Главная >> Диссертации - все темы

Pages: |

| 2 | 3 | 4 |

«АППАРАТУРА И МЕТОДЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО РАССЕЯНИЯ И ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ ДЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ПОТОКАХ ГАЗОВ С ГОРЕНИЕМ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Российская Академия Наук

Сибирское Отделение

Федеральное государственное бюджетное учреждение наук

ИНСТИТУТ ТЕПЛОФИЗИКИ им. С.С. КУТАТЕЛАДЗЕ

(ИТ СО РАН)

На правах рукописи

Федоров Сергей Юрьевич

АППАРАТУРА И МЕТОДЫ

МОЛЕКУЛЯРНОГО РАССЕЯНИЯ И ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ

ДЛЯ ЛОКАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ПОТОКАХ ГАЗОВ С ГОРЕНИЕМ

01.04.05 - «Оптика»

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Новосибирск – 2014

……………………………………………………….. РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………. 1.1 Основы методов РР, СКР, КАРС, ЛИФ ………………………………….. 1.2 Возможности средств для измерений в потоках в конце 1980-х.… РАЗДЕЛ 2. АППАРАТУРА………………………………………………………..… 2.1 Двухволновый КАРС-спектрометр для одновременных измерений температур и концентраций вещества……………………………………….. 2.2 Многоцелевой КАРС-спектрометр на основе мощного лаз ера……. 2.2.1 Несущая конструкция………………………………………………………….. 2.2.2 Лазер накачки…………………………………………………………………… 2.2.3 Перестраиваемый лазер……………………………………………………….. 2.2.4 Приемная система…………………………………………………………...… 2.2.5 Тестирование в пламенах водорода, пропана и этанола……………………. РАЗДЕЛ 3. РАСЧЕТ СПЕКТРОВ………………………………………………….... 3.1 Спектры однофотонных переходов – ЛИФ. Алгоритмы расчета спектров флуоресценции и эмиссии радикалов……..……………………. 3.1.1 Радикал ОН (система A2+X2)……………………………………………... 3.1.2 Радикал SiН (система A2X2)……………………………………………… 3.1.3 Радикал СН (системы A2X2, B2-X2, C2+X2)…………………….. 3.1.4 Ион N2+ (система B2u+X2g+)……………………………………………….. 3.1.5 Сравнение с известными экспериментальными спектрами ЛИФ…………. 3.2 Спектры двух- и четырехфотонных переходов – КР и КАРС…..….. 3.2.1 Программа “CARSspectra”…………………………………………………..… 3.2.2 Алгоритмы расчета спектров………………………………………………… 3.2.3 Сравнение с известными экспериментальными спектрами КАРС……..…

РАЗДЕЛ 4. СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ПРИ

ИМПУЛЬСНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ КАРС………………………………...………… 4.1 Уменьшение случайной погрешности измерений в схеме широкополосного КАРС с двукратно вырожденными частотами лазера накачки …………………………………………………………..……….. 4.2 Уменьшение случайной погрешности измерений в схеме двойного широкополосного КАРС для чисто вращательн ых спектров.………... РАЗДЕЛ 5. ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ В ИССЛЕДОВАНИЯХ……………….. 5.1 Измерения методом РР …………………………………………………….. 5.1.1 Конденсация смесей в свободной струе……………………………………... 5.1.2 Применимость рэлеевского рассеяния для исследования пламен………….. 5.2 Измерения методом КР …………………………………………………….. 5.2.1 Бесконтактные измеpения в пламени для проверки данных зондового масс-спектрометрического метода……………………………………….……… 5.2.2 Применение метода вращательного КР для исследования газовых примесей……………………………………………………………………………………….. 5.3 Измерения методом КАРС……………………………………………….… 5.3.1 Двухточечные измерения……………………………………………………... 5.3.2 Измерение температуры горения твердого топлива……………..……….. 5.3.3 Исследование вихревого течения методом двойного широкополосного КАРС…………………………………………………………………………………. 5.4 Измерения методом ЛИФ…………………………………………………... 5.4.1 Применение ЛИФ в линейном режиме для исследования пламен этанола и водорода………..………………………………………………………………….. 5.4.1.1 Температура в диффузионных пламенах…………….……………………. 5.4.1.2 Температура при горении смеси H2-O2……………………………………. 5.4.1.3 Концентрация радикалов ОН………………………………………………. 5.4.2 Применение ЛИФ в режиме с насыщением сигнала для исследования пламен этанола и водорода……..………………………………………………….. 5.4.2.1 Концентрация радикалов ОН в пламенах этанола и водорода………..…. 5.4.2.2 Концентрация радикалов СH при горении на сфере…………………….... 5.4.2.3 Концентрация радикалов ОН в пограничном слое с горением этанола.... ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..…….. СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ…………………... СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………... ПРИЛОЖЕНИЕ А. Распределение концентрации радикала ОН в турбулизованном пограничном слое с испарением и горением этанола……………………………………………………………………………… ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Распределение концентрации радикала OH в турбулизованном пограничном слое в закрытом канале и с ускорением потока…………………………………………………………….… ПРИЛОЖЕНИЕ В. Распределение параметров в трубке Ра нка-Хилша.. ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Распределение радикалов OH в диффузионном пламени водорода………………………………………………………………... ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Совместные калибровки по волновым числам двух линеек……………………………………………………………………….… ПРИЛОЖЕНИЕ Ж. О сверхравновесной концентрации радик алов……. ПРИЛОЖЕНИЕ И. Оценка расхождений между осреднёнными и импульсными измерениями………………...…………………………………. ПРИЛОЖЕНИЕ К. ТЕКСТЫ ПРОГРАММ………..……………………………… К.1 Программы расчета спектров ЛИФ OH (A 2 + X 2, 0-0, 1-1)….... К.2 Программы расчета спект ров ЛИФ OH (A 2 + X 2, 1-0, 2-1)…… К.3 Программы расчета спектров ЛИФ SiH (A 2 X 2, 0-0, 1-1, 2-2). К.4 Программы расчета спектров ЛИФ СH (B 2 - X 2, 0-0)…………... ПРИЛОЖЕНИЕ Л. Акты внедрения…….…...……..………………………………

ВВЕДЕНИЕ

Общая характеристика работы.

Диссертация посвящена разработке, совершенствованию и применению аппаратуры и методов лазерной диагностики реагирующих газовых потоков. Рассматриваются различные методы оптических исследований с использованием лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ), рэлеевского рассеяния света (РР), а также комбинационного – спонтанного (КР) и когерентного (КАРС). В процессе работы была построена многоцелевая измерительная система с использованием в качестве компонентов как серийно выпускавшейся аппаратуры, так и созданной в лаборатории. Были разработаны лазеры с улучшенными энергетическими и спектральными характеристиками, оптические схемы фокусировки излучения, электронные схемы регистрации импульсных сигналов, методики калибровки и уменьшения погрешности, компьютерные программы обработки спектральных данных. Техника применялась при исследовании газофазных пламен, горения испаряющегося этанола в пограничном слое и твердого топлива при повышенном давлении, конденсации в расширяющейся струе. Каждое из применений служило тестированием, позволяя изучить возможности и ограничения методов.

Актуальность темы. Многие задачи газовой динамики, энергетики приводят к проблеме невозмущающих исследований газовых потоков и пламени с высоким временным и пространственным разрешением. Сложная структура, широкий диапазон термодинамических параметров, турбулентный характер движения серьезно затрудняют применение как «чистого» математического моделирования для их решения, так и контактных методов экспериментального исследования.

Широко используемые лазерная анемометрия и методы визуализации не обеспечивают необходимой полноты информации об исследуемых объектах. Горение – многопараметрический процесс, при экспериментальном исследовании которого необходимы опытные данные, характеризующие различные стороны этого явления: химические, газодинамические, тепловые и т.д. Результаты измерений средних во времени концентраций, температур, скоростей движения газа, а также тепловых и массовых потоков отражают наиболее общие свойства реагирующего течения. Для этих целей успешно применяются традиционные зондовые методы.

Оптические бесконтактные методы измерений, получившие широкое развитие с применением лазеров, позволяют измерять с высоким временным и пространственным разрешением мгновенные значения параметров, необходимые для углубленного изучения процессов в потоках. Оптические методы измерения скалярных параметров в сфокусированных пучках, основанные на многофотонных процессах взаимодействия света с молекулами в газах, открывают возможность измерять населенности уровней молекул и радикалов. А это прямой путь для получения недостающей информации о локальных температуре и абсолютных концентрациях.

Отсюда следует, что применение этих методов является важной и актуальной задачей.

Степень разработанности темы. Пропуская историю предсказания, открытия и исследования эффектов, связанную с именами Стретта (Рэлея), Эйнштейна, Смекала, Рамана, Кришнана, Ландсберга, Мандельштама и др., можно сказать, что основанные на их использовании методы в современном понимании появились после изобретения лазера. В последующий период они развивались усилиями большого количества исследователей вслед за появлением новых образцов лазерной, фотоприемной и компьютерной техники. Lapp и Penney измеряли сечения КР. Inaba и Kobayasi совершенствовали технику лидарных КР-измерений в исследованиях загрязнений атмосферы. Taran с сотрудниками первыми применили КАРС для измерений в пламени. Yuratich исследовал влияние ширины лазерной линии на спектр КАРС. Eckbreth и Anderson предложили схему DBCARS для чисто вращательных спектров, а Leipertz исследовал возможности этой схемы. Alden проводил двухволновые измерения в турбулентном пламени. Stepovsky, Crosley, Kohse-Hoinghaus, Cattolica в своих исследованиях использовали ЛИФ радикалов.

Hanson применял флуоресценцию для двумерной визуализации. В нашей стране известны работы по методам нелинейной оптики Ахманова С. А. и Коротеева Н. И. из Московского государственного университета. В Институте общей физики Академии наук Смирнов В. В. развивал КАРС со сканированием спектра.

Анализ литературы по методам измерений за годы, предшествующие началу наших исследований в конце 1980-х, позволяет выявить следующие недостатки, препятствовавшие использованию всех потенциальных возможностей спектроскопии:

– оставались неисследованными границы применимости методов к реальным объектам для получения количественной информации о параметрах газовых сред;

отсутствовала готовая к применению техника;

– обычно использовалось накопление сигнала, пригодное только для стационарных объектов; импульсные измерения КАРС сдерживались высокой погрешностью из-за нескомпенсированного спектрального шума лазеров;

– не было доступных программ расчета спектров; обработка данных ограничивалась интенсивностями изолированных линий в рамках одной ветви; накопленная информация о восприимчивости газов требовала нового формата для ее верификации и использования.

Следует отметить слабую освещенность темы в отечественной литературе.

Цель работы – исследование реальных возможностей и ограничений методов оптических исследований в газах с использованием РР, КР, КАРС, ЛИФ с применением имевшейся техники и разработка новых эффективных технических средств измерения параметров среды с высоким временным и пространственным разрешением применительно к исследованиям течений реагирующих газов.

Основные задачи

разработка и создание аппаратуры для возбуждения и регистрации спектров и компьютерных программ обработки экспериментальных данных;

исследование способов уменьшения погрешности спектральных импульсных измерений;

получение опытных данных о температуре и концентрации молекул и радикалов в условиях, когда применение других методов затруднено.

Научная новизна. Новыми результатами диссертации являются:

– экспериментальная оптическая схема двухволнового КАРС-спектрометра для одновременного определения температуры и концентрации в газах, эффективно использующая энергию имеющегося лазерного излучения для возбуждения сигнала последовательно в контрольном и измерительном объемах, с разделением пучков излучения, рассеянного в этих объемах, при помощи оптического клина.

Она позволяет в диапазоне применимости метода получить высокую чувствительность аппаратуры при имеющейся невысокой энергии лазерной системы;

– способы уменьшения случайной погрешности измерений методами КАРС и двойного широкополосного КАРС, обусловленной пульсациями спектральной интенсивности сигнала. В отличие от известных решений, в методе КАРС с вырожденными частотами предлагается регистрировать импульсные спектры широкополосного лазера при одновременном исключении контрольного объёма из оптической схемы. В методе двойного широкополосного КАРС предлагается использовать альтернативные варианты фазового согласования пучков в измерительном и контрольном объемах с перекрестной нормировкой на линии другой ветви. Эти способы применимы при моноимпульсных измерениях, когда неэффективно повышение интенсивности сигнала и невозможно накопление;

– универсальная компьютерная программа для КР- и КАРС-спектроскопии, реализующая функции расчета спектров и обработки экспериментальных спектральных данных с детальным учетом параметров регистрирующей аппаратуры.

