ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Производство многоволнового лидара.

Рекомендуемая область пременения

Лидары могут быть использованы для контроля аэрозольных выбросов:
промышленных предприятий (цементных, металлургических заводов);
при взрывотехнических работах, проводимых ГОК и другими предприятиями;
для раннего обнаружения пожаров (задымление фиксируется значительно ранее визуального обнаружения).
Лидары также могут быть использованы для исследования облаков, туманов, атмосферного аэрозоля и пыльных бурь.

Назначение, цели и задачи проекта

В последнее время все больше внимания уделяется улучшению экологического состояния Земли путем мониторинга окружающей среды. Большая часть существующих ранее методик по изучению состава воздуха в том или ином промышленном районе была основана на традиционных контактных способах, имеющих ряд ограничений. К примеру, мониторинг загрязнения огромных пространств проводился только в приземном слое, было невозможно определить источники выброса вредных веществ в промышленном районе и т.д.

Основная задача проекта заключается в решении проблемы дистанционного бесконтактного обнаружения источников выбросов вредных веществ в атмосферу и раннего обнаружения очагов возгорания в крупных лесных массивах.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Методика замеров обычно сводится к следующему: порцию исследуемого воздуха прокачивают через пробирки с растворами и сорбционные трубки. Каждое из содержащихся в них химических веществ чувствительно к какой-либо из ядовитых "добавок" и при реакции с ней меняет в той или иной степени свой цвет.

Подобный анализ несложен и может выполняться непосредственно на месте, но пробы воздуха для него обычно берут вблизи земли. Поэтому и не удается узнать, какое именно из предприятий и в какой мере отравляет воздух. Ведь трубы выбрасывают производственную гарь высоко в атмосферу, а затем все разносится ветрами на многие километры и только там оседает на землю. Возникает необходимость взять пробу воздуха у самой верхушки трубы.

Использование лазерных лидаров позволяет решить эту задачу. Лазерные лидары позволяют осуществлять измерение содержания аэрозолей в воздухе на различной высоте и в разных направлениях. Сбор полученных данных и обработка результатов выполняется непосредственно на одной станции, что в несколько раз сокращает технологическое время проведения анализа и обеспечивает высокую мобильность. 

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Лидар ЛСА предназначен для оперативного дистанционного анализа характеристик атмосферного аэрозоля с помощью лазера, работающего на длинах волн 1064 и 532 нм.

Принцип действия лидара основан на измерении интенсивности рассеяния лазерного излучения аэрозолем атмосферы. Лидар посылает в атмосферу короткий импульс света и принимает обратно сигнал обратного рассеяния.

Рассеяние света в атмосфере происходит как молекулами воздуха (Релеевское рассеяние), так и частицами аэрозоля. Таким образом, наличие аэрозоля в атмосфере увеличивает сигнал обратного рассеяния по сравнению с чистой атмосферой, и концентрация аэрозоля может быть определена как функция расстояния и интенсивности сигнала на фоне чистой атмосферы.

Структура лидара

Система приемопередающая (СПП), которая, в свою очередь, состоит из следующих основных элементов:

1 - лазерного блока с лазерным излучателем LS-2131 - для формирования импульсов светового излучения и направления их в атмосферу;

2 - телескопа - для приема обратно рассеянного излучения;

3 - двухканального фотоприемного блока (анализатора) с оптическими элементами, ФЭУ и лавинным фотодиодом - для детектирования обратно рассеянного излучения.

Система питания и охлаждения (СПО), в которую входят:

4 - блок питания лазера с пультом управления;

5 - система охлаждения лазера;

6 - высоковольтный (ВВ) источник питания фотоумножителя (ФЭУ);

7 - низковольтный (НВ) источник питания усилителя ФЭУ;

8 - низковольтный (НВ) источник питания модуля лавинного фотодиода.

Система регистрации и обработки сигналов (СРОС), состоящая из:

9 - двухканальной платы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) - для регистрации выходных сигналов ФЭУ и лавинного фотодиода;

10 - персонального компьютера РС с программным обеспечением - для выполнения измерений и обра­ботки данных.

Принцип работы

Лазерная головка испускает короткие импульсы излучения на длинах волн 1064 и 532 нм, которые коллимируются и узким лучом направляются в атмосферу.

