Диссертация (1143140), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Основное внимание уделенокомплексному подходу к рассмотрению работы нефелометра, представляющего собойоптико-электронную систему, от построения которой зависят общие характеристикигазоанализатора. Впервые предложенный подход позволяет учесть фундаментальные160ограничения, определяемые нефелометром детектора МоЯК, к которым относятся: а)светорассеяние аэрозольными частицами и воздухом в фотометрируемом объеме аэрозольнойкамеры нефелометра и б) чувствительность фотоприемного устройства нефелометра.Достигнуты следующие основные результаты:1.
Установлено, что в результате физико-химических воздействий на молекулыдетектируемого вещества образуется монодисперсный аэрозоль с размерами частиц 0.23-0.25мкм, светорассеяние одной частицы которого имеет интерференционный немонотонныйхарактер. Интенсивность рассеянного поля в направлении вперед значительно (примерно в100 раз) превышает величину интенсивности в обратном направлении и убывает сувеличением длины волны оптического излучения и угла светорассеивания.2. Интенсивность светорассеяния воздухом в фотометрируемом объеме нефелометрамаксимальна и одинакова в направлениях угла рассеяния 0° («вперед») и 180° («назад») иминимальна при углах рассеяния 90°, резко уменьшается (~ 1 4 ) с увеличением длины волныоптического излучения и по своему значению сопоставима со светорассеянием аэрозольнымичастицами. В ультрафиолетовой области оптического излучения равенство мощностейсветорассеяния воздухом и аэрозольной частицей достигается при меньших углахсветорассеяния, чем в видимой и инфракрасной области.3.
Минимальноизмеримаяфотометромконцентрацияаэрозольныхчастицлимитируется интенсивностью фоновой паразитной засветки фотоприемного устройстванефелометра светом, рассеянным элементами (стенками, световыми ловушками и шторками)аэрозольной камеры фотометра. Экспериментально определено компромиссное значение угларассеяния θ = 40 ÷ 45°, который обеспечивает достаточную мощность рассеянного однойчастицей света и достаточно малое значение паразитной засветки фотоприемного устройства.4. Интенсивность рассеяния аэрозольной частицей при оптимальном угле наблюдениявсего в три раза превышает интенсивность рассеяния воздухом в фотометрируемом объемеаэрозольной камеры нефелометра и в 1015 раз превышает светорассеяние самой молекулыдетектируемой примеси.5.
Чувствительность к световому потоку фотоприемных устройств оптико-электронныхсистем как с регистрацией текущего значения оптического сигнала, так и с накоплениемсигнала (фотоинтеграторы), может быть определена методом эквивалентных шумовых схемна основе временных представлений с использованием свертки автокорреляционной функциии импульсной характеристики цепи.6. Экспериментально измеренные значения мощности светорассеяния аэрозольнымичастицами и воздухом в фотометрируемом объеме малогабаритного аэрозольного фотометрапревышают теоретически рассчитанные всего на 8 ÷ 10%, что для термодинамических161величин, каковыми являются молекулярное светорассеяние воздухом и аэрозольнымичастицами, считается измерениями с высокой степенью точности.7.
Использование ФЭУ и интегратора в составе фотоприемного устройства нефелометрадетектора МоЯК позволяет калибровать газоанализатор по светорассеянию воздуха вфотометрическом объеме камеры нефелометра.8. Интегратор фототока оптико-электронной системы, основанный на измерении споследующим усреднением тангенса угла наклона зависимости фототока от времени ирезультатов измерений, позволяет регистрировать фототоки светорассеяния аэрозольнымичастицами на уровне десятков фА, что соответствует динамическому диапазону 160 дБ.9.
Программно-аппаратный микропроцессорный блок управления, регистрации иобработки информации, осуществляющий установку режимов, контроль температур ипараметров блоков газоанализатора, измерение, визуализацию и обработку фототокасветорассеяния аэрозольными частицами, обеспечивает автоматическое определениеконцентрации вредных веществ.10. Улучшение конструкции малогабаритного аэрозольного фотометра и оптикоэлектронной части нефелометра позволили достигнуть предела обнаружения целевогокомпонента газоанализатора на уровне спонтанной нуклеации ядрообразования, а непредельной чувствительности оптико-электронной системы.11. Внедрение разработанных и серийно изготовленных газоанализаторов на МоЯК дляизмерения концентраций отравляющих веществ иприта и люизита создало инструментальнуюбазу для мониторинга атмосферы на производствах по уничтожению химического оружия, чтоопределяет успешное выполнение работ по ФЦП «Уничтожение химического оружия вРоссийской Федерации» в настоящее время.12.
Внедрение опытных образцов газоанализаторов: карбонилов металлов, взрывчатыхвеществ, выдыхаемого воздуха для диагностики заболеваний, течеискателя теплообменниковядерных реакторов, контроля средств индивидуальной защиты органов дыхания, принципдействия которых основан на эффекте проявления МоЯК, позволяет заполнить нишу междудорогими высокочувствительными и высокоселективными приборами для анализа примесейвгазах(современныестационарныехроматографыихромато-масс-спектрометры,используемые в основном в условиях лаборатории) и относительно дешевыми переноснымиприборами с чувствительностью, недостаточной для определения высокотоксичных веществна уровне предельно-допустимых концентраций.Материалы Главы 4 опубликованы в работах автора [A1, A5 ÷ A7, A9 ÷ A12, A15,A18 ÷ A20, A22, A24, A53 ÷ A56].162Глава 5.