Она предоставляет пользователю наглядное отображение данных, их накопление и обработку, широкие возможности для оптимизации измерений; применима в случае существенного перекрывания линий в спектрах, в том числе, в спектрах смесей газов. Не имеет отечественных аналогов.

Оригинальность перечисленных решений подтверждена патентами РФ.

Также предложены и впервые применены:

– оптические схемы КАРС для двухточечных измерений корреляционных характеристик в потоках;

– схема двухволнового КАРС для импульсного измерения температуры в струе продуктов горения твердого топлива при высоком давлении по неразрешаемому спектру азота;

– спектральные схемы ЛИФ для измерения температуры и концентрации радикалов при горении газофазного топлива.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Создана аппаратура, превосходящая по совокупности характеристик применявшуюся ранее технику для контактных измерений. Показана ее применимость в реагирующих турбулентных потоках при давлении до 4 МПа в химически агрессивной газовой среде при температуре до 3100 К и при сверхзвуковых скоростях движения. Она позволяет исследовать процессы с временным разрешением 10 нс и пространственным разрешением 0,10,11,0 мм3.

Предложен и апробирован вариант КАРС-спектрометра с наиболее эффективным использованием располагаемой энергии лазерного излучения.

Многоцелевой КАРС-спектрометр адаптирован для применения на различных аэродинамических установках.

Создана универсальная программа для ЭВМ “CARSspectra”, предназначенная для обработки спектров, полученных методами КР, КАРС и двойного широкополосного КАРС. Помимо расчета теоретических спектров, она содержит инструментарий для обработки экспериментальных спектров – методы калибровки, коррекции, сравнения, интегрирования сигнала в выбранных диапазонах. Программа зарегистрирована в реестре программ для ЭВМ Федеральной службы по интеллектуальной собственности, размещена на сайте ИТ СО РАН и открыта для использования как специалистами, так и в учебном процессе.

Созданы программы расчета спектров ЛИФ радикалов. Их тексты помещены в приложения к диссертации.

Предложены и апробированы схемы и методики измерений в спектрах КАРС и двойного широкополосного КАРС, уменьшающие влияние спектрального шума лазеров на результат измерений.

Полезность решений зафиксирована в патентах и научных статьях.

Полученные опытные данные о диапазоне применимости оптических методов измерения скалярных параметров газовых сред в сфокусированных пучках могут быть полезны специалистам в соответствующих областях:

– параметры возникновения конденсации в свободных струях смесей моносилана можно использовать при выборе режимов напыления тонких пленок;

– температура факела при горении твердого топлива может быть использована для проверки расчетных значений;

– учет величины смещения места отбора пробы зондом позволит уменьшить систематическую ошибку при масс-спектрометрических исследованиях;

– опытные данные по распределению абсолютных концентраций радикалов OH в турбулентном пограничном слое с горением этанола размещены на сайте Института и могут использоваться для тестирования расчётных моделей.

Методология и методы исследований. Диссертационное исследование строилось на системной методологии оптической спектроскопии. Оно опиралось на представленную в научной литературе обширную информацию о молекулярных константах, системах энергетических уровней, свойствах оптических переходов, тензорных свойствах восприимчивости вещества. Основным методом исследования в работе является физический эксперимент, включающий в себя измерение параметров лазерного излучения и сигнала рассеяния или флуоресценции, возникающих в результате воздействия лазерного излучения на объекты исследования. Для многофотонного воздействия на молекулы использовались апробированные способы частотного и фазового согласования пучков. Регистрация широкополосного сигнала проводилась методами многоканальной оптической спектроскопии. Результаты исследований, представленные в диссертации, получены с применением численного моделирования при обработке спектральных данных.

Программы создавались самостоятельно средствами Microsoft Visual Studio 2008.

В части, касающейся тестирования и применения разработанных аппаратуры и программ, использованы данные об исследуемых объектах, ранее полученные другими авторами методами газовой хроматографии, масс-спектрометрии, лазерной анемометрии и др.

Основные положения, выносимые на защиту:

а) разработан многоцелевой спектрометр на основе мощного Nd:YАG лазера и накачиваемого им лазера на красителях. В нем используются двух-, четырех-, а также однофотонные межуровневые переходы в молекулах и радикалах для бесконтактных количественных измерений температуры (до 3100 К) и концентраций (от 0,01%) в реагирующих газовых потоках в сложных условиях при высоком временном (10–8 с) и пространственном (0,1 мм3) разрешении. Имеет приближенные к предельным энергетические характеристики и адаптирован для использования на разных аэродинамических установках;

б) доказана взаимосвязь профилей спектральной интенсивности широкополосного лазера и антистоксова сигнала, полученных при моноимпульсной регистрации в схеме КАРС с вырожденными частотами. Их одновременное измерение в одной вспышке лазеров и совместная обработка позволяет уменьшить случайную погрешность измерения температуры без использования контрольного объема;

в) показано, что изменение варианта синхронизма для взаимодействующих лазерных компонент на альтернативный изменяет знак рамановского сдвига для рассеянной компоненты двойного широкополосного КАРС (схема с невырожденными частотами). Это обеспечивает коррелированные пульсации для одноименных линий, соответственно, в O- и S-ветвях двух спектров, полученных в одном импульсе лазеров, и может использоваться для уменьшения случайной погрешности измерений при одновременном упрощении аппаратуры;

г) температура и концентрации радикалов и молекул могут быть получены из широкополосных спектральных данных при расчете полной базы данных межуровневых переходов (одно-, двух- и четырехфотонных) и с учетом параметров лазерного излучения и регистрирующей аппаратуры;

д) также автор защищает полученные при исследованиях возможностей методов измерений в сфокусированных лазерных пучках в газах – РР, КР, КАРС и ЛИФ опытные данные:

– о плотности газа в свободных струях смесей моносилана;

– о составе газов при диффузии воздуха в He и H2 в широком диапазоне концентрации воздуха: 0,01–100 %;

– о температуре факела при горении твердого топлива;

– о температуре и концентрации радикалов при горении газофазного топлива;

– о распределении абсолютных концентраций радикалов OH в пограничном слое с горением этанола.

Степень достоверности и апробация результатов исследования.

Достоверность результатов достигалась:

– применением методов измерений, основанных на эффектах с математически строгой зависимостью сигнала от параметров исследуемой среды;

– расчетом полной базы данных межуровневых переходов и использованием известных молекулярных констант при обработке спектральных данных;

– принципом минимизации расхождения между расчетным и экспериментальным спектрами, положенным в основу методов обработки данных;

– выбором разнообразных объектов исследований (пограничный слой с горением над испаряющейся поверхностью, истекающие в вакуум и затопленные струи, газофазные пламена и продукты горения твердого топлива);

– воспроизводимостью полученных данных и их сравнением с известными апробированными данными других авторов, которые были получены в аналогичных условиях, в том числе, с применением контактных методов измерений;

– калибровкой разработанной измерительной аппаратуры по эталонным объектам с известными параметрами.

Результаты работы регулярно обсуждались по месту выполнения на семинаре Лаборатории термохимической аэродинамики Института теплофизики СО РАН, руководимой академиком РАН Волчковым Э. П., получили одобрение на заседании Ученого совета Института и общеинститутском семинаре академика РАН Накорякова В. Е. в 2013 г., докладывались на международных конференциях ICDERS-1989 (Анн Арбор, США), ISFS-1989 (Алма-Ата)/ 1992/2011 (Новосибирск), ICMAR-1996/2002/2004/2007/2010 (Новосибирск), ММФ-2004/2008/ (Минск), NEPCAP-2005 (Сочи), IHTС-2006 (Сидней, Австралия), FLUCOME- (Москва), конференции по явлениям в ионизованных газах – 1999 (Варшава, Польша) и симпозиуме по химии плазмы – 1999 (Прага, Чехия), симпозиумах по горению и взрыву GV-2005/2008 (Черноголовка), а также на Всесоюзной конференции «Генераторы низкотемпературной плазмы» – 1989 (Новосибирск), Всесоюзной/ Межреспубликанской конференции «Оптические методы исследования потоков» – 1989 /1993 (Новосибирск), Российских национальных конференциях по теплообмену РНКТ-1994/2006/2010 (Москва), Сибирском теплофизическом семинаре, посвященном 90-летию академика С.С. Кутателадзе, СТС-2004 (Москва – Новосибирск).

Личный вклад автора.

Работа выполнена в 1989-2013 гг. в лаборатории термохимической аэродинамики Института теплофизики СО РАН 1, руководимой академиком РАН Волчковым Э.П. В предшествующий период в лаборатории уже проводились исследования процессов горения в пограничном слое. Для этого была создана аэродинамическая установка, оснащенная комплексом измерительной аппаратуры (газовый хроматограф, лазер-доплеровский анемометр, контактные измерения температуры). На ней получены обширные экспериментальные данные о распределениях температуры и концентраций молекулярных компонентов при различных режимах течения, необходимые для проверки основных допущений, используемых в разрабатываемых теоретических моделях, а также при создании энергетического оборудования. Выполнены комплексные исследования тепломассообмена, в которых обнаружены ранее не известные его закономерности. К их числу относится явление ламинаризации и подавления процессов переноса, аномальное увеличение выгорания стенок канала в ускоренных потоках, изменения интенсивности теплообмена в переходном режиме течения. Впервые получены результаты, характеризующие взаимное влияние горения и турбулентности набегающего потока, а также продольного градиента давления. Дальнейший прогресс в теории реагирующего пограничного слоя связывали с получением данных не только о средних величинах, но и о пульсационной структуре фронта пламени.

Поэтому параллельно с использованием традиционных экспериментальных метоПервые результаты были получены до 1989 г. во время работы автора в Институте теоретической и прикладной механики СО РАН.

дов проводились изложенные в этой диссертации исследования возможностей применения оптических методов на основе эффектов комбинационного рассеяния света (КР, КАРС) и лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ).

Все результаты, представленные в диссертации, получены автором самостоятельно или при его непосредственном участии. Диссертантом сформулирована задача создания многоцелевой лазерной системы с возможностью использования ряда оптических методов для исследования газовых потоков, в том числе, с горением. Автор осуществил моделирование спектров КР и КАРС, положив в основу расчет полной базы данных для комбинационных переходов. Ему принадлежат:

алгоритмы расчета спектров и обработки экспериментальной спектральной информации, программа “CARSspectra”, программы расчета спектров ЛИФ. Под его руководством разработаны методики уменьшающие влияние пульсаций в спектре широкополосного излучения лазера на красителях на результат измерений методами КАРС и двойного широкополосного КАРС.

Личный вклад автоpа в pаботах, выполненных в соавтоpстве, заключается в выбоpе, отработке и настройке оптических схем и схем pегистpации сигнала, создании методик обpаботки данных, участии в проведении измерений, оценке погpешностей, а также автором разработано и изготовлено:

- устpойство синхpонного детектиpования составляющих полного сигнала с pевеpсивным вычитанием для измеpений пороговых сигналов;

- схема двухволнового селективного pезонатоpа пеpестpаиваемого лазеpа для измеpений в спектpах КАPС, получен сигнал когеpентного антистоксова pассеяния на двух вpащательных пеpеходах молекулы водоpода, пpедложена методика измеpения и обpаботки данных и изготовлена четыpехканальная электронная система сбоpа данных, выбpана схема фокусирования пучков для измеpения автокоppеляций в затопленной стpуе;

- спектральные схемы возбуждения и регистрации сигнала флуоресценции и электронная схема регистрации сигнала фотоумножителя с временным разрешением 1 нс.

