Разработка устройства для оперативного контроля содержания продуктов сгорания топлива в атмосферном воздухе
Разработка
устройств для оперативного контроля содержания продуктов сгорания топлива в
атмосферном воздухе
Одним из
вредных последствий производственной деятельности человека является загрязнение
атмосферного воздуха. В Астрахани, по данным экологов, оно вызвано, в основном,
выбросами промышленных предприятий, выхлопными газами автотранспорта и другими
факторами. В частности, мощным источником загрязнения городской воздушной среды
является автомобильный транспорт, увеличение численности которого привело к
резкому ухудшению санитарных условий проживания во всех городах России, в том
числе и в городе Астрахани.
При
повышенных концентрациях оксида углерода (CO и CO2) и других продуктов сгорания топлива, уменьшается приток кислорода к тканям и к сердцу, повышается
количество сахара в крови.
Загрязнение
атмосферного воздуха в Астрахани привело к постоянному росту аллергических и
астматических заболеваний и других заболеваний дыхательных путей у детей и
высокой смертности среди пожилых людей в периоды летнего смога.
Уменьшить
содержание примесей на оживлённых
автомагистралях города в часы пик возможно при использовании двигателей
гибридного типа, при правильной регулировке двигателей внутреннего сгорания,
качественном топливе, а также за счёт рациональной организации потоков
автомобилей в городе. В связи с этим исследование содержания продуктов сгорания
топлива в составе атмосферного воздуха и разработка устройств для их
оперативного контроля представляется весьма актуальным.
Для
получения данных о содержании продуктов сгорания топлива в атмосферном воздухе
нами проведены исследования атмосферного воздуха в городе Астрахани.
Исследование состава воздуха проводилось путём отбора проб в ряде точек в
местах наибольшего скопления автотранспорта как в часы пик, так и в
относительно «спокойное» время (содержание оксида углерода определялось хроматографическим
методом). В таблице 1 приведены результаты определения содержания СО в воздухе
в различное время суток.
Таблица 1. Содержание
CO в
атмосферном воздухе: пункт 1 – на пересечении ул. Ленина и ул. Адмиралтейской;
пункт 2 – на пересечении ул. Н. Островского и ул. Звёздной.
Время отбора проб, ч
|
Содержание СО в пункте 1,
мг/м3
|
Содержание СО в пункте 2,
мг/м3
|
8:00
|
1,73
|
2,76
|
13:00
|
2,65
|
3,6
|
18:00
|
5,14
|
4,81
|
По результатам
исследования получена зависимость содержания СО в атмосферном воздухе от
времени суток в различных точках города Астрахани.
Анализ ИК
спектров поглощения оксида углерода (рис. 2, а) показывает, что имеются
две близко расположенные полосы поглощения, контуры которых могут быть описаны
кривыми Лоренца с применением метода наименьших квадратов (рис. 2, б).
Параметры
этих кривых используются в математической модели устройства для оперативного
контроля содержания оксида углерода в воздухе при расчете его оптимальных
параметров.
В основе работы разрабатываемого устройства (рис. 3) лежит
использование методики оптимального проектирования элементов оптико-электронной
системы, основанной на применении информационных критериев качества
измерительных устройств (информационная пропускная способность канала,
отношение сигнал-шум).
Рис. 3. Структурная схема устройства для оперативного содержания
оксида углерода в воздухе:
СПБ – светоприемный блок;
ДУ – дифференциальный усилитель;
ЛУС – линейный усилитель сигнала;
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
БИ – блок индикации.
Один из возможных вариантов механических узлов устройства показан
на рис. 4.
Рис. 4. Механическая модель устройства:
На рис. 5 представлен макет лабораторной установки, в которой
реализована принципиальная электронная схема устройства.
Рис. 5. Макет экспериментальной установки
Конечным результатом данного проекта является создание набора
газоанализаторов различного назначения (наладка автомобильных двигателей на
предприятиях автосервиса и автомобилестроительных компаниях, обслуживание
подразделений ГИБДД, датчики превышения ПДК индивидуального использования) для оперативного
контроля содержания в атмосферном воздухе таких газов, как СО, СО2 и др.
Литература:
1. Лихтер А.М. Оптимальное
проектирование оптико-электронных систем: Монография. Астрахань: Издательский
дом «Астраханский университет», 2004, 241 с.
2. Лихтер А.М.,
Смирнов В.В. Физические основы оптико-электронных измерений. Учебное
пособие. Астрахань: ИД «Астраханский университет», 2005, 288 с.