Шумовое согласование приборов на поверхностных акустических волнах врадиотехнических приемно-преобразующих устройствахГлава 5 посвящена разработке методики комплексной оптимизации параметровакустоэлектронных приборов на ПАВ и усилителей с целью достижения минимальногокоэффициента шума ППУ при удовлетворении технических требований к данному классуустройств на ПАВ.
Акустоэлектронные устройства на поверхностных акустических волнах(ПАВ) находят широкое применение в ППУ различных радиоэлектронных и оптоэлектронныхсистем. Основными применениями устройств на ПАВ являются: фильтры промежуточнойчастоты (ПЧ); дуплексеры; резонаторы; генераторы, управляемые напряжением; линиизадержки (ЛЗ) и фильтры для аналоговых иF цифровых абонентских станций подвижныхсистем связи стандартов GSM, DECT, CDMA, цифровой сотовой связи (DCS), персональнойрадиотелефонной связи (PCN), беспроводной локальной вычислительной сети (Wireless LAN),спутниковых систем связи INMARSAT-C; дисперсионные ЛЗ; фильтры Найквиста длябазовых станций (БС), радиорелейных линий (РРЛ); канальные фильтры телевизионныхстанций и сетей кабельного телевидения; модули выделения тактового сигнала для волоконнооптических линий связи в стандартах SDH, ATM, SONET; устройства радиочастотных метокдля идентификации транспортных средств и контейнеров; конвольверы для широкополосныхсистем и средств связи.
Таким образом, областями применения устройств на ПАВ являютсяпрактически все перспективные системы и аппаратура передачи и обработки информациинового поколения: подвижные, спутниковые, тропосферные и радиорелейные линии связи,спутниковое, кабельное, цифровое, сотовое телевидение и телевидение высокой чёткости[159].5.1 Эквивалентная шумовая схема приборов на ПАВВысокие характеристики устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ)определяют их применение в ППУ многоканальных волоконно-оптических систем передачиинформации,например,высококачественныхтелевизионныхлинияхсчастотноймодуляцией. Устройства на ПАВ в ППУ многоканальных систем непосредственно следуют заФПУ, что вызывает необходимость грамотного согласования их параметров. Вместе с тем,задача согласования устройств на ПАВ представляет значительный самостоятельный интересв технике и, таким образом, рассматривается для более широкого класса применений.Применительно к системам обработки информации с использованием устройств наповерхностных акустических волнах различают два подхода к определению нижней границыДД.
Первый, изложенный в [108], сводится к возможности различения полезного сигнала отвозникающих в системе ложных сигналов. Их появление связано, прежде всего с отражениями163от встречно-штыревых преобразователей, которые, участвуя в дальнейшем процессеформированиявыходногосигнала,порождаютложныеотклики.Другойподход,принимаемый в [160], определяет нижнюю границу ДД уровнем тепловых шумов устройства.Такой подход является более общим, поскольку он определяет фундаментальное ограничениена минимальное значение полезного сигнала и позволяет отдельно рассматривать задачуснижения уровня ложных сигналов в системе обработки информации при минимизациишумов.Как уже указывалось в Главе 1, во всех имеющихся литературных источникахотмечается, что даже в случае использования наиболее малошумящих усилителей их уровеньшума существенно превышает уровень акустических шумов и определяет нижнюю границудинамического диапазона (ДД) акустоэлектронных радиокомпонент [160,161].В диссертации вопрос о расширении динамического диапазона пьезокристаллическихустройств на ПАВ ставится с учетом собственных шумов пьезоподложки.
В исследуемыхпьезокристаллических устройствах обработки сигнала на ПАВ входной сигнал поступает напьезоплату, с которой передается на широкополосный усилитель.Постановка малошумящего усилителя впереди пьезоплаты способна обеспечить малоезначение коэффициента шума всего акустоэлектронного модуля. Однако, возникающие засчет нелинейности входного усилителя интермодуляционные сигналы имеют значительнуювеличину, неприемлемую во многих практических случаях, когда их частоты попадают вполосы прозрачности пьезоплаты.
Например, еслиусилитель имеет коэффициентнелинейности амплитудной характеристики 5 %, ложный сигнал на одной из частот,составляющих 1/3, 2/3, 3/2 и т.п. от центральной частоты устройства, будет иметь уровень –26 дБ, что не позволяет достичь современных требований в 60 ÷ 80 дБ по селективности внеполосы пропускания устройства. В то же время усилитель, включенный после пьезоплаты свысокой частотной селективностью, не будет создавать столь высокого уровня ложныхсигналов вблизи центральной частоты устройства. Таким образом, коэффициент усилениявходного усилителя, с точки зрения минимального значения коэффициента шума, долженбыть выбран таким, чтобы в значительной степени ослабить влияние последующего приборана ПАВ и, в то же время, иметь минимальное значение, чтобы создавать минимальныеинтермодуляционные сигналы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