Вместе с Бояpшиновым Б.Ф. создавалась оптическая схема и конструкция КАРС-спектрометра, на которые были получены патенты, проведены исследования особенностей применения рэлеевского рассеяния в пламенах органических веществ, изучение возможностей измерения ЛИФ гидроксила, измерения температуры в струе продуктов горения твёрдого топлива при повышенном давлении, измерения в пламенах водорода и этанола. С участием Волкова А.А. проводились двухточечные измерения. При участии сотрудников ИХКиГ СО РАН Коpобейничева О.П. и Терещенко А.Г. были пpоведены КP-измеpения в обоснование зондового метода и эксперименты с горением твердого топлива. Совместно с Шарафутдиновым Р.Г. и Хмелем С.Я. проводилось исследование методом рэлеевского рассеяния конденсации в свободных струях на установке ВС-4. Представление изложенных в диссертации и выносимых на защиту результатов, полученных в совместных исследованиях, согласовано с коллегами, которым автор выражает благодарность за сотрудничество.

Публикации. Всего опубликованы 56 печатных работ. Из них, исключая отчеты о НИР, препринты и тезисы докладов, по теме диссертации – 37, в том числе 16 статей согласно перечню российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертаций, статья в иностранном журнале «Combustion and Flame», а также 2 патента РФ на изобретения, свидетельство на программу для электронных вычислительных машин, монография «Законы горения» (с соавторами), и 20 работ – в сборниках трудов конференций. В данных публикациях в полной мере отражены основные научные результаты работы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, заключения, списка литературы, включающего 187 наименований, и 9 приложений.

Общий объем работы 314 страниц, включая 125 рисунков, 26 таблиц и приложения. Диссертация и автореферат диссертации оформлены в соответствии с СТО СГГА 002–2013.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы диссертации, определены цель, задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, изложено краткое содержание диссертации по главам и параграфам.

Первый раздел представляет собой обзор публикаций по оптическим бесконтактным методам измерений в сфокусированных лазерных пучках. В настоящее время существует уже достаточно много обзорных статей [89, 69], тематических выпусков журналов [64, 65] и книг [126, 3, 24, 32, 91, 133, 115], посвященных как отдельным лазерным методам измерений, так и теме в целом. Этот обзор не претендует на полноту, а предназначен лишь для того, чтобы напомнить физические основы методов (1.1) и получить представление о возможностях экспериментальной аппаратуры для измерений в газах, которые были достигнуты к началу наших исследований (1.2).

Второй раздел посвящен вопросам создания аппаратуры для исследования реагирующих потоков. В нем сформулированы требования к диагностической аппаратуре, применяемой в сложных условиях – в химически агрессивной среде с большой амплитудой пульсаций локальных параметров. Разработаны два варианта аппаратуры: двухволновый КАРС-спектрометр для одновременных измерений мгновенных температур и концентраций вещества (2.1) и многоцелевой КАРСспектрометр на основе мощного лазера (2.2). Рассмотрены оптические схемы лазера накачки, перестраиваемого лазера на красителях и различные варианты спектрометра в целом. Приведены результаты тестирования созданного измерительного комплекса (2.3), применимого при исследовании турбулентных реагирующих течений, получены данные о его возможностях и ограничениях.

Третий раздел посвящен моделированию взаимодействия лазерного излучения с газовой средой. Расчет спектральной интенсивности сигнала является необходимой составляющей процедуры измерения оптическими методами. Именно в расчете соблюдается последовательный учет процессов, происходящих при взаимодействии излучения и вещества, а также преобразования оптического сигнала при его обработке и регистрации. Только физически обоснованное и математически строгое рассмотрение эффектов, положенных в основу методов измерений, обеспечивает научную достоверность полученных результатов. Первоначально из-за ограниченных возможностей фотоприемной и вычислительной техники создавались простые методики измерений по интегральным интенсивностям отдельных линий или целых ветвей. Их использовали для обработки сигналов, полученных фотоумножителями с интегрированием по широким интервалам. Гораздо удобнее широкополосные измерения с использованием многоканальных приемников. Они позволяют контролировать уровень фона в каждом импульсе. Главное, они делают измерения универсальными. А обработку полученных спектров позволяют отработать впоследствии. В этом разделе представлены алгоритмы расчета спектров для однофотонных процессов ЛИФ (3.1), а также двух- и четырехфотонных процессов – КР и КАРС (3.2). Приводится описание программы «CARSspectra», предназначенной для обработки экспериментальных спектров.

Четвертый раздел посвящен разработке методов уменьшения случайной погрешности измерений. Известные меры, способствующие уменьшению погрешности спектральных измерений, заключаются в повышении интенсивности светового сигнала и чувствительности фотоприемника, а также в использовании нормировки сигнала на мощность лазерного излучения. В нашей работе [35], которая описана далее в 5.2.1, удалось увеличить используемую мощность излучения и вместе с ней интенсивность сигнала КР примерно в 10 раз тем, что исследуемый объект был помещен внутрь резонатора лазера. Дополнительно использовалось синхронное детектирование составляющих полного сигнала с накоплением в течение нескольких минут. Однако, последняя мера неприменима при исследовании нестационарных объектов, требующих измерения параметров за один импульс лазерного излучения. В другой нашей работе [43] для «мгновенных» измерений в водородном пламени были испытаны импульсные УФ эксимерные лазеры с энергией ~ 0,15 Дж/имп., разработанные в ИТПМ СО РАН Маловым А.Н. [40, 41], позволившие получить спектры спонтанного комбинационного рассеяния в УФ области2. Эти лазеры оказались эффективными, благодаря сильной зависимости сеОни использовались также в первых опытах по созданию ЛИФ-диагностики [44, 45] чения рассеяния от длины волны (~ 1/ ). Было впервые показано [42]3, что чувствительность аппаратуры достигала уровня, позволяющего проводить моноимпульсные измерения концентрации в пламени методом КР с удовлетворительной точностью. В последующих работах других авторов [78, 153, 108] продолжились такие исследования с использованием серийных эксимерных лазеров. В когерентном варианте рамановской спектроскопии можно получить световой сигнал с интенсивностью на порядки большей, чем в спонтанном. Для него дробовой шум фотоприемника как фактор, определяющий ошибку измерения в случае слабого сигнала, отходит на второй план. При широкополосных импульсных измерениях КАРС главным источником случайной ошибки становится невоспроизводимость интенсивности в спектре сигнала от импульса к импульсу, которая нередко достигает 50%, и вызвана нестабильностью параметров лазерного излучения. Наши методы позволяют уменьшить влияние нестабильности широкополосной накачки на спектр сигнала в каждом импульсе лазеров. В этой главе приводятся разработанные способы уменьшения случайной ошибки измерений по форме широкополосных спектров обоих типов – КАРС (4.1) и двойного широкополосного КАРС (4.2).

В пятом разделе представлены результаты применения разработанных методик, аппаратуры и программ для проведения экспериментальных исследований в потоках и пламенах. Методами РР (5.1), КР (5.2), КАРС (5.3) и ЛИФ (5.4) исследовались свободные струи, расширяющиеся в вакуум, затопленные струи, истекающие в воздух, вихревое течение в ограниченном объеме, горение газофазного и твердого топлива, ламинарный струйный пограничный слой и турбулентный пограничный слой с горением этанола. Все предпринятые эксперименты были проведены с выходом на предельные возможности аппаратуры по чувствительности, а также временному и пространственному разрешению. Их общая тенденция заключалась в том, чтобы максимально расширить эти пределы путем наиболее эффективного использования энергии имеющегося лазерного излучения.

В заключении подводятся итоги выполненной работы, суммированы результаты проведенных разработок и экспериментов, а также сформулированы выводы.

См. также [4, 66, 67] В приложениях содержатся результаты некоторых количественных измерений, тексты программ и прочие материалы, дополняющие основное содержание.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Якоби, Ю. А. Перестраиваемые лазеры с разделением линий генерации внутри резонатора [Текст] / Ю. А. Якоби, П. В. Григорьев, А. Н. Малов, А. Л. Рудницкий, С. Ю. Федоров, Р. И. Солоухин, Ю. Е. Студеникин // Квантовая электроника. – 1985. – Т. 12, № 2. – С. 351–354.

2 Коробейничев, О. П. К обоснованию зондового масс-спектрометричес-кого метода исследования структуры пламен с узкими зонами горения [Текст] / О. П. Коробейничев, А. Г. Терещенко, И. Д. Емельянов, А. Л. Рудницкий, С. Ю. Федоров, Л. В. Куйбида, В. В. Лотов // Физика горения и взрыва. – 1985. – № 5. – С. 22–28.

3 Малов, А. Н. Применение эксимерных XeCl и KrF лазеров для диагностики пламени методом спонтанного комбинационного рассеяния [Текст] / А. Н. Малов, С. Ю. Федоров // Физика горения и взрыва. – 1988. – Т. 24, № 4. – С. 54–58.

4 Бояршинов, Б. Ф. Использование КАРС-спектрометра для одновременных измерений температур и концентраций в водородо-воздушных пламенах [Текст] / и взрыва. – 1993. – № 5. – С. 34–37.

5 Бояршинов, Б. Ф. Спектрометр когерентного антистоксова рассеяния на вращательных переходах водорода [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров, А. А. Волков // Приборы и техника эксперимента. – 1994. – № 1. – С. 153–158.

6 Бояршинов, Б. Ф. Измерение корреляционных характеристик затопленной струи по комбинационному рассеянию света [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров, А. А. Волков // Приборы и техника эксперимента. – 1994. – № 5. – С. 110–116.

7 Федоров, С. Ю. Альтернативный синхронизм во вращательном когерентном антистоксовом рассеянии света [Текст]/ С. Ю. Федоров // Приборы и техника эксперимента. – 1996. – № 1. – С. 125–129.

8 Бояршинов, Б. Ф. Измерение параметров вихревого потока газа методом когерентного антистоксова рассеяния света [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // Приборы и техника эксперимента. – 1999. – № 6. – С. 95–99.

9 Хмель, С. Я. Конденсация смесей моносилан-аргон и моносилан-гелий в свободной струе [Текст] / С. Я. Хмель, С. Ю. Федоров, Р. Г. Шарафутдинов // Журнал технической физики. – 2001. – Т. 71, вып. 6. – С. 116–121.

10 Бояршинов, Б. Ф. Измерение температуры горения твердого топлива методом КАРС [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // Прикладная механика и техническая физика. – 2002. – Т. 43, № 6. – С. 170–175.

11 Бояршинов, Б. Ф. Измерение температуры и концентрации ОН в спиртовоздушном пламени методом ЛИФ [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // Физика горения и взрыва. – 2003. – Т. 39, № 3. – С. 3–8.

12 Бояршинов, Б. Ф. Измерение методом ЛИФ температуры и концентрации радикала ОН при горении водорода и этанола [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // Физика горения и взрыва. – 2004. – № 5. – С. 16–20.

13 Бояршинов, Б. Ф. Распределение радикалов OH и CH в пограничном слое при горении этанола [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, В. И. Титков, С. Ю. Федоров // Физика горения и взрыва. – 2005. – Т. 41, № 4. – С. 22–28.

14 Бояршинов, Б. Ф. Применение метода вращательного комбинационного рассеяния света для исследования газовых примесей [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // Прикладная механика и техническая физика. – 2010. – Т. 51, № 5. – С. 177–184.

15 Федоров, С. Ю. Отношение сечений вращательного комбинационного рассеяния для кислорода и азота по измерениям в воздухе [Текст] / С. Ю. Федоров, Б. Ф. Бояршинов // Оптика атмосферы и океана. – 2012. – Т. 25, № 8. – С. 665–667.

16 Бояршинов, Б. Ф. Тепломассоперенос и стабилизация горения в пограничном слое за ребром и уступом [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // Физика горения и взрыва. – 2013. – Т. 49, № 5. – С. 3–7.

17 Пат. 2055328 Российская Федерация МПК51 6G01J 3/44; Спектрометр когерентного антистоксова рассеяния для одновременных измерений мгновенных температур и концентраций вещества [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров;

заявители и патентообладатели Бояршинов Б. Ф., Федоров С. Ю. – 5064548/25; заявл. 16.07.1992; опубл. 27.02.1996. – Бюл. № 6. – 7 с.: ил.

18 Пат. 2429454 Российская Федерация МПК51 G01J 3/44; Спектрометр когерентного антистоксова рассеяния с контролем спектра широкополосной накачки [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН). – 2010118249/28; заявл. 05.05.2010;

опубл. 20.09.2011. – Бюл. № 26. – 7 с.: ил.

