ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Производство ультрафиолетового трассового газоанализатора ДОАС-М1.

Рекомендуемая область пременения

Контроль за загрязнениями: в городах и индустриальных районах; на нефтеперерабатывающих предприятиях; на крупных автомобильных магистралях; в цементной промышленности; на заводах, производящих удобрения; на заводах, производящих серную кислоту; на деревообрабатывающих предприятиях; на мусоросжигательных заводах и т.п.
Определение переноса загрязнений от промышленных предприятий на жилые районы.
Фоновый мониторинг загрязнения воздуха.
Блочная структура газоанализатора, простота установки и обслуживания и сравнительно низкая стоимость делает возможным и удобным использование прибора в лабораторных исследованиях и в образовательных целях – в научных институтах, лабораториях и университетах для исследования газообразных загрязнений атмосферы и для ознакомления с современными методами ультрафиолетовой атмосферной спектроскопии.

Назначение, цели и задачи проекта

Все применявшиеся до сих пор газоанализаторы обладают недостаточной точностью и чувствительностью. Задачей данного проекта является повышение точности измерений, возможности выявления наиболее полного списка загрязняющих примесей в атмосферном воздухе, значительное снижение трудоемкости и себестоимости технологического процесса мониторинга окружающей среды.

Список газов, определяемых с помощью ДОАС?М1, и пределы их обнаружения (ПО)

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В способе измерения, осуществляемом традиционными устройствами, для определения концентрации газовых компонентов на атмосферной трассе создают излучение в выбранных длинах волн с полосами поглощения в определяемых газах, перехватывают отраженное излучение, регистрируют и разлагают в спектр. Затем оцифрованное излучение передают в компьютер для дальнейшей обработки, при которой сравнивают спектр излучения источника и спектр отраженного пучка излучения. При регистрации, как спектра источника, так и атмосферного спектра возникают дополнительные паразитные структуры, что приводит к значительному снижению точности и чувствительности устройства в целом. Метод измерения, используемый в данном газоанализаторе, исключает возникновение паразитных структур и дает возможность получить точные данные измерений.

Также, оптический метод измерений (анализ спектров), не требует забора проб воздуха и химических реагентов.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Основные компоненты приборов ДОАС:

Ультрафиолетовый источник света прожекторного типа - дуговая ксеноновая лампа с источником питания.

Коаксиальный телескоп, одновременно исполняющий роль прожектора и приемника излучения. Телескоп установлен на двухосном поворотном устройстве.

Ретрорефлектор (уголковый отражатель) - для отражения света с дальнего конца трассы.

Оптико-волоконный световод (ОВС) - для передачи излучения в монохроматор.

Монохроматор - спектрограф - для разложения в спектр излучения, поступившего с трассы.

Фотодетектор (линейка фотодиодов) с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) - для регистрации спектра.

Компьютер (РС или ноутбук) и программное обеспечение - для управления прибором, проведения измерений и обработки данных (компьютер в комплект поставки не входит).

В основе принципа работы трассового газоанализатора лежит метод дифференциальной оптической абсорбционной спектроскопии (ДОАС), основанный на измерении поглощения газами в ультрафиолетовой области спектра. Спектральный прибор, входящий в состав газоанализатора, позволяет фиксировать изменения в спектральном распределении регистрируемого излучения, обусловленные поглощением излучения газовыми компонентами атмосферы при его прохождении по трассе между источником и приемником излучения.

Характерным свойством любого вещества является поперечное сечение поглощения радиации на данной длине волны. Эта величина служит основой для расчета содержания газов в исследуемом пространстве. Поперечные сечения поглощения газов могут быть измерены в лабораториях и занесены в базу данных прибора.

Метод ДОАС может быть применен только к тем веществам, спектр поглощения которых содержит достаточно узкие структуры в виде полос и линий поглощения.

