172902. lajstromszámú szabadalom • Optikai berendezés szennyező gázok koncentrációjának mérésére
3 172902 4 rések egybeessenek egyrészt a gáz színképének elnyelési „sávjaival”, másrészt a szomszédos átviteli „ablakokkal.”. A fotosokszorozó kimenetén szinuszos jel jelenik meg. A P1/P2 energiaaránya, ahol Pj a fotosokszorozóhoz eljutó energia abban az állapotban, amikor a maszk rései a gáz elnyelési „ablakaival” esnek egybe, P2 pedig az az energia, amikor a rések az elnyelési „sávokkal” esnek egybe, és a résszélességre vonatkoztatott átlagértéket vesszük figyelembe, az alábbi összefüggés adódik: 2 Nx> J • exp (-ax> ; • CL) P2 n 2 Nx, j • exp (-ax, j • CL) j = 1 ahol K műszerállandó (optikai rendszer, spektrométer tényező, szűrők stb.) n a maszkra fotoeljárással felvitt rések száma NXi a fényforrás spektrális intenzitása az i-ik rés helyzetében (átlagérték a résszélességre vonatkoztatva) aX,i a gáz elnyelési tényezője az i-dik rés helyzetében (átlagérték a résszélességre vonatkoztatva) Nxj a fényforrás színképkisugárzása a j-ik rés helyzetében (átlagérték a résszélességre vonatkoztatva) <*Xj a gáz elnyelési tényezője a j-ik rés helyzetében (átlagérték a résszélességre vonatkoztatva). Mivel feltételezik, hogy az Nx és a\ értékek a fényforrás spektrumától és a fényforrás intenzitásától függetlenül a mérés alatt nem változnak, az említett műszerek olyan görbét szolgáltatnak, melynél a műszerrel mért R érték egyedül a vizsgált gáz (SOj) optikai sugárútjának 'LL), azaz a gáz C koncentrációjának a függvénye. Az ily módon laboratóriumban előállított görbét az atmoszférában ismeretlen optikai sugárutak méréséhez használják. Az ilyen maszk korrelációs spektrofotométeres eljáráson alapuló légköri gázkoncentráció mérésére szolgáló műszerek nem megfelelőek, mivel nem teszik lehetővé, hogy a laboratóriumban előállított görbét hosszú geometriai sugárúton is fel lehessen használni. A már ismertetett műszereknél feltételezik, hogy a műszert elérő fényenergia állandó. Az atmoszférában (hosszú geometriai sugárúton) végzett mérések esetén azonban nem ez a helyzet, mivel a fényspektruma megváltozik az atmoszférán való áthaladáskor még akkor is, ha a vizsgált gáz nincsen jelen. Ha elhanyagoljuk más lehetséges gáz szennyeződések hatását (amelyek hatása mérsékelt), ez a változás főleg amiatt következik be, hogy a levegő molekulák és részecskék, a légkörben levő por, esőcseppek stb. a fénysugarat szétszórják. Ennek megfelelően, amikor a fényforrás és a műszer között nagy geometriai távolság van, a szórás módosítja a vizsgált gáz optikai sugárútjának (CL) értékét és használhatatlanná teszi a korábban laboratóriumban nyert jelleggörbét. Ez a tény a fent említett egyenletből elméleti úton is levezethető, és ha figyelembe vesszük még az atmoszféra szóró hatása miatt bekövetkező interferencia jelenséget is, a következőket írhatjuk: 2 Nxj * exp (-aXj ‘ LC) • exp (-0x, ; ’ L) í = 1 R=K* ------------------------------------------------------------n 2 Nx>j • exp (-aX) j • LC) • exp (-0X, j * L) j = 1 ahol 0x,i és 0x,j (i,j = 1, 2, . .. n) az atmoszférikus szórás miatti fényelnyelési tényezők (átlagértékek a résszélességre vonatkoztatva). A /3x,i annak felel meg, amikor a maszk rései az S02 elnyelési „ablakaival”, 0Xj pedig amikor az S02 elnyelési „sávjaival” esnek egybe. Nem lehet előre tudni, hogy a szórás hogyan változik a hullámhossz függvényében. Az atmoszférán belüli szórás egyrészt a molekulák, másrészt a részecskék miatt jön létre. A molekuláris szórás hatáskeresztmetszete X”4 tényezővel arányos, míg a részecskék miatti szórás X~6 tényezővel, ahol b értéke 1,3-tól 1,9-ig terjed. Ez azt jelenti, hogy a fény spektruma a távolság függvényében exponenciálisan gyengül és változik, azaz ha az atmoszférában korrelációs maszkos spektrofotométeres eljárással végzünk méréseket, az eredmények nemcsak a vizsgált gáz (S02) optikai sugárútjának (CL), hanem az atmoszféra miatti elnyelési tényezőnek is függvényei lesznek. A műszer által szolgáltatott R eredmény a szennyező gáz jelenléte és hiánya (CL = 0) esetén is függ az atmoszféra szórásától. A laboratóriumban a kalibráláshoz nyert R jelleggörbével tehát nem lehet az atmoszférában pontos mérést végezni. A találmánnyal az volt a célunk, hogy olyan optikai berendezést készítsünk, amely korrelációs maszkos spektrofotométeres eljáráson alapul, és segítségével a légköri gázszennyeződéseket pontosan lehet mérni mind rövid, mind pedig hosszú (több kilométeres) geometriai sugárúton. Az is célunk volt, hogy sokoldalúan használható berendezést hozzunk létre. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