19 Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ № 2012618805 Российская Федерация; CARSspectra [Текст] / С. Ю. Федоров; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН). – 2012616890; заявл. 15.08.2012; зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 27.09.2012.

20 Волчков, Э. П. Пограничный слой с горением на проницаемой поверхности [Текст] : монография / Э. П. Волчков, С. Ю. Федоров, В. В. Терехов, Б. Ф. Бояршинов // Законы горения; под общ. ред. Ю. В. Полежаева. – М.: Энергомаш, 2006. – Раздел I, гл. 3. – С. 63–90.

21 Boyarshinov, B. F. Momentum transfer in the boundary layer when there is acceleration and combustion of ethanol as it evaporates behind a barrier [Текст] / B. F. Boyarshinov, V. I. Titkov, S. Yu. Fedorov // Combustion and Flame. – 2010. – Vol. 157. – P. 1496–1509.

22 Baev, V. K. Application of pulse Raman scattering for studying turbulent flames [Текст] / V. K. Baev, A. N. Malov, S. Yu. Fedorov // 12 ICDERS : Abstracts of the 12th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. Univ. of Michigan, Ann Arbor, st. Michigan, USA, July 23-28, 1989. – Vol. 1, part 2 : Reactive systems, chapter 5 : Combustion diagnostics. (symposial talk).

23 Boyarshinov, B. F. Gas flow correlation characteristics measurement by CARS technique [Текст] / B. F. Boyarshinov, A. A. Volkov, S. Yu. Fedorov // ICMAR-1996 :

Proc. 8th Int. Conf. on the methods of Aerophysical Research, Novosibirsk : Russia, 1996, Part 1. - P. 62–66.

24 Boyarshinov, B. F. CARS-measurements in Ranque-Hilsh’s vortex tube [Текст] / B. F. Boyarshinov, S. Yu. Fedorov, A. A. Volkov / ICMAR-2010 : Proc. 9th Int. Conf. on the Methods of Aerophysics Research, June 29 – July 3, 1998. – Novosibirsk : Russia, 1998. – Part 1. – P. 36–40.

25 Sharafutdinov, R. G. The effect of condensation on gas jet deposition of a-Si:H with electron-beam plasma activation [Текст] / R. G. Sharafutdinov, S. Yu. Fedorov, S. Ya. Khmel, A. V. Skrinnikov // Proc. of 14 Int. Symp. on Plasma Chemistry, August 2-6, 1999. – Prague : Czech Republic – Vol. 3. – P. 1297–1302.

26 Khmel, S. Ya. Abnormal emissions of argon-monosilane free jet excited by electron beam plasma [Текст] / S. Ya. Khmel, S. Yu. Fedorov, R. G. Sharafutdinov // ICPIG XXIV : Proceedings and contributed papers XXIV Int. Conf. on the effect of Phenomena in Ionized Gases, July 11-16, 1999. – Warsaw : Poland, 1999 – Vol. 4. – P. 105–106.

27 Boyarshinov, B. F. Method CARS for measurement of high pressure burning temperature. [Текст] / B. F. Boyarshinov, S. Yu. Fedorov // ICMAR-2002 : Proc.

XI Int. Conf. on the Methods of Aerophysics Research, July 1-7, 2002. – Novosibirsk. – Part 1. – P. 51–55.

28 Бояршинов, Б. Ф. Распределение радикала OH, тепловых и газодинамических параметров в турбулизованном пограничном слое с испарением и горением этанола [Электронный ресурс] / Б. Ф. Бояршинов, В. И. Титков, С. Ю. Федоров // ММФ-2004 : 5-й Минский Международный Форум по тепло- и массообмену, 24мая 2004 г. – секция № 4 : Тепломассообмен в химически реагирующих системах. – Доклад 4-03. – Режим доступа:

http://www.itmo.by/ru/conferences/mif_5/abstract/4-03.pdf 29 Boyarshinov, B. F. Experimental investigation of local parameters of reacting flows by LDA and LIF methods [Текст] / B. F. Boyarshinov, E. P. Volchkov, V. I. Titkov, S. Yu. Fedorov // ICMAR-2004: Proc. XII Int. Conf. on the Methods of Aerophysical Research, June 28 – July 4, 2004. – Novosibirsk: Russia. – Part I. – P. 58– 62.

30 Boyarshinov, B. F. Laser radiation scattering in application to research of gasphase combustion [Текст] / B. F. Boyarshinov, V. I. Titkov, S. Yu. Fedorov // ICMARProc. XII Int. Conf. on the Methods of Aerophysical Research, June 28 – July 4, 2004. – Novosibirsk : Russia. – Part I. – P. 52–57.

31 Boyarshinov, B. The boundary layer with combustion under complicated conditions [Электронный ресурс] / B. Boyarshinov, S. Fedorov, V. Titkov, E. Volchkov // IHTC-2006 : 13th International Heat Transfer Conference Sydney Convention and Exhibition Centre, August 13-18, 2006. – Sydney : Australia. – COM-19. – 1 электрон.

опт. диск (CD-ROM).

32 Boyarshinov, B. F. Multipurpose CARS-spectrometer for research of gas flows [Текст] / B. F. Boyarshinov, E. P. Volchkov S. Yu. Fedorov // XIII ICMAR: Proc. 13th Int. Conf. on the Methods of Aerophysical Research, 5-10 February 2007. – Novosibirsk : Russia. – Part III. – P. 51–56.

33 Бояршинов, Б. Ф. Влияние механизмов переноса тепла на структуру зоны горения в пограничном слое [Электронный ресурс] / Б. Ф. Бояршинов, В. И. Титков, С. Ю. Федоров // ММФ-2008 : Тезисы докладов и сообщений VI Минский Международный Форум по тепло- и массообмену, 19–23 мая 2008 г. – секция № 4. – Режим доступа: http://www.itmo.by/pdf/mif_2008_ru/Section%204/4-05.pdf 34 Fedorov, S. Apparatus for laser gas diagnostics with the use of focused beams [Электронный ресурс] / S. Fedorov, B. Boyarshinov // FLUCOME-2009 : 10th International Conference on Fluid Control, Measurements, and Visualization, 17–21 Аugust (CD-ROM).

35 Boyarshinov, B. F. Investigation of Momentum transfer in the Boundary Layer with Ethanol Combustion behind the Barrier: Influence of acceleration [Электронный ресурс] / B. F. Boyarshinov, S. Yu. Fedorov // ICMAR-2010 : Proceedings of the 15th Int. Conf. on the Methods of Aerophysical Research, 1–6 November 2010. – Novosibirsk : Russia – Section No. 6 : Flows with Energy Supply and Heat-mass transfer. – электрон. опт. диск (CD-ROM).

36 Бояршинов, Б. Ф. Исследование локального массопереноса в пограничном слое с горением этанола за преградой: влияние внешней турбулентности [Электронный ресурс] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // ММФ-2012 : 14-й http://www.itmo.by/pdf/mif_2012_ru/Section%205/5-08.pdf 37 Бояршинов, Б. Ф. КАРС-измерения корреляций скалярных параметров в водородной струе и пламени [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров, А. А. Волков // РНКТ-1994 : Труды первой Российской национальной конференции по теплообмену: В 8 томах, 21–25 ноября 1994 г. – М.: МЭИ, 1994. – Т. 3. – С. 47–52.

38 Бояршинов, Б. Ф. Экспериментальное исследование реагирующего пограничного слоя методами ЛДА и ЛИФ [Электронный ресурс] / Б. Ф. Бояршинов, В. И. Титков, С. Ю. Федоров // ХХVII Сибирский теплофизический семинар, посвященный 90-летию академика С. С. Кутателадзе, 1–5 октября 2004 г. – М.; Новосибирск. – Сб. тр. – Секция 4 : Процессы переноса при физико-химических превращениях. – Доклад 4-03. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).

39 Бояршинов, Б.Ф. Пограничный слой с горением в сложных условиях [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, Э. П. Волчков, В. И. Титков, С. Ю. Федоров // РНКТ-2006 : Труды четвертой Российской национальной конференции по теплообмену: В 8 томах, 23– 27 окт. 2006 г. – М.: Издательский дом МЭИ. – Т. 3. – С. 195–198.

40 Бояршинов, Б. Ф. Исследование переноса импульса в пограничном слое с горением этанола, испаряющегося за преградой [Текст] / Б. Ф. Бояршинов, С. Ю. Федоров // РНКТ-2010 : Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену: В 8 томах, 25–29 окт. 2010 г. – М.: Издательский дом МЭИ, 2010. – Т. 2. – С. 57–60.

41 Boyarshinov, B. F. Studying the distribution of radicals, heat and gas-dynamic characteristics within the boundary layer with combustion [Текст] / B. F. Boyarshinov, S. Yu. Fedorov // Nonequilibriume Processes. – Vol. 1. – Combustion and Detonation / Edited by G. D. Roy, S. M. Frolov, A. M. Starik. – Moscow :

TORUS PRESS Ltd., 2005. – P. 84– РАЗДЕЛ 1.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Основы методов РР, СКР, КАРС, ЛИФ Рэлеевское рассеяние света (РР) происходит во время прохождения (лазерного) излучения через газовую среду. Рассеянное излучение не отличается по частоте от падающего и распространяется во всех направлениях. Обычно его собирают в направлении перпендикулярном лазерному лучу и плоскости его поляризации. Интенсивность сигнала пропорциональна числовой плотности газа, мощности лазера и зависит от состава и показателей преломления компонентов газовой смеси в точке измерений. Метод позволяет измерять в однородной среде числовую плотность, а по плотности через уравнение состояния можно рассчитать температуру, если давление известно. Достаточно высокое значение сечения рэлеевского рассеяния (~ 10-28 см2/стер.) дает возможность проводить даже импульсные измерения. Однако, метод может оказаться неприменимым для измерений в потоках, содержащих загрязнения, из-за возникновения на частицах пыли или сажи сильного рассеяния, маскирующего полезный сигнал.

Спонтанное комбинационное рассеяние (КР). Под действием лазерного излучения с фиксированной длиной волны происходят двухфотонные процессы рассеяния света на молекулах вещества – эффект Рамана (рисунок 1.1). При этом энергии а) при стоксовом; дают свой характерный набор линий. Для б) антистоксовом рассеянии двухатомной молекулы с несколькими колебательными и множеством вращательных уровней спектр состоит из O-, Q- и Sветвей колебательно-вращательных линий и O- и S-ветвей чисто вращательных линий, определяемых соответствующими правилами отбора для междууровневых переходов (рисунок 1.2). Интенсивность в спектре КР пропорциональна концентрации исследуемого компонента газовой смеси и интенсивности лазерного излучения. Низкая эффективность рассеяния как следствие малого сечения комбинационного рассеяния (~ 10-31 см2/стер.) создает серьезную проблему регистрации слабого сигнала КР и существенно ограничивает его область применения.

Рисунок 1.2 – Положение ветвей в рамановском спектре Когерентное антистоксово рассеяние света (КАРС) это четырехфотонный процесс, основанный на эффекте Рамана. За него отвечает третий член в разложении поляризации в степенной ряд по напряженности электрического поля:

Из-за малой восприимчивости (3) вклад этого нелинейного члена становится заметным при близких к предпробойным напряженностях электрического поля E 109 1013 В см. Для получения спектра применяют излучение лазеров с различными частотами (рисунок 1.3), например, 1 и 2, которое смешивается в измерительном объеме. Как правило, частота 1 (лазера Nd:YAG) фиксирована, а (лазера Dye) – перестраиваемая, ее смещают в длинноволновую (стоксову) область на величину комбинационного сдвига исследуемого вещества. В области пересечения лазерных пучков создается бегущая интерференционная решетка.

При точной настройке разностной частоты на частоту молекулярных колебаний возникает воздействие, которое приводит к быстрому согласованию фаз колебаний у всех молекул, находящихся в области "накачки". Происходящее в ходе четырехфотонного процесса рассеяние на этих "подготовленных" молекулах третьего пучка, в качестве которого обычно используют часть излучения первого лазера, оказывается на несколько порядков более эффективным по сравнению с КР. В результате взаимодействия трех лазерных пучков с исследуемой средой, возникает четвертый пучок когерентного излучения КАРС на определяемой законом сохранения энергии частоте 3 = 21 – 2, расположенной в коротковолновой (антистоксовой) области. Если излучение второго лазера имеет необходимую ширину спектра 2, то излучение КАРС возникает также в широкой полосе частот, которое регистрируют за время одной вспышки лазеров (~10 нс). Применение схем неколлинеарного расположения пучков (в соответствии с законом сохранения импульса k3 =k1 -k2 +k1’) позволяет избавиться от лазерной засветки (рисунок 1.4).

