pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2023-14-3-207-213pimi-833Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsИспользование многозондового модулированного лазерного излучения для идентификации сгустков веществ в потоке жидкостиThe Use of Multi-Probe Modulated Laser Radiation for the Identification of Substances' Clots in the Fluid FlowАлексеевВ. А.AlekseevV. A.

ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069

 Studencheskaya str., 7, Izhevsk 426069, Russia

ЮранС. И.YuranS. I.

ул. Студенческая, 11, г. Ижевск 426069

Studencheskaya str., 11, Izhevsk 426069, Russia

yuran-49@yandex.ruУсольцевВ. П.UsoltsevV. P.

ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069

 Studencheskaya str., 7, Izhevsk 426069, Russia

ШульминД. Н.ShulminD. N.

ул. Студенческая, 7, г. Ижевск 426069

Studencheskaya str., 7, Izhevsk 426069, Russia

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. КалашниковаРоссияKalashnikov Izhevsk State Technical UniversityRussian FederationУдмуртский государственный аграрный университетРоссияUdmurt State Agrarian UniversityRussian Federation202306102023143207213Copyright © Алексеев В.А., Юран С.И., Усольцев В.П., Шульмин Д.Н., 20232023Алексеев В.А., Юран С.И., Усольцев В.П., Шульмин Д.Н.Alekseev V.A., Yuran S.I., Usoltsev V.P., Shulmin D.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/833

Современные средства контроля систем обеспечения водой на предприятиях или в жилищной сфере используют лазерные системы зондирования жидкости. При этом, как правило, используются лабораторные анализы полученных проб жидкости, а также спектральные методы анализа при сканировании жидкости излучением разных длин волн. Эти подходы не позволяют проводить анализ в реальном масштабе времени движущегося потока жидкости (поточный анализ). В работе рассмотрен вариант построения системы обнаружения и идентификации аварийных сгустков загрязняющих веществ в потоке жидкости с использованием лазерного излучения в реальном масштабе времени. Приведены основные принципы построения системы, блок-схема структуры системы и параметры идентификации сгустков исследуемых веществ, протекающих в трубопроводах системы канализации или водоочистки на промышленных предприятиях. При построении системы используется несколько длин волн лазерного излучения, одновременно направленных в одну исследуемую точку сгустка исследуемого потока жидкости. Длины волн излучения определяются на стадии подготовки к исследованию. На этой начальной стадии процесса анализируются оптические спектры пропускания веществ, которые априори возможны в исследуемом потоке жидкости. Основной критерий выбора длин волн – различие оптических спектров пропускания веществ на выбранных длинах волн. Для возможности технического разделения сигналов на различных длинах волн зондирующего излучения производится модуляция потоков излучений. Создание эталонов идентификации веществ в сгустках потока жидкости производится в форме решетчатых функций, содержащих составляющие оптического спектра пропускания вещества на определенных длинах волн лазерного излучения. Модуляцию излучения предлагается проводить путём управления накачкой каждого из излучателей системы. Предлагаемая система найдет применение в нефтегазовой, перерабатывающей промышленности, в системах фильтрации и очистки водоснабжения, промышленных предприятиях и предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции.

Modern tools of water supply systems monitoring at enterprises or in the housing sector use laser liquid sensing systems. In this case, as a rule, laboratory analyses of the obtained liquid samples are used, as well as spectral analysis methods when scanning the liquid with light for different wavelengths. These approaches do not allow for real-time analysis of a moving fluid flow (flow analysis). The paper considers a version for constructing of a system for online detecting and identifying emergency clots of pollutants in a liquid stream using laser radiation. The basic principles of the system construction, the block diagram of the system structure and parameters for identification of clots of substances under study flowing in the pipelines of the sewage or water treatment system at industrial enterprises are given. When constructing the system, several wavelengths of laser radiation are used, simultaneously directed to the one point of the studied clot of the studied fluid flow. Light wavelengths are determined at the stage of preparation for the study. At this initial stage of the process, optical transmission spectra of substances that are a priori possible in the studied fluid flow are analyzed. The main criterion for wavelengths choose is difference in substances optical transmission spectra at the se selected wavelengths. For the possibility of technical separation of signals at different wavelengths of the emitting radiation, the radiation fluxes are modulated. Creation of standards for identification substances in fluid flow clusters is carried out in the form of lattice functions containing the components of the substance optical transmission spectrum at certain wavelengths of laser radiation. Modulation of radiation is proposed to be carried out by controlling the pumping of each emitters of the system. The proposed system will find application in the oil and gas, processing industry, water filtration and purification systems, industrial enterprises and agricultural processing enterprises.

