- Phƣơng trình Lidar cho Lidar hấp thụ vi phân (DIAL):
2.4.1 Hệ đo Lidar hấp thụ vi phân dùng tia cực tím U
Phổ thuộc khu vực các tia cực tím (UV) hữu ích cho các nghiên cứu DIAL. Đặc biệt là ơ nhiễm khơng khí cơng nghiệp bởi vì số chất ơ nhiễm có quang phổ nằm trong vùng UV, mặt khác u cầu an tồn mắt có thể được đáp ứng trong tia cực tím, và bởi vì sự nhiễu nền ánh sáng mặt trời là nhỏ, có thể sử dụng trong điều kiện ban ngày[2],[6].
Hệ thống DIAL tia cực tím đã được phát triển ở một số nước trên thế giới trong hai thập kỷ qua. Một số các Lidars trên xe tải di động đã được phát triển ở Thụy Điển, lần đầu tiên tại Viện Công nghệ Chalmers và sau đó tại Viện Cơng nghệ Lund . Tất cả lidars Thụy Điển đầu đều dựa trên laser Nd: YAG bơm màu, và tất cả đã có một gương quét để lập bản đồ nồng độ chất ô nhiễm theo lát ngang hoặc thẳng đứng.
Năm 1984, các nhà nghiên cứu Thụy Điển đã báo cáo một nghiên cứu của SO2 từ một nhà máy giấy bao gồm bản đồ tập trung cũng như ước tính của thơng lượng của SO2 từ nhà máy.
Các nhà nghiên cứu ở Đức đã phát triển một chiếc UV DIAL di động được gọi là Argos . Argos được thiết kế để đo lường O3, NO2 và SO2. LiDAR này dựa trên hai laser xung Nd: YAG, và hệ thống quang học bao gồm một máy quét hai trục. Argos cũng có ba thành phần Doppler sodar (sodar: tức dị bằng sóng âm thanh) cho phép đo theo chiều dọc của vector gió cho các phép đo khí thải và cho
kiểm tra các hiện tượng liên quan đến giao thơng vận tải nói chung.
Hình 2.4.1.1 Hệ thống Argos. DBS: Gương tách chùm tia. BC: Bản phân cực. D: Tiêu điểm. F: Bộ lọc. L: Thấu kính chuẩn trực
Hệ thống ARGOS được hiển thị dạng biểu đồ trong hình 2.4.1. Các bước sóng được sử dụng là 296.17/297.35 nm cho SO2 và 280.92/282.72 nm cho O3. Các nhà thực nghiệm đã mô tả các phép đo của SO2 và O3 với ARGOS. SO2 đo lượng khí thải từ một nhà máy luyện kẽm ở Đức và các nhà máy thép ở Brazil.
Tại Hoa Kỳ, một hệ thống DIAL di động để sử dụng trong các nghiên cứu chất lượng khơng khí được xây dựng bởi Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Mơi trường (ETL) và Khí quyển Đại dương Quốc gia (NOAA) . Hệ thống, được gọi là OPAL (Hồ sơ Ozone khí quyển Lidar), là khá khác so với hệ thống ở châu Âu vì nó được thiết kế để có được phân bố theo chiều dọc của khí O3. LiDAR sử dụng bước sóng của Nd: YAG, dịch chuyển Raman đối với H2 và D2 và tần số tổng hợp pha trộn để tạo ra 266, 289, 299, và 355 nm. Tất cả các bước sóng được truyền đi đồng thời và cách nhau trong đầu thu với các bộ lọc và một quang phổ kế. Các tín hiệu 355-nm
được sử dụng để đánh giá hồ sơ của các loại sol khí. OPAL đã được sử dụng trong các chiến dịch đo chất lượng khơng khí nhiều trong thập kỷ qua, và thường xuyên được nâng, cải tiến trong cấu hình quang học của nó.
Hình 2.4.1.2 Máy OPO tạo tia UV
Hầu hết các hệ thống DIAL châu Âu sử dụng laser màu tunability trong khi các hệ thống sử dụng NOAA OPAL Raman có ưu điểm là nhỏ gọn, đơn giản . Lý tưởng nhất, một nguồn laser sẽ cung cấp tất cả những thuộc tính này. OPO(máy tổng hợp tần số) là một lựa chọn tốt, laser rắn bắt đầu xuất hiện trong các hệ thống LiDAR. Trong hội nghị năm 2002, những nhà nghiên cứu đã báo cáo về OPO cho bức xạ UV, sử dụng các bước sóng khác nhau của Nd: YAG cho cả hai khoang bơm OPO và để tổng hợp tần số.. Qua đó thu được năng lượng xung lên đến 10 mJ trong vùng 281-291 nm và 4% hiệu suất chuyển đổi từ Nd: YAG cơ bản ở 1064 nm bằng cách sử dụng máy trộn, như trong hình. 2.4.2. Họ mơ phỏng OPO cho DIAL, bao gồm một thiết kế an toàn, dễ dàng xử lý, chi phí thấp, ,ổn định . Năng lượng và bước sóng của nguồn OPO được sử dụng trong Profiler Ozone tiếp thị bởi hệ thống Laser Elight Teltow, Đức. Profiler Ozone là một hệ thống tự động với một phạm vi độ cao từ 100 m lên đến 2 km