Широкополосное возбуждение и регистрация спектров наиболее полно раскрывает потенциальные возможности метода и позволяет проводить импульсные изРисунок 1.4 – Фазовое согласование четырехфотонного процесса мерения параметров в сложных условиях, где невозможно применение других методов диагностики.

Лазерно-индуцированная флуоресценция (ЛИФ) это излучение фотонов молекулами, предварительно возбужденными воздействием лазерного излучения (рисунок 1.5). Обычно с помощью УФ излучения узкополосного перестраиваемого лазера возбуждают ЛИФ промежуточных продуктов химических реакций - радикалов OH, CH, NO и др. До появления лазеров для получения информации о происходящие при лазерном возбуждении флуоресценции ограниченного объема вещества.

позволяет изучать только возбужденные состояния, в которых в большинстве исследуемых объектов находится ничтожная часть общего числа радикалов, то ЛИФ дает информацию об их основном электронном состоянии. Спектр ЛИФ отличается от прочих способом регистрации сигнала. Это спектр возбуждения, его записывают, регистрируя излучение радикалов в определенном участке спектра и перестраивая при этом длину волны лазера. Временная характеристика сигнала определяется скоростью спонтанных переходов, сравнимой со скоростью тушения возбужденных состояний. Интенсивности линий в таком спектре пропорциональны населенностям уровней основного состояния исследуемых радикалов. Форма такого спектра определяется температурой в точке измерений. Очевидно, что запись спектра требует нескольких минут времени, и поэтому измерение температуры по такой схеме ЛИФ возможно только в стационарном объекте. Интенсивность флуоресценции несет информацию о концентрации радикалов, но зависит еще от квантового выхода флуоресценции, определяемого в свою очередь тушением возбужденного состояния компонентами газовой смеси. Таким образом, для расчета концентрации дополнительно нужно иметь данные о составе основных компонентов в месте измерения и коэффициенты тушения. Также необходима калибровка сигнала по известной концентрации радикала, которую измеряют независимыми методами. Но, в отличие от температуры, измерения концентрации могут быть импульсными, если измерять сигнал, настроив лазерное излучение на определенную линию спектра радикала.

Известен также способ насыщения сигнала ЛИФ, которое достигается при использовании высокой плотности мощности лазерного излучения. Насыщение флуоресценции происходит во время лазерного импульса вследствие выравнивания населенностей уровней, связанных излучением (рисунок 1.6). В этот очень короткий промежуток времени определяющую роль играют вынужденные переходы из возбужденного состояния, скорость которых гораздо выше скорости исключать не дающие насыщения краевые пространственные и временные обРисунок 1.6 – Переходы между ласти импульса возбуждающего излучеуровнями во время насыщения денного уровня, измеренный на пике лазерного импульса, не ослаблен тушением и не требует коррекции. По интенсивности определенной вращательной линии в спектре флуоресценции может быть легко рассчитана концентрация радикалов.

2.2 Возможности средств для измерений в потоках в конце 1980-х К началу наших исследований, описанных в этой диссертации, в конце 1980х эффекты, лежащие в основе указанных методов, были в значительной степени изучены. Однако, применимость методов к реальным объектам и их ограничения и возможности для получения количественной информации о параметрах газовых сред оставались во многом неясными. Эти вопросы периодически возобновлялись по мере появления новых образцов лазерной, фотоприемной и вычислительной техники, имевшей в тот момент времени еще не очень продолжительную историю.

Одно из первых исследований рэлеевского рассеяния выполнено в работе [159]. Комбинационное рассеяние было предсказано Смекалом в 1923 г. [170], а в 1928 г. Раман и Кришнан открыли эффект комбинационного рассеяния [157] экспериментально. Независимо эффект был открыт советскими физиками Ландсбергом и Мандельштамом [124], но приоритет открытия остался за Раманом. Приблизительно в то же время создавалась и теория процессов эмиссии и поглощения света на основе квантово-механических представлений. В течение последующих за этим четырех десятилетий с применением всех имевшихся тогда технических возможностей молекулярной спектроскопии накапливалась и расшифровывалась спектральная информация, т.о. изучались восприимчивости газов и структура уровней молекул и радикалов. В экспериментах использовались спектральные приборы высокого разрешения и фотографическая регистрация спектров при многочасовых (для КР) выдержках. В этот период уже применялись некоторые оптические методы к исследованию реагирующих газов, например, изучалась структура пламени и его температура [30].

С появлением лазеров спектроскопия вообще и КР-спектроскопия в частности получили мощный источник возбуждения спектров. Стали совершенствоваться методы измерения параметров газовой среды, расширился круг приложений, появились нелинейные методы (КАРС). В работе [125] использовался непрерывный лазер для возбуждения спектров КР и фотоумножитель для их регистрации.

Регистрировались спектры Q-ветви азота с накоплением сигнала и отрабатывались методики расчета температуры по отношению интегральных интенсивностей «холодной» 0-1 и «горячей» 1-2 колебательных полос. В работе [68] предложено регистрировать интегральную интенсивность чисто вращательного спектра также при возбуждении непрерывным аргоновым лазером и с использованием фотоумножителя. При этом рассеянный свет пропускали через интерферометр ФабриПеро, спектр пропускания которого соответствовал системе эквидистантно расположенных вращательных линий. Таким способом автор добивался ослабления засветки, не связанной с исследуемой молекулой. В работе [171] отрабатывалась техника для измерения в потоке температуры по спектру вращательного КР. Использовался импульсный рубиновый лазер с энергией более 1 Дж/имп (=694,3 нм, длительность импульса 10-3 с, частота повторения 2 имп/мин). Было достигнуто пространственное разрешение 0,1 мм. Были получены широкополосные спектры с регистрацией ТВ-камерой с усилителем яркости, но на пределе чувствительности. В работе [141] описывается LIDAR для исследования атмосферы по спектрам КР. В нем малая эффективность приемной системы компенсируется многометровой длиной измерительного объема. Во всех приведенных примерах отчетливо видна основная проблема – слабый сигнал рассеяния. Оценки показывают, что при использовании непрерывного лазера с мощностью излучения 1 Вт и фотоумножителя можно получить сигнал от колебательной ветви КР азота при н.у. с интегральной интенсивностью около 100 фотоэлектронов в секунду.

Это позволяет проводить измерения в спектрах КР в газах с удовлетворительной точностью при накоплении сигнала в течении нескольких минут. Подробное сканирование спектра требует неприемлемо больших затрат времени. Появившиеся позднее ПЗС-линейки, обладающие высокой чувствительностью, обеспечили возможность записи формы спектра путем многоканального накопления сигнала.

Теория эффекта КР подробно изложена в книге “Raman spectroscopy” [132], переизданной позже под названием “The Raman effect” [133].

Только с использованием лазеров были открыты процессы рассеяния излучения с одновременным участием двух и более воздействующих на молекулу фотонов. Woodbury и Ng случайно обнаружили вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) [180]. Это дало начало экспериментальному изучению четырехволновых взаимодействий, однако, предсказанных еще в 1934 году [154]. Maker и Terhune предложили спектроскопическую информацию о переходе получать путем изучения дисперсии интенсивности новой волны, генерируемой в комбинационно-активной среде, при сканировании разности частот вблизи частоты перехода [140]. Это была самая первая схема КАРС.

Группа Тарана из ONERA (Франция) первыми применили КАРС для диагностики процессов горения. В обзоре [89] приведены схемы КАРС, параметры лазерной техники, которую они использовали для измерения температуры и концентраций, а также полученные спектры. Они провели измерения вращательной температуры в пламени, показавшие соответствие с термопарными измерениями, установили предел чувствительности, обусловленный нерезонансным фоном.

Обычная схема КАРС (с двукратно вырожденными частотами лазера накачки) используется для получения колебательных спектров молекул и вращательных спектров водорода. Однако, вращательные линии большинства молекул имеют рамановские сдвиги меньше, чем неизбежно существующее стоксово смещение частоты генерации красителя относительно частоты его накачки. Получение этих спектров требует усложнения аппаратуры. Например, часть излучения накачки преобразуют в третью гармонику для накачки красителя, излучающего в области второй гармоники. Другая схема волнового взаимодействия, известная как двойной широкополосный КАРС, позволяет получать спектры с малым рамановским сдвигом, используя те же лазеры, что и в первой схеме. Это схема с невырожденными частотами. В ней используют два пучка, полученные разделением широкополосного излучения лазера на красителе, произвольные частотные компоненты которых воздействуют на вращательные переходы с рамановскими сдвигами в пределах лазерной полосы. А третий пучок, который рассеивается – это узкополосное излучение твердотельного лазера. Эта схема была впервые представлена в работе [92], она расширила возможности метода для одновременного измерения состава в многокомпонентной газовой среде.

В работе [181] было проанализировано влияние спектральной ширины лазеров на спектр сигнала КАРС и приведены формулы для свертки спектров лазерного излучения при расчете интенсивности сигнала КАРС.

В СССР методология КАРС развивалась на кафедре нелинейной оптики Московского государственного университета. В книге [3] рассмотрены все разновидности четырехфотонных процессов в спектроскопии. Также известны работы по исследованию газового разряда, проводившиеся в Физическом институте Академии наук [52, 51]. В них использовали узкополосные лазеры и сканирование спектра с регистрацией сигнала на ФЭУ. Измерение в каждой точке спектра происходило за время импульса лазеров, но применялось накопление сигнала чтобы уменьшить случайную ошибку. Сканирование протяженного участка спектра было продолжительным, благодаря тому, что объект исследования был стационарным. Были получены колебательно-вращательные спектры по относительной интенсивности компонент которых, расположенных внутри одной и в разных колебательных полосах, определяли вращательную и колебательную температуру.

Мощности лазеров были не высоки, но они обеспечивали удовлетворительную интенсивность сигнала благодаря узкой линии лазеров и узким линиям азота в разреженном газе. Следует отметить, что практически в неизмененном виде метод был востребован и позднее. Например, известна совместная работа с ИТ СО РАН [60] по использованию этой методики КАРС для измерений в струях. В относительно недавней работе [28] подобным образом исследовалась колебательная кинетика молекул азота в импульсном разряде. В работе [61] уже методом широкополосного КАРС исследовалась низкотемпературная плазма высокочастотного разряда (давление 1-10 Тор). Схема фокусирования пучков обеспечивала пространственное разрешение всего лишь 20 мкм. Для анализа спектров КАРС при нарушении термодинамического равновесия по внутренним степеням свободы молекулы азота применялись собственные вычислительные коды. В работе [62] эта техника применялась для исследования тлеющего разряда.

В конце 80-х было заметным усиление интереса к четырехволновой спектроскопии. Он был вызван публикациями, связанными с недавним 50-летием открытия, например, [53]4 и произошедшим улучшением лазерной техники, способной обеспечить новые схемные решения. Не только в мире, но и у нас отмечался всплеск количества работ. Но многие из них не получили продолжения, т.к. не было средств расчета спектров – компьютеров и программ. Характеристики первых появлявшихся компьютеров не соответствовали сложности расчетной задачи.

А отдельные попытки выполнить упрощенные вычисления на основе интегральСм. также более поздние публикации [54] и [182].

ных интенсивностей полос, заимствованные из линейной спектроскопии, неприменимы без дополнительного обоснования.

Исследования с применением ЛИФ также отражали состояние экспериментальной техники в тот период. Создание лазеров на красителе, работавших в режимах удвоения и суммирования частоты, делало возможным возбуждение электронных переходов различных радикалов. Имевшиеся компьютеры, требования к которым были не такие высокие, как для КАРС, позволяли моделировать взаимодействие света с радикалами и рассчитывать спектры ЛИФ, используя всю информацию, накопленную в предшествующий период. Послуживший основой таких вычислений подробный алгоритм расчета эмиссионного спектра для радикала OH впервые был приведен в известной работе [84]. Однако, широкодоступных программ также еще не было создано.

