Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание технологий лазерного дистанционного зондирования атмосферных проявлений чрезвычайных ситуаций природного (вулканы, лесные пожары, песчаные бури и т.д.) и техногенного (взрывчатые вещества, аварийные выбросы промышленных предприятий и т.д.) характера

Номер контракта: 14.604.21.0046

Руководитель: Матвиенко Геннадий Григорьевич

Должность руководителя: Директор

Докладчик: Романовский Олег Анатольевич, Зав. лаб.

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
лазерное зондирование, атмосфера, лидар, аэрозольное и комбинационное рассеяние, облака, мониторинг, дистанционное детектирование, молекулы, опасные химические соединения

Цель проекта:
Исследование и разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание комплекса лазерного зондирования для дистанционного контроля оптико-физических и метеорологических параметров атмосферы, детектирования аварийных выбросов опасных производств, контроля химических и взрывоопасных веществ в атмосфере. Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи: 1. Разработка спектроскопических методов для дистанционного лазерного газоанализа атмосферы. 2. Разработка алгоритмов для дистанционного лазерного газоанализа методом дифференциального поглощения. 3. Разработка многоволновой лазерной дистанционной системы на основе лазерных излучателей в диапазоне 2 – 16 мкм для диагностики аварийных выбросов опасных производств и взрывчатых веществ. 4. Разработка и исследование метода дистанционной диагностики окружающей среды на основе эффекта СКР с высокой чувствительностью и помехозащищенностью и создания на его основе СКР-лидара. 5. Разработка аэрозольно-рамановского поляризационного многоволнового лидара для контроля оптических и микрофизических параметров аэрозольных и облачных полей атмосферы.

Основные планируемые результаты проекта:
- Методика определения оптимальных спектральных интервалов в диапазоне 2-16 мкм и технических требований к многоволновым лазерным излучателям, используемым в лазерном детекторе опасных органических соединений и паров взрывоопасных веществ в атмосфере.
- Спектроскопические методы дистанционного газоанализа атмосферы.
- Алгоритмы для дистанционного газоанализа атмосферы методом дифференциального поглощения.
- Методика многочастотного лазерного зондирования оптических характеристик атмосферных аэрозолей по сигналам обратного упругого рассеяния.
Прототип технического решения многоволнового дистанционного лазерного детектора опасных органических соединений и паров взрывоопасных веществ в атмосфере
Прототип технического решения аэрозольно-рамановского сканирующего поляризационного лидара для исследования атмосферных проявлений чрезвычайных ситуаций природного (вулканы, лесные пожары, песчаные бури).
- Прототип технического решения СКР-лидара (лидара спонтанного комбинационного рассеяния) для дистанционного контроля химических и взрывчатых веществ.
- Проект технического задания на проведение ОКР по теме: «Разработка аппаратно-программного комплекса лазерного зондирования для дистанционного контроля химических и взрывоопасных веществ в атмосфере и аварийных выбросов опасных производств».

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. Методика определения оптимальных спектральных интервалов в диапазоне 2-16 мкм должна обеспечивать выработку технических требований к многоволновым лазерным излучателям для контроля опасных органических соединений и паров взрывоопасных веществ в атмосфере.
2. Методы и алгоритмы для дистанционного лазерного газоанализа методом дифференциального поглощения атмосферы должны обеспечивать решение обратной задачи дистанционного зондирования газовых компонент и опасных газовых эмиссий естественного и антропогенного происхождения.
3. Методика многочастотного лазерного зондирования должна обеспечивать восстановление из данных лидарного зондирования оптических характеристик атмосферных аэрозолей по сигналам обратного упругого рассеяния для контроля атмосферных проявлений чрезвычайных ситуаций природного (вулканы, лесные пожары, песчаные бури) характера.
4. Математическая модель процесса зондирования атмосферы на основе эффекта СКР в УФ области спектра и математическая модель оптической схемы лидара должны обеспечивать выработку технических требований к характеристикам лидара для контроля химических и взрывчатых веществ.
Разрабатываемый экспериментальный образец комплекса лазерного зондирования должен состоять из:
1) Многоволнового дистанционного лазерного детектора опасных органических соединений и паров взрывоопасных веществ;
2) СКР-лидара для контроля химических и взрывчатых веществ;
3) Многоволнового аэрозольно-рамановского сканирующего поляризационного лидара.
4) Блока обработка данных дистанционного лазерного зондирования.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Выход на рынок заключается в создании новых технологических решений в области лидарного приборостроения.
Такие решения в настоящее время обусловлены созданием отдельных блоков лидара, которые могут использоваться повсеместно в мировой лидарной сети.
В частности, актуальными являются блоки спектральной селекции сигналов спонтанного комбинационного рассеяния при измерении профилей температуры атмосферы, фотометрические блоки лидара для измерений в условиях сильных солнечных помех и т.д. Все это требует проведения соответствующей опытно-конструкторской работы, для чего к работам и привлекается индустриальный партнер.
Отдельной задачей выхода на рынок является создание приборов дистанционного зондирования опасных и взрывчатых веществ.
Сфера применения - обеспечение служб обнаружения и контроля за аварийными выбросами на производственных объектах, контроля за производством, локализацией и распространением взрывчатых веществ, диагностика опасных газовых эмиссий естественного и антропогенного происхождения с помощью мобильных многоволновых лазерных детекторов дистанционного действия.
Масштабность использования предлагаемых образцов по нашим оценкам составят от десятков до сотен единиц в год, только в масштабах России.