Блок питания лазера обеспечивает накачку активного элемента лазера и управляет лазером. Двухконтурная автономная система охлаждения необходима для охлаждения активного элемента лазера.

Излучение лазера, рассеянное в атмосфере в обратном направлении, поступает в апертуру приемного телескопа и через диафрагму поля зрения проходит в анализатор. Здесь излучение разделяется на 2 оптических канала- 1064 и 532 нм.

Световые сигналы поступают на детекторы излучения: на лавинный фотодиод (канал 1064 нм) и на фотоумножитель (ФЭУ-100, канал 532 нм). Фотодетекторы преобразуют световые сигналы в электрические (аналоговые) и усиливают их. Для питания фотодетекторов и их усилителей используются ВВ и НВ источники питания.

Далее сигналы поступают в двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), установленный в слот компьютера. АЦП преобразуют аналоговые сигналы ФЭУ в цифровую форму и передают их в память РС для сохранения и дальнейшей обработки.

Питание и охлаждение лазера.

Для питания лазера служит блок внешнего электропитания PS-2225. Блок питания снабжен дистанционным пультом управления RC-5. Управление лазером может осуществляться также с компьютера.

Для обеспечения теплового режима лазерного источника излучения предназначена автономная двухконтурная система охлаждения СР-1115. Хладагентом внутреннего контура служит деионизированная вода, хладагентом внешнего контура является воздух.

Питание ФЭУ-100.

Для электропитания динодной системы ФЭУ используется высоковольтный источник питания, вырабатывающий стабилизированное и регулируемое высокое напряжение. Максимум выходного напряжения - 2500 В. Блок питания снабжен дистанционным пультом управления.

Стандартный низковольтный источник питания ±12 В служит для питания усилителя ФЭУ.

Питание модуля лавинного фотодиода.

Для электропитания внутренних блоков модуля лавинного фотодиода (преобразователя напряжения и усилителя выходных сигналов) используется низковольтный источник питания с выходными напряжениями +30 В, 200 мА и ±12 В, 100 мА.

Стойка для системы питания и охлаждения. Все элементы системы питания и охлаждения устанавливаются внутри металлической стойки и подключаются к сети 220 В.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Дистанционность  - до 10 км.

Отсутствие контактных датчиков.

Определение концентрации загрязняющих примесей на уровне миллиардных долей по объему.

Измерение в реальном режиме времени.

Измерение без забора проб воздуха.

Безреагентная технология измерений.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Время единичного измерения одного профиля аэрозоля не более 15 минут.

Безлюдная технология - 100% автоматизация, за счет применения микропроцессорной техники и бесконтактного метода измерения.

Сокращение времени обработки, анализа промежуточных результатов в 2-4 раза.

Отсутствие дорогостоящих и опасных химических реагентов для анализа.

Непрерывность проведения мониторинга.

Автоматическая запись всех результатов измерений и составление графиков и диаграмм.

Максимальная электрическая мощность, потребляемая прибором – не более 0,75 кВт.

Длительный срок эксплуатации установки.

Новые потребительские свойства продукции

Дистанционность лазерных измерений.
Возможность определить выбранную характеристику воздушной среды в любом направлении лазерного луча и на различных высотах, что позволяет определить источники вредных выбросов.
Хорошее пространственно-временное разрешение (детальное исследование облака загрязняющей примеси, слоя атмосферы и т.д. за короткое время). Это связано с малой длительностью импульса и высокой частотой повторения импульсов лазера. Лазерное зондирование практически мгновенно дает сведения по всей трассе измерений во много раз быстрее, чем изменяется состояние самой атмосферы.
Возможность проведения длительных непрерывных измерений (мониторинг атмосферных загрязнений).

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

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

Предлагаемые инвестиции

16 млн. руб.
Запрашиваемая потребность в инвестициях: 563,5 тыс. долл. США
Цель использования средств:
строительство
покупка оборудования
НИОКР
новое производство
пополнение оборотных средств

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

Основным конкурентом на мировом рынке является фирма «ОПСИС» (Швеция), ее коммерческие трассовые газоанализаторы работают во многих странах мира с 1993г. Приборы морально устарели (перечень измеряемых газов значительно меньше, обладают неудовлетворительными массогабаритными параметрами). Из-за технических трудностей были сняты с производства американские, французские и немецкие приборы.

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.

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

14.12.2006