В работе [127] измеряли температуру в водородо-воздушном и метановоздушном пламенах при атмосферном давлении с применением трех методов – ЛИФ (радикала OH), КАРС (Q-ветви N2) и КР. Полученные данные оказались в хорошем соответствии друг с другом и с известными литературными данными.

Известен метод измерения мгновенной температуры, когда в двухволновой схеме с настройкой на две линии проводят разделенное во времени возбуждение радикалов с двух уровней нижнего состояния на общий уровень верхнего [76].

Такое двухэтапное измерение необходимо провести с короткой задержкой по времени. Отношение измеренных населенностей не будет искажено тушением и в случае больцмановского распределения по уровням будет пригодно для получения температуры.

Появление многоканальных фотоприемников (1D и 2D) позволило раскрыть информативные возможности методов, и дало толчок к развитию импульсных измерений методом КАРС и панорамных измерений методом ЛИФ - т.н. Planar Laser-Induced Fluorescence (PLIF). В работе [107] приводится описание применяемой в методе ПЛИФ лазерной и регистрирующей аппаратуры и полученные изображения распределений температуры и концентрации OH в пламени. Однако следует помнить, что в большинстве применений этот метод позволяет получить только качественные данные, которые трудно преобразовать в абсолютные значения параметров. По существу, ПЛИФ является методом визуализации, а не измерения.

Еще следует отметить, что любая методика спектральных измерений разработана для использования экспериментальной техники с определенными характеристиками, которая не всегда имеется в наличии. А замена, например, перестраиваемого лазера в системе ЛИФ на прибор с более широкой линией излучения может потребовать выбора других линий для возбуждения и регистрации флуоресценции при измерении концентрации. Поэтому каждая апробированная методика требует творческого участия и обладает определенной новизной.

Выводы. Таким образом, анализ литературы выявил, что в конце 80-х годов для средств измерений, применявшихся к исследованию турбулентных реагирующих течений, были характерны определенные недостатки, которые требовалось преодолеть, чтобы воспользоваться заложенными в их основу обширными потенциальными возможностями методов молекулярной спектроскопии и флуоресценции. К началу наших исследований оставались неясными вопросы о применимости имеющейся экспериментальной техники и реальных возможностях и ограничениях методов для измерения скалярных параметров газовой среды с высоким временным и пространственным разрешением. Известно, что и в настоящее время техника, применимая для аэрофизического эксперимента, остается уникальной, дорогостоящей и не изготавливается серийно. При этом она остается аппаратурой для научных исследований, т.е. требует упрощенного (не натурного) объекта. Характеристики экспериментальной техники тогда находились на минимально необходимом для использования многофотонных методов уровне: энергия лазеров накачки составляла ориентировочно – 100 мДж в импульсе; быстродействие компьютеров – 0,2 ГГц; чувствительность многоканальных приемников была ниже, чем у ФЭУ. Невысокие энергетические параметры доступных лазеров, в том числе отечественных, диктовали необходимость оптимальных схемных решений. В большом числе экспериментов использовался узкополосный КАРС, пригодный только для стационарных объектов. Применение широкополосного КАРС сдерживал один из его основных недостатков – большая ошибка моноимпульсного измерения параметров газа. Основной источник случайной ошибки для метода КАРС - спектральный шум лазеров накачки. Не было широкодоступных программных средств. Даже в недавно вышедших статьях часто используют программы (in-house written software), созданные кем-либо в рамках публикуемой работы, например, см. [176, 169]. Спектральные расчеты при математическом обеспечении эксперимента, как правило, ограничивались интенсивностями изолированных линий в рамках одной ветви. Накопленная информация о восприимчивости газов требовала нового формата для ее верификации и использования.

Начиная работу, мы связывали перспективу развития со следующими обстоятельствами:

– методы РР, КР, КАРС и ЛИФ обеспечивают взаимно дополняющую информацию об объекте: плотность, температуру, концентрации основных компонентов и радикалов, важную как для теплофизики и газодинамики, так и для химической кинетики;

– указанные методы измерения скалярных параметров газовых сред могут быть реализованы с применением одного набора аппаратуры. Максимальные технические требования к аппаратуре предъявляются при применении методов КАРС для диагностики газовых потоков с горением. Техника должна обеспечивать импульсные широкополосные возбуждение и регистрацию спектров;

– научно обоснованное понимание процессов, положенных в основу методов измерений, позволяет создать программные средства для обработки спектральной информации, в которых будут использоваться имеющиеся обширные данные о восприимчивости вещества и контролируемые в ходе экспериментов параметры лазерного излучения.

При использовании методов мы придерживались сложившихся в мировой практике очевидных целей:

– получения количественных данных об объекте;

– использования высокого пространственного и временного разрешения;

– проверки информации, полученной ранее зондовыми методами;

– исследования объектов, недоступных для других методов исследования.

АППАРАТУРА

2.1 Двухволновый КАРС-спектрометр для одновременных измерений температур и концентраций вещества [22, 20, 49] Описан спектрометр для измерения концентрации и температуры водорода за один импульс лазерного излучения. Предложенная оптическая схема позволяет измерять интенсивности двух вращательных линий Н2 в основном и опорном измерительных объёмах одновременно. Время измерений 10 нс; частота повторений 10 Гц; диапазон измерения температуры до 3000 К, относительной концентрации 10-20,2; случайная погрешность измерения мгновенных температуры и концентрации 1020%. С помощью спектрометра измерены мгновенные и средние значения концентрации и температуры Н2 в диффузионном пламени горелки.

Когерентное антистоксово рассеяние света (КАРС) представляет собой четырёхфотонный процесс, в котором два фотона «накачки» частоты L и один «стоксов» частотой S взаимодействуют на молекулах среды и вызывают появление когерентного излучения на «антистоксовой» частоте A = 2L - S. Интенсивность антистоксова сигнала выражается формулой:

где IL – интенсивность волны «накачки»;

IS – интенсивность «стоксовой» волны;

(3) – нелинейная кубичная восприимчивость вещества. Большинство экспериментов с использованием этого метода основано на сравнении экспериментального спектра с набором рассчитанных, полученных при варьировании какого-либо параметра, например, температуры. Искомым является значение параметра, использованного при расчете совпавшего спектра.

В нижеприведенных формулах исправлены замеченные неточности, допущенные в исходной статье.

Необходимое при исследовании турбулентных течений временное и пространственное разрешение требует записи этих спектров за один импульс света, что предъявляет высокие требования к аппаратуре и программным средствам. Мы использовали энергию имеющейся лазерной системы для возбуждения только двух отдельных линий из всего спектра. Соотношение их интенсивностей в измерительном и опорном каналах несёт информацию о населённостях двух соответствующих уровней, и этого достаточно, чтобы рассчитать температуру и концентрацию молекул.

Наиболее удобен для таких измерений водород. Его большой вращательный квант (60,8 см-1) обеспечивает хорошее разделение линий в спектре, а следовательно, простоту настройки и широкий диапазон измеряемых температур. При точной настройке на резонанс формула (2.1) для сигнала приобретает вид:

где N – разность населённостей уровней, участвующих в процессе. Общее давление смеси газов предполагается постоянным. В работе [160] определён диапазон относительных концентраций водорода N N H / N смеси, где выполняется зависимость (2.2) при постоянной температуре. Нижняя его граница N 10-4 определяется величиной нерезонансного фона, а верхняя 0,2 – процессами столкновительного уширения линий. Запишем уравнение для интенсивности J-й линии в предположении Больцмановского распределения населённостей:

где N – концентрация молекул водорода;

Ej – энергия J-го вращательного уровня;

Т – температура;

k – постоянная Больцмана;

q = 1/4 для чётных J и q = 3/4 для нечётных J;

вращательная статистическая сумма с учетом орто- и пара-модификаций молекулы водорода В формуле (2.3) не учтено вырождение уровня и коэффициенты ПлачекаТеллера, поскольку в дальнейших выкладках они сокращаются.

Зная интенсивности двух линий I2, I4 (J = m, n) для контрольного объёма (Nk, Tk) и соответственно I1, I3 для объекта (N, T), опираясь на формулу (2.3) и проведя нормировку сигналов при известных No, To, можно определить температуру и концентрацию газа в исследуемом объекте.

Значение температуры получаем, решая уравнение где Ai = exp(-Ei/kTk), x = Tk/T, Зная температуру, получаем концентрацию:

где Qk – значение статистической суммы, вычисленное при T = Tk. Окончательно можно принять:

Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.1. Лазер ЛТИработавший в режиме модулированной добротности, выдавал импульсное одномодовое излучение с длиной волны 1064 нм, длительностью 15 нс и частотой повторения 10 Гц. После удвоения частоты в генераторе второй гармоники (ГВГ) преобразованное излучение IL с длиной волны L = 532 нм попадало на кювету лазера на красителе, а оставшееся непреобразованным излучение усиливалось ещё одним квантроном и проходило ещё через один удвоитель. Далее преобразованЛ Л Л Рисунок 2.1 – Схема двухволнового КАРС-спектрометра ное излучение, пройдя через телескоп, попадало на схему сведения пучков, а непреобразованное излучение вновь удваивалось и использовалось в лазере на красителе для накачки усиливающей кюветы.

За основу для создания лазера на красителе был взят серийный лазер ЛЖИДвухчастотный режим генерации перестраиваемого лазера достигался заменой плотного зеркала резонатора двумя зеркалами, имеющими независимые юстировки. Каждое из зеркал отражало половину пучка. Изменяя наклон зеркал в плоскости дисперсии, можно было получить одновременную генерацию ISm и ISn на двух длинах волн Sm и Sn соответственно, лежащих в пределах полосы усиления красителя. Разделение линий генерации исследовалось ранее в работе [63].

Для увеличения мощности генерации была установлена усиливающая кювета в тот же контур прокачки красителя. Усиленное излучения, пройдя расширяющий телескоп, также попадало на схему сведения пучков. Использовался раствор родамина 6Ж. Энергия в импульсе зелёного (L) пучка составляла 20 мДж, жёлтых (Sm и Sn вместе) – 3 мДж. Зелёный пучок раздваивался на два равных по энергии параллельных пучка, параллельно которым направлялись и коллинеарно распространяющиеся «стоксовы» пучки Sm и Sn. Все пучки фокусировались линзой Л (F = 100 мм), и область их пересечения задавала измерительный объём с размерами 0,050,050,5 мм3. В этом измерительном объёме при настройке разностных частот 1/L – 1/Sm и 1/L – 1/Sn на частоты чисто вращательных переходов молекулы Н2 возникало излучение IAm, IAn на “антистоксовых” частотах 1/Am = 2/L – 1/Sm и 1/An = 2/L – 1/Sn, распространяющееся на участке между линзами Л2 и Л3, как показано на рисунке. С помощью линзы Л3 пучки сводились ещё раз, при этом формировался ещё один измерительный объём, в котором вновь возникали два пучка IAm, IAn на тех же «антистоксовых» частотах Am, An.

Первый измерительный объём являлся контрольным. Он находился на начальном участке ламинарной струи водорода при известных концентрации и температуре, а второй находился в исследуемой среде, содержащей водород. На пути «антистоксовых» пучков из опорного объёма позади линзы Л2 помещался оптический клин К, для того чтобы пространственно отделить их от пучков из исследуемого объекта. Перед линзой Л4 устанавливалась диафрагма, пропускающая на входную щель монохроматора УМ-2 только «антистоксовы» пучки. В выходной спектральной плоскости монохроматора они были разнесены в плоскости дисперсии по длине волны, а перпендикулярно ей – по принадлежности к контрольному объёму или объекту.

«Антистоксовы» пучки, попадая на входные торцы световодов диаметром 1 мм, подавались на четыре ФЭУ-87. Сигналы фотоумножителей могли наблюдаться на экранах двухлучевых осциллографов С8-14, а также подавались на входы четырёхканального стробоскопического осциллографа С1-74. Время выборки составляло 0,1 нс. Для запуска С1-74 использовался лавинный фотодиод, установленный за «глухим» зеркалом лазера ЛТИ-401. Выборки сигналов с выходов С1-74 подавались на четырёхканальный АЦП10/30-1 и далее в ЭВМ «Электроника-60». В выходной спектральной плоскости спектрометра может быть установлена также ПЗС-матрица с усилителем яркости. В этом варианте точность измерения будет выше благодаря измерению интенсивности линии разу несколькими элементами матрицы.