Текущие результаты проекта:
В результате проведенных исследований выполнены ряд научно-методических мероприятий и получены следующие научные результаты.
1. Разработан и изготовлен экспериментальный образец многоволнового дистанционного лазерного детектора состоящий из: многоволнового ИК лазера диапазона 7-11 мкм; приемного телескопа; блока регистрации, обработки и передачи данных в блок обработки лидарного комплекса в цифровом виде.
2. Разработан и изготовлен экспериментальный образец СКР - лидара для дистанционного контроля оптико-физических и метеорологических параметров атмосферы состоящий из: лазера с длиной волны 247.87 нм; приемного телескопа; блока регистрации; блока обработки и передачи данных в блок обработки лидарного комплекса в цифровом виде.
3. Разработан и изготовлен экспериментальный образец аэрозольно-рамановского поляризационного лидара для дистанционного контроля оптико-физических и метеорологических параметров атмосферы состоящий из: Nd:YAG лазера с длинами волн 1064 и 532 нм; сканирующей поворотной колонки; приемного телескопа; блока управления, регистрации, обработки и передачи данных в блок обработки лидарного комплекса в цифровом виде.
4. Разработан и изготовлен экспериментальный образец комплекса лазерного зондирования состоящий из: многоволнового дистанционного лазерного детектора опасных органических соединений и паров взрывоопасных веществ; СКР-лидара для контроля химических и взрывчатых веществ; многоволнового аэрозольно-рамановского сканирующего поляризационного лидара; блока обработки данных дистанционного лазерного зондирования.
5. Для экспериментальных образцов разработана техническая документация, включающая: общий вид экспериментального образца, оптическая и комбинированная схема, перечень элементов, сборочный чертеж. Разработаны программы и методики экспериментальных исследований экспериментальных образцов, на основании которых проведены экспериментальные исследования. Составлены акты и протоколы экспериментальных исследований.
6. В соответствии с этими протоколами экспериментальный образец многоволнового дистанционного лазерного детектора опасных органических соединений и паров взрывоопасных веществ обладает концентрационная чувствительность к парам ацетона – 263 ppm.; СКР-лидар обеспечивает дальность дистанционного контроля химических и взрывчатых веществ до дистанции 1000 м.; многоволновой аэрозольно-рамановский сканирующий поляризационный лидар обеспечивает контроль параметров атмосферы до дистанции 5000 м; экспериментальный образец комплекса лазерного зондирования соответствует комплектности в соответствии с требованием п. 4.1.2.3. Технического задания. В целом, экспериментальные образцы многоволнового дистанционного лазерного детектора, СКР-лидара, аэрозольно-рамановского лидара соответствуют комплектности согласно п. 4.1.2.3 технического задания.
7. В соответствие с календарным планом проведена закупка необходимого технологического и контрольно-измерительного оборудования для обеспечения проведения исследований.
8. Выполнены патентные исследования в соответствии с заданием на их проведение и регламента патентного поиска. Патентные исследования были проведены на патентную чистоту объекта техники по описаниям к свидетельствам, заявкам и патентам. Поиск проводился на глубину не менее 20 лет с 1994 г. по 2014 г., в соответствии с ГК РФ. При проведении патентных исследований были выявлены аналоги анализируемых технических решений, определены их недостатки и пути их решения.
Сведения о выявленных охранных и иных документах, которые будут препятствовать применению разработанных технических решений в Российской Федерации не обнаружены.
9. Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН принял участие в работе Международной выставке «Фотоника-2015», которая проходила с 16 по 19 марта 2015 г. на территории ЭКСПОЦЕНТРА, г. Москва.
Рекомендации по конкретному использованию результатов ПНИ - обеспечение служб обнаружения и контроля за аварийными выбросами на производственных объектах, контроля за производством, локализацией и распространением взрывчатых веществ, диагностика опасных газовых эмиссий естественного и антропогенного происхождения с помощью мобильных многоволновых лазерных детекторов дистанционного действия.
В соответствии с календарным планом и техническим заданием все поставленные задачи выполнены полностью.