Перед началом измерений выбирается одна из спектральных областей, на которые разбит весь спектральный диапазон измерений газоанализатора, и спектр газов регистрируется в этой области. Метод наименьших квадратов позволяет одновременно определять концентрацию всех газов, поглощающих в выбранной спектральной области.

Принцип действия газоанализаторов ДОАС М1.

Световое излучение от источника света (дуговой ксеноновой лампы) коллимируется телескопом и направляется на атмосферную трассу. На противоположном конце трассы установлен уголковый отражатель (ретрорефлектор), который отражает часть излучения обратно в сторону телескопа. Часть излучения, прошедшего трассу в обратном на­правлении, попадает в апертуру приемного канала телескопа и фокусируется на входном окне оптического световода.

По оптическому световоду световое излучение попадает на входную щель монохроматора, в котором разлагается в спектр. В плоскости одной из выходных щелей монохроматора установлена линейка фотодиодов, сигнал с которой оцифровывается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и поступает в компьютер для дальнейшей обработки.

В процессе обработки спектр излучения, прошедшего трассу, сравнивается со спектром источника, в результате че­го выявляются изменения, обусловленные поглощением излучения газовыми компонентами атмосферы. Поскольку каждый газ имеет свой индивидуальный спектр поглощения, анализ изменений спектра позволяет идентифицировать поглощающие газы и определять их концентрации.

Коаксиальный телескоп.

Труба телескопа изготовлена из алюминия. Внутренняя поверхность трубы покрыта светопоглощающей краской.

Основная деталь телескопа - точное сферическое зеркало 1 с алюминиевым покрытием - установлена на заднем торце корпуса телескопа. Круглое плоское (вторичное) зеркало 2 и плоское поворотное зеркало 3 также покрыты алюминием. Для защиты поверхностей зеркал телескопа от загрязнений и влаги используется плоскопараллельная кварцевая пластина 6, которая крепится на входном торце телескопа.

Узел юстировки 4 входного окна оптико-волоконного световода, установленный на заднем торце корпуса телескопа, позволяет осуществлять тонкую юстировку для фокусировки излучения на приемную апертуру ОВС. В этом же узле установлена линейка со светофильтрами.

Юстировочное устройство для внутренней калибровки предназначено для измерения сигнала ксеноновой лампы. Оно представляет собой цилиндрическую насадку с затвором 5 - круглой шторкой на поворотной ручке. На шторке установлен дополнительный ретрорефлектор. Насадка вставляется внутрь трубы телескопа.

Телескоп при помощи цапф крепится к двухосному поворотному устройству, четыре механизма которого обеспечивают как грубую, так и точную наводку телескопа на ретрорефлектор.

Главное сферическое зеркало телескопа используется как в передающей, так и в приемной части устройства.

Передающий капал. В качестве коллимирующего устройства, необходимого для сбора излучения дуговой ксеноновой лампы и формирования из него узко направленного пучка света, в приборе используется плоское поворотное зеркало 3 и внешнее кольцо главного сферического зеркала 1 телескопа. Коллимированный узкий пучок излучения лампы направляется на ретрорефлектор, расположенный на противоположном конце трассы.

Приемный канал. Излучение, отраженное ретрорефлектором в направлении телескопа, собирается в фокусе внутреннего кольца главного зеркала 1. Вторичное 2 отражает сфокусированное излучение на входное окно ОВС.

При измерениях на атмосферной трассе затвор 5 устанавливается параллельно оптической оси телескопа и не препятствует выходу коллимированного излучения на трассу.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

В разработанных газоанализаторах ДОАС впервые используется коаксиальный телескоп (в отличие от су­ществующих методов). Эта инновация значительно упрощает операции по выполнению трассового мониторинга и существенно снижает их стоимость. В других методах трассового зондирования используются прожектор и приемный телескоп, установленные на разных концах трассы, что требует отдельных источников питания, периферийного дополнительного оборудования, значительно повышает цену системы и делает ее более сложной в использовании и на­стройке.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Приборы предназначены для определения концентрации основных газовых загрязняющих примесей в атмосферном воздухе (озона, формальдегида, двуокиси серы и азота, фенола, бензола, толуола и многих других) на уровне миллиардных долей по объему в реальном времени без забора проб воздуха. Время единичного измерения концентрации одного или нескольких газов - от 30 с до 3 мин.