Для проверки работоспособности схемы были проведены тестовые измереJ= ния в диффузионном пламени водорода. Возбуждались линии (S1 = 550 нм, A1 = 515 нм) и J = 3 (S1 = 565 нм, A1 = 503 нм) вращательного спектра Н2. Предварительно проводились измерения по 500 импульсам лазера при известных условиях (To, No). Для каждого импульса измерялось четыре значения сигналов. Полученные при этом средние значения сигналов в каждом канале использовались в качестве нормировочных. Далее измерялись сигналы в водородовоздушном диффузионном пламени. Водород истекал в воздух из сопла диаметром 2,5 мм. Число Рейнольдса на выходе Re = 4000. Для каждой точки вычислялись по 500 мгновенных значений Т и N, строились их гистограммы, вычислялись средние значения Т, N и статистические характеристики этих параметров. Концентрация водорода в опорной струе всегда поддерживалась равной 0,1. На рисунке 2.2 показаны осевые профили средних температуры и концентрации и их стандартные отклонения (а), а также осевой профиль взаимной корреляции пульсаций температуры и концентрации (б).

Рисунок 2.2 – Профили средних температур и концентраций (светлые Осреднённые корреляции температуры и концентрации (б) На этой же аппаратуре, внеся несложные изменения в схему, можно возбуждать также колебательно-вращательные и чисто вращательные спектры и других молекул, например, N2, O2, CO, CO2 и пр.

Двухволновая схема для одновременных измерений температур и концентраций вещества была опубликована в наших работах [20, 22] и запатентована в [49]. Несколько позже в работе других авторов [6] метод двухволновой спектроскопии КАРС был применен для экспресс-измерений температур в плазме различного типа разрядов в азоте. Спустя еще три года в работе [27] исследовались возможности этого метода с применением лазера с энергией 150 мДж по измерениям в нагреваемой кювете и пламени водородо-воздушной горелки атмосферного давления. По их результатам относительное стандартное отклонение значений температур, измеренных по 300 лазерным импульсам в нагреваемой кювете, составило 1,5% при Т = 296 К и 8% при Т = 1000 К; при измерениях в горелке оно было равно 11% при температуре 1400 К.

2.2 Многоцелевой КАРС-спектрометр на основе мощного лазера Описанный в предыдущем подразделе 2.1 двухволновый КАРС-спектрометр обеспечивает импульсные измерения при максимально эффективном использовании лазерного излучения и с регистрацией сигнала фотоумножителями. Однако энергия имевшегося лазера (100 мДж в импульсе) была недостаточной для создания высокой плотности мощности лазерного излучения в объекте измерений, необходимой для регистрации широкополосных импульсных спектров КАРС в потоке с горением. Нужна была система из перестраиваемого лазера и мощного твердотельного лазера с энергией в импульсе не менее 500 мДж. Подобные лазеры разрабатывались в Институте физики полупроводников СО РАН. Сотрудниками отдела квантовой электроники ИФП накоплен большой исследовательский материал по управлению пространственными характеристиками излучения лазеров на твердом теле и преобразованию его в высшие гармоники. Имелся опыт создания приборных вариантов лазерных источников с заданными параметрами. Например, YAG:Nd лазер с преобразованием частоты и суммарной энергией в цуге импульсов 600 мДж, стоимость которого ~16000$, что в несколько раз ниже, чем у зарубежных аналогов.

Такая система создавалась в 2003 - 2006 годах при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (а также СО РАН) по проекту №3886 «КАРС-СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУР И КОНЦЕНТРАЦИЙ В ГАЗАХ». Исполнителем выступало ООО “НПП «Когерентные технологии» (г. Новосибирск, директор Касьянов Д.С.). Участники от ИТ СО РАН – Федоров С. Ю. и Бояршинов Б. Ф. определяли техническое задание и общую оптическую схему, осуществляли компоновку прибора, согласование составляющих и выполняли тестирование. Лазер накачки разрабатывал и создавал Смирнов В. А., перестраиваемый лазер – Фатеев Н. В. под руководством Бохана П. А., чертежи опорной конструкции и юстировочных элементов схемы – Шушпанов М. М. Соискатель был научным руководителем работы. В соответствии с условиями проекта общая продолжительность работ по созданию КАРС-спектрометра определялась сроками изготовления составляющих его узлов – главным образом лазера накачки (1,5 года).

КАРС–спектрометр – многоцелевой прибор для проведения бесконтактных измерений локальных параметров газа в сфокусированных лазерных пучках. Его многоцелевой характер заключается в возможности осуществить различные оптические методы – РР, КР, КАРС и ЛИФ. Основное назначение – исследование гиперзвуковых газовых потоков с химическими реакциями с высоким временным и пространственным разрешением. При создании аппаратуры требовалось сделать ее пригодной для исследований на различных газодинамических установках, в том числе на установках кратковременного действия. С целью адаптации к аэрофизическому эксперименту были учтены требования к габаритным характеристикам конструкции при размещении вблизи объекта исследований. С целью повышения точности измерений энергетические характеристики приближены к предельным. Цель настоящей главы – дать краткие сведения о конструктивных особенностях этой аппаратуры.

Общая схема спектрометра.

При разработке КАРС-спектрометра учитывалось, что:

– для генерации световых сигналов КАРС и ЛИФ могут быть использованы одни и те же лазерные системы. Переход от оптической схемы КАРС к схеме ЛИФ не связан с радикальными изменениями в конструкции задающего генератора и перестраиваемого лазера, он может быть осуществлен заменой ограниченного числа оптических элементов и изменением схемы сведения световых пучков;

– приемные системы КАРС и ЛИФ различаются между собой. Существует также отличие в аппаратуре, которая используется в этих методах для предварительной обработки электрических сигналов, а также в том, что конструкция примной системы ЛИФ непосредственно определяется условиями проведения экспериментов;

– габариты разрабатываемого КАРС-спектрометра, его возможности по изменению координат места измерений, адаптивности и транспортабельности должны удовлетворять наибольшему количеству потенциальных пользователей этой аппаратуры.

Исходя из этого, принято, что:

– оптическая схема КАРС-спектрометра должна состоять из пяти отдельных конструктивных единиц: лазер накачки (твердотельный импульсный Nd:YAG лазер), накачиваемый им перестраиваемый лазер (на растворах органических красителей), схема фокусировки излучения, регистрирующая система и несущая конструкция. Каждая из этих единиц изготавливалась и настраивалась независимо друг от друга, окончательный монтаж и юстировка КАРС-спектрометра проводилась после завершения сборки каждого из этих компонентов.

– разработка в рамках настоящего проекта приёмной системы ЛИФ была ограничена подготовкой посадочных мест для монтажа этой приёмной системы.

При испытаниях КАРС-спектрометра использовалась существующая система, разработанная для применения в экспериментах Института теплофизики СО РАН.

Кроме того, проведён анализ условий применения и размещения КАРСспектрометра в лабораториях Института теплофизики, а также в предполагаемых экспериментах на аэродинамической трубе Т-313 и на гиперзвуковой установке АТ-303 Института теоретической и прикладной механики СО РАН. Он показал, что:

– требуемый диапазон перемещений объекта измерений в направлении вертикальной и горизонтальной оси должен составлять 300 мм с точностью не хуже 0,5 мм.

– габариты несущей конструкции КАРС-спектрометра (наибольший размер длина 2000 мм) близки к предельным.

Излучатель твердотельного лазера, представляет собой блок с размерами 920340200 мм, который располагается на оптическом столе на двух площадках.

Лазер на красителях включает в себя блок задающего генератора и три каскада усиления. Блок задающего генератора, накачиваемого через световод, располагается вблизи твердотельного лазера. Каждый каскад усиления располагаются на отдельной площадке. На части плоскости оптического стола между твердотельным лазером и усилителями располагаются линии задержки излучения накачки, необходимые для согласования времени генерации излучения накачки, задающего генератора и усилителей. Схема сведения пучков монтируется на передней части плоскости стола.

В соответствии с назначением создаваемого прибора предусмотрены три варианта оптической схемы лазерной системы, позволяющие использовать требующиеся методы диагностики. В основном они различаются схемами задающего генератора перестраиваемого лазера и распределением излучения накачки между его усилительными каскадами. Эти варианты можно назвать так: КАРС узкополосный, КАРС широкополосный и ЛИФ. В варианте КАРС узкополосный на выходе лазерной системы формируются два пучка узкополосного излучения – опорный (532 нм) и перестраиваемый (555-585 нм и 600-630 нм). В варианте КАРС широкополосный также имеются два пучка - узкополосный опорный (532 нм) и широкополосный перестраиваемый (с шириной полосы 4 нм или 15 нм). В варианте ЛИФ при полном использовании излучения лазера накачки создается один пучок – узкополосный перестраиваемый или его вторая гармоника (278-292 нм и 300-315 нм). Наиболее сложный вариант оптической схемы, который можно считать базовым – КАРС узкополосный. Другие варианты легко реализовать, путем изменения величины задержек излучения накачки и некоторых упрощений схемы.

Схема фокусировки излучения позволяет обеспечить пересечение и фокусировку лазерных пучков в точке измерения с выполнением требований фазового синхронизма и настройку их поляризации. Как и для лазерной системы, предусмотрены разные оптические схемы фокусировки лазерных пучков для вариантов КАРС с вырожденными и невырожденными частотами, каждая из которых в свою очередь позволяет располагать пучки в одной либо в двух плоскостях.

Регистрирующая система позволяет выделить излучение КАРС или ЛИФ, направить его в спектральный прибор и зарегистрировать фотодетектором. Она содержит также заполненную газом контрольную кювету для получения контрольного сигнала.

2.2.1 Несущая конструкция.

Несущая конструкция служит для размещения элементов КАРС-спектрометра, для согласования взаимного расположения пучков лазерной системы и объекта измерений с положением приёмной системы. Она включает в себя два одинаковых оптических стола (для лазерной и регистрирующей систем). Верхняя часть оптического стола представляет собой плоскую поверхность с размерами 3002000 мм. С помощью девяти специальных площадок с размерами 300400 мм поверхность стола может быть увеличена как в длину так и в ширину.

В марте 2004 г. Опытным заводом СО РАН были изготовлены и переданы заказчику детали «Поверхности монтажной» - верхней части оптических столов.

Последняя предназначена для размещения на ней лазера накачки, а также для объединения компонентов лазера на красителях.

В ходе выполнения проекта разработана конструкторская документация на главную составляющую часть несущей конструкции – нижнюю часть оптического стола, по которой два стола были изготовлены на Опытном заводе СО РАН. На рисунке 2.3 показан один экземпляр оптического стола – нижняя часть оптического стола с установленной на ней монтажной поверхностью (без дополнительных площадок). В соответствии с техническим заданием стол может контролируемым образом перемещаться в продольном либо поперечном направлении, вращаться вокруг вертикальной оси. В составе стола предусмотрен подъемный механизм, который позволяет установить высоту поверхности над уровнем пола на любом уровне от 1000 мм до 1400 мм - в соответствии с расположением места измерений элементы, которые позволили увеличить жесткость шарнирных соединений.

2.2.2 Лазер накачки (разработал Смирнов В. А.).

В основу конструкции лазера накачки положена схема импульсно-периодического лазера на кристалле YAG:Nd с модуляцией добротности, излучающего на одной продольной и одной поперечной модах. Разработанная оптическая схема обеспечивает режим одночастотной генерации и долговременную его стабильность при сравнительно простой и компактной конструкции лазера. Лазер состоит из задающего генератора, оптического усилителя и преобразователя частоты. В ходе выполнения работы были исследованы различные варианты задающего генератора.

