано, что за время измерения 1 с лидаром комбинационного рассеяния света на длине волны лазерного излучения 405 nm можно зондировать молекулы метанола с уровнем концентрации порядка 1016 см-3 на расстояниях до 600 м.