Впервые используемый КОАКСИАЛЬНЫЙ ТЕЛЕСКОП небольших размеров позволил разработать наиболее легкий трассовый газоанализатор в мире (вес ДОАС М1 - не более 32 кг), отличающийся простотой исполнения, надежностью, удобством использования в мобильных системах мониторинга окружающей среды и низкой стоимостью.

Новые потребительские свойства продукции

Точные измерения концентрации загрязняющей примеси - на уровне миллиардных долей.
Быстрые измерения в реальном режиме времени - время единичного измерения не более 3 мин.
Длительные измерения в автоматическом режиме: продолжительность непрерывных измерений без подстройки прибора - не менее 1 недели и до 2 месяцев.
Возможность одновременного измерения концентрации 33 газов в широком спектральном диапазоне (143 нм) - благодаря вновь разработанному монохроматору.
Не требуется отбора образцов и их анализа - прибор не вносит никаких искажений в характеристики газового состава.
Прибор компактен и мобилен (вес ДОАС М1 всего 32 кг). Может использоваться для измерения концентрации газов в дымовых трубах и других труднодоступных объемах.
Прибор прост в эксплуатации и требует минимум обслуживания.
Простая калибровка - при измерениях не требуется использование газовых калибровочных смесей. Калибровка лампы проводится с помощью прилагаемого устройства (на зарубежных трассовых газоанализаторах проводиться в принципе не может).
Возможны многолетние наблюдения для изучения динамики уровня загрязнения воздуха.
Низкая цена по сравнению с зарубежными аналогами.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Фирма обладает полным комплектом конструкторской и технологической документации на анализаторы. ДОАС изготовлены и успешно применяются в России и за рубежом.

Предлагаемые инвестиции

15 млн. руб.
Объем требуемый инвестиций – до 500 тыс. долларов США:
закупка оборудования
техническое переоснащение
расширение действующего производства

Рынки сбыта

Продукция может поставляться как на внутренние, так и на внешние рынки. Объем и сроки поставок зависят от конкретных условий и обговариваются отдельно. Минимальные сроки поставок от 3 месяцев.

Возможность и эффективность импортозамещения

В настоящее время известно всего несколько зарубежных коммерческих газоанализаторов на основе ДОАС ОР818 (Швеция), ВОА8-2000 (США), 8А1ЧОА (Франция). Приборы иностранного производства морально устарели, а новые образцы не выпускаются из-за технических трудностей исполнения. Выпуск двух последних иностранных приборов остановлен.

Возможность выхода на мировой рынок

Компания обладает достаточным опытом и ресурсами для самостоятельной поставки оборудования в различные регионы (в том числе и на экспорт), обучения персонала заказчика и сервисного обслуживания. ДОАС созданные специалистами компании в настоящее время успешно работают в: ДОАС созданные специалистами компании в настоящее время успешно работают в: Вьетнаме(с 2006 г.) Италии (с 2005 г.) Румынии (с2005 г.) Испании - на Канарских о-вах (с 2004 г.) Иране - г. Шираз (с 2003 г.) Китае - г. Хефеи (с 2001 г.), г.Тянзин (с 2004 г.) Португалии - г.Лиссабон (с 2000 г.) Южной Корее - г Сувон (с 1995 г.), г. Кванджу (с 1999 г.) Киргизии - высокогорная станция Теплоключенка (с 1989 г.) Кубе (с 1987 г.) Белоруссии (с 1986 г.) России - г. Белгород (с 2003 г.), г. Москва (с 2003 г.), г. Ухта(с 2003 г.), г. Обнинск(с 1985 г.)

Срок окупаемости (в месяцах)

60

Дата поступления материала

17.11.2006