Задающий генератор. За основу схемы задающего генератора (ЗГ) взята схема кольцевого резонатора с поляризационным выводом излучения. Резонатор ЗГ (рисунок 2.4) образован тремя пленочными поляризаторами 1,5,7 и двумя плотОптические элементы: 1,5,7 – поляризатор; 2,10 – плотное зеркало; 3 – электрооптический затвор; 4 – эталон Фабри-Перо; 6 – призма Дове; 8 – активная среда, кристалл YAG:Nd; 9 – вращающая пластинка /4; 11 – магнитооптический вентиль; Рисунок 2.4 – Схема задающего генератора с кольцевым резонатором ными поворотными зеркалами 2,10. Электрооптический затвор 3, работающий на продольном эффекте Поккельса, автоматически включает добротность резонатора в момент формирования первого пичка свободной генерации. Воздушный эталон Фабри-Перо 4 осуществляет внутрирезонаторную селекцию продольных мод и обеспечивает режим одночастотной генерации. Призма Дове 6 делает четным число внутрирезонаторных отражений, обеспечивая тем самым существование самосопряженного луча. Это значительно уменьшает чувствительность резонатора к разъюстировкам оптических отражателей и к термооптическим искажениям, возникающим в активном элементе. Однонаправленность генерации в кольцевом резонаторе обеспечивается магнитооптическим вентилем 11, построенном на основе эффекта Фарадея. Полуволновая пластинка 13 в совокупности с поляризатором 1 обеспечивает оптимальный коэффициент пропускания резонатора для выводимого излучения. Внутрирезонаторная диафрагма 12 выделяет одну поперечную моду в генерируемом излучении. Четвертьволновая пластинка 9 совместно с плотным зеркалом 10 поворачивает плоскость поляризации излучения, вошедшего в активную среду 8 на 90.

В результате проведенных расчетов были получены следующие значения основных параметров схемы задающего генератора лазера:

а) оптическая длина кольцевого четырехзеркального резонатора – 760 мм;

б) активная среда – кристалл YAG:Nd с размерами 6,360 мм2;

в) диаметр диафрагмы, определяющей одну поперечную моду - 2,3 мм;

г) коэффициент связи резонатора с внешним пространством – 0,45;

д) угол поворота плоскости поляризации излучения в магнитооптическом вентиле - 25/.

После настройки схемы (рисунок 2.5) были сняты основные характеристики лазерного излучения:

пространственное распределение излучения - Гаусс расходимость луча Рисунок 2.5 – Макет задающего генератора лазера накачки Однако, работа этого задающего генератора совместно с усилительным каскадом показала, что схема очень чувствительна к сигналу обратной связи и устойчивая одночастотная генерация наблюдается при энергии импульса излучения задающего генератора не более 15 мДж. При такой величине энергии задающего генератора на выходе усилительного каскада удалось получить энергию в импульсе не более 300 мДж, что не отвечало требованию технического задания.

Была исследована схема задающего генератора с профилированным зеркалом (рисунок 2.6). В такой схеме генератора в качестве выходного зеркала резонаОптические элементы: 1 – профилированное зеркало; 2 – активная среда, кристалл YAG:Nd; 3 – поляризатор; 4 – электрооптический затвор; 5 – вращающая пластинка /4; 6,7 – плотное зеркало; 8 – расширяющий телескоп 3х Рисунок 2.6 – Схема задающего генератора с профилированным тора используется зеркало, изменение коэффициента пропускания которого по радиусу соответствует гауссовой форме распределения. Причём размер первой зоны Френеля выбран равным поперечному сечению пучка лазерного излучения, что позволило получить на выходе задающего генератора одномодовое излучение с энергией в импульсе 60 мДж. После усиления импульса в двухпроходном усилителе его энергия возросла до 970 мДж и на удвоенной частоте излучения (на кристалле LBO) были получены импульсы с энергией 480 мДж. В таком состоянии лазера он использовался в работах по созданию лазера на красителях и тестовых экспериментах в пламенах. К сожалению, лучевая стойкость покрытия единственного профилированного зеркала была не высока, и оно разрушилось.

Pages: |

| 2 | 3 | 4 |

Главная >> Диссертации - все темы

[ СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА .pdf ]

Похожие работы:

«МОХАММАДИ ЛЕЙЛА НАСРОЛЛАХ ИЗМЕНЕНИЕ ЖЕСТКОСТИ СОСУДИСТОЙ СТЕНКИ И ФУНКЦИИ ЭНДОТЕЛИЯ У БОЛЬНЫХ АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТЕНЗИЕЙ С ФИБРИЛЛЯЦИЕЙ ПРЕДСЕРДИЙ 14.01.05.- кардиология Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук Научный руководитель – доктор...»

«Яськова Татьяна Ивановна ПРИСТОЛИЧНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ КАК ФАКТОР СОЦИАЛЬНОЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СМОЛЕНСКОЙ ОБЛАСТИ Специальность 25.00.24 – Экономическая, социальная, политическая и рекреационная география Диссертация на соискание учёной степени кандидата географических наук Научный руководитель – доктор географических наук, профессор Александр Петрович Катровский...»

«Бурменская Ольга Владимировна МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ИММУННОГО ОТВЕТА ПРИ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ОРГАНОВ ЖЕНСКОЙ РЕПРОДУКТИВНОЙ СИСТЕМЫ 03.03.03 – иммунология Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук Научные консультанты: доктор медицинских наук,...»

«РЫЧКОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ ПРОМЫСЛОВОЙ ПОДГОТОВКИ УГЛЕВОДОРОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И АНАЛИЗА РАЗРАБОТКИ НЕФТЕГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Специальность 25.00.17 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель кандидат технических наук, Нестеренко Александр Николаевич. Тюмень –...»

«КРЫЛОВ ИГОРЬ БОРИСОВИЧ Окислительное C-O сочетание алкиларенов, -дикарбонильных соединений и их аналогов с оксимами, N-гидроксиимидами и N-гидроксиамидами 02.00.03 – Органическая химия Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук Научный руководитель : д.х.н., Терентьев А.О. Москва – ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ...»

«Белолипецкий Павел Викторович ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ОЗЁРАХ 05.13.18 – математическое моделирование, численные методы и комплексы программ Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Научный руководитель : член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук В.В. Шайдуров Красноярск - СОДЕРЖАНИЕ Введение...»

«ТВЕРИТНЕВА НАТАЛЬЯ НИКОЛАЕВНА Экономическая оценка эффективности инвестиций в инновационную деятельность, направленную на улучшение экологии мегаполисов Специальность 08.00.05.Экономика и управление народным хозяйством: экономика, организация и управление отраслями, предприятиями, комплексами (строительство) Диссертация на соискание учёной степени кандидата экономических наук Научный руководитель : кандидат...»

«Уклеина Ирина Юрьевна ОКСОФТОРИДЫ ИТТРИЯ И РЗЭ: СИНТЕЗ, ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ И ОПТИКА Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук 02.00.21 – химия твердого тела Научные руководители: доктор химических наук, профессор Голота Анатолий Федорович кандидат химических наук, доцент Гончаров Владимир Ильич СТАВРОПОЛЬ 2005 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА ОКСОФТОРИДЫ ИТТРИЯ И РЗЭ: МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВА (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ).. 1.1....»

«из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ СоБашников, Сергей Викторович 1. Букгалтерский и налоговый учет докодов и раскодов коммерческой организации 1.1. Российская государственная Библиотека diss.rsl.ru 2005 СоБаигникоБ, Сергей Викторович Букгалтерский и налоговый учет докодов и раскодов коммерческой организации [Электронный ресурс]: Дис.. канд. экон. наук : 08.00.12.-М.: РГБ, 2005 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Букгалтерский учет, статистика Полный текст:...»

«УДК616.66-007.26.089.168.1- 06.053.5 Худойбердиев Азиз Абдуганиевич Хирургическое лечение осложнений уретропластики при гипоспадии у детей. Специальность-5А720202 детская хирургия Диссертация на соискание академической степени магистра Научный руководитель : д.м.н., профессор Шамсиев Азамат...»

«Коротеев Михаил Юрьевич Вихретоковый контроль качества паяных соединений стержней статорных обмоток турбогенераторов Специальность 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата...»

«Татарчук Александр Игоревич БАЙЕСОВСКИЕ МЕТОДЫ ОПОРНЫХ ВЕКТОРОВ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ РАСПОЗНАВАНИЮ ОБРАЗОВ С УПРАВЛЯЕМОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ ОТБОРА ПРИЗНАКОВ 05.13.17 – Теоретические основы информатики диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук Научный руководитель д.т.н., профессор Моттль Вадим Вячеславович Москва, 2014 -2Содержание...»

«Абрамов Александр Геннадьевич БИОЛОГО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МАТОЧНЫХ КОРНЕПЛОДОВ И СЕМЯН СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ В УСЛОВИЯХ ПРЕДКАМЬЯ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН 06.01.05 – селекция и семеноводство сельскохозяйственных растений Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук профессор Таланов Иван Павлович Научный консультант доктор...»

«БАЗАРОВА ЛЮБОВЬ АЛЕКСАНДРОВНА УПРАВЛЕНИЕ УСТОЙЧИВЫМ РАЗВИТИЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ: МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ 08.00.05 – Экономика и управление народным хозяйством (экономика, организация и управление предприятиями, отраслями и комплексами: промышленность) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора экономических наук...»

«Боташова Асият Казиевна ПОЛИТИЧЕСКИЙ ТЕРРОРИЗМ: ДЕТЕРМИНАЦИЯ И ФОРМЫ ПРОЯВЛЕНИЯ Специальность 23.00.02 - Политические институты, этнополитическая конфликтология, национальные и политические процессы и технологии Диссертация на соискание ученой степени кандидата политических наук Научный руководитель : доктор философских наук, профессор Н.П.Медведев Ставрополь - 2004 СОДЕРЖАНИЕ...»

«Вельмин Александр Сергеевич ПРОИЗВОДСТВО ПО ДЕЛАМ ОБ АДМИНИСТРАТИВНОМ НАДЗОРЕ ЗА ЛИЦАМИ, ОСВОБОЖДЕННЫМИ ИЗ МЕСТ ЛИШЕНИЯ СВОБОДЫ, В ГРАЖДАНСКОМ ПРОЦЕССЕ 12.00.15 – гражданский процесс, арбитражный процесс ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата юридических наук Научный руководитель : доктор юридических наук, доцент Юдин Андрей...»

«Шарапов Алексей Анатольевич НЕЛАГРАНЖЕВЫ КАЛИБРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ: ГЕОМЕТРИЯ И КВАНТОВАНИЕ 01.04.02 - теоретическая физика Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Научный консультант : доктор физ. - мат. наук, проф. С. Л. Ляхович. Томск – 2007 г. 2 Оглавление Введение 7 1 Деформационное квантование виковского типа 1.1 Многообразия Федосова-Вика.........................»

«МАКАРЕВИЧ Ольга Владимировна ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЛИГИОЗНЫХ ТЕКСТОВ В ТВОРЧЕСТВЕ Н.С. ЛЕСКОВА ВТОРОЙ ПОЛОВИНЫ 1870-х – 1890-х гг.: ВОПРОСЫ ПРОБЛЕМАТИКИ И ПОЭТИКИ Специальность 10.01.01 – Русская литература Диссертация на соискание ученой степени кандидата...»

«Едранов Сергей Сергеевич АПОПТОЗ И ОКСИД АЗОТА В РЕГЕНЕРАЦИИ ТРАВМИРОВАИНОИ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ВЕРХНЕЧЕЛЮСТНОГО СИНУСА 03.03.04 - клеточная биология, цитология, гистология Диссертация на соискание ученой степени доктора медицинских наук Научный консультант доктор медицинских наук,...»

«ДАВЫДОВ ЕВГЕНИЙ ЛЕОНАРДОВИЧ УДК 616.12-008.331.1.-036:612.67 НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ МЕДИКОСОЦИАЛЬНОЙ ПОМОЩИ ЛИЦАМ ПОЖИЛОГО И СТАРЧЕСКОГО ВОЗРАСТА С АРТЕРИАЛЬНОЙ ГИПЕРТОНИЕЙ (НА МОДЕЛИ Г. КРАСНОЯРСКА) 14.01.04 – внутренние болезни; 14.02.03 - общественное здоровье и здравоохранение ДИССЕРТАЦИЯ НА СОИСКАНИЕ УЧЁНОЙ СТЕПЕНИ...»

наверх

<< ГЛАВНАЯ | КОНТАКТЫ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА (Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)