лазерное зондированиемодуляция лазерного излученияанализ спектров веществlaser probinglaser radiation modulationsubstance spectrum analysisReferencesЖуравель В.И. Об идентификации источников нефтяных загрязнений / В.И. Журавель, В.Р. Маричев // Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. Section 10. Technical Sciences. – 2015. – № 9-10. – С. 65–68.Zhuravel VI, Marichev VR. On identification of sources of oil pollution. Austrian Journal of Technical and Natural Sciences. 2015; 9–10, section 10:65-68. (In Russ.).Бочаров В.Н. Исследование многомерных абсорбционных аналитических сигналов бензинов в среднем ИК-диапазоне / В.Н. Бочаров [и др.] // Журнал аналитической химии. – 2019. – Т. 74. – № 5. – С. 356– 364. DOI: 10.1134/S1061934819020047Bocharov VN, Ganeev AA, Konyushenko IO, Nemets VM, Peganov SA. Study of multidimensional absorption analytical signals of gasolines in the mid-IR region. Journal of Analytical Chemistry. 2019;74(5):356364. (In Russ.). DOI: 10.1134/S1061934819020047Alekseev V.A. System Eliminating Emergency Discharges in Industrial Facilities Waste Waters Using Relative Signal Description / V.A. Alekseev, S.I. Yuran, V.P. Usoltsev, D.N. Shulmin // Devices and Methods of Measurements, 2022, vol. 13, no. 2, pp. 105–111. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-2-105-111Alekseev VA, Yuran SI, Usoltsev VP, Shulmin DN. System Eliminating Emergency Discharges in Industrial Facilities Waste Waters Using Relative Signal Description. Pribory i metody izmereniy = Devices and Methods of Measurements. 2022;13(2):105-111. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-2-105-111Кигель А.А. Поточный анализ и контроль ТП: Методы анализа, преимущества и специфика применения / А.А. Кигель, Д.А. Чернокозинский, И.И. Зильберман // Автоматизация в промышленности. – 2016. – № 2. – С. 42–46.Kigel AA, Chernokozinsky DA, Zilberman II. Flow analysis and control of TP: Methods of analysis, advantages and specifics of application. Automation in industry. 2016;(2):42-46. (In Russ.).Кигель А.А. Контроль содержания нефтепродуктов в системах оборотного водоснабжения / А.А. Кигель, Д.А. Чернокозинский // Автоматизация в промышленности. – 2014. – № 5. – С. 30–33.Kigel AA, Chernokozinsky DA. Control of the content of petroleum products in circulating water supply systems. Automation in industry. 2014;(5):30-33. (In Russ.).Gu Z. Application of Raman spectroscopy for the detection of acetone dissolved in transformer oil / Z. Gu,Gu Z, Chen W, Du L, Shi H, Wan F. Application of Raman spectroscopy for the detection of acetone dissolved in transformer oil. Zhurnal prikladnoj spektroskopii = Journal of Applied Spectroscopy. 2018;85(2): 205211. DOI: 10.1007/s10812-018-0636-2W. Chen, L. Du [et al.] // Journal of Applied Spectroscopy, 2018, vol. 85, no. 2, pp. 205–211. DOI: 10.1007/s10812-018-0636-2Sorokin FG. The use of photometric technology in the process of in-line analysis of the quality of petroleum products. Automation in industry. 2013;(10):19-21 (In Russ.).Сорокин Ф.Г. Использование фотометрической технологии в процессе поточного анализа качества нефтепродуктов / Ф.Г. Сорокин // Автоматизация в промышленности. – 2013. – № 10. – С. 19–21.Feng J, Chen H, Zhang X. Method of correlation coefficient optimization used in UV-VIS spectrophotometric analysis for effluent in catalytic ozonation. Zhurnal prikladnoj spektroskopii = Journal of Applied Spectroscopy. 2018;85(4):683-693. DOI: 10.1007/s10812-018-0716-3Feng J. Method of correlation coefficient optimization used in UV-VIS spectrophotometric analysis for effluent in catalytic ozonation / J. Feng, H. Chen, X. Zhang // Journal of Applied Spectroscopy, 2018, vol. 85, no. 4, pp. 683–693. DOI: 10.1007/s10812-018-0716-3Korsakov VS, Gulko DYa, Korsakov MS, Zhukova LV. Infrared on-line spectroscopy for the analysis of aqueous solutions. Butlerovskie soobshcheniya = Butlerov Communications. 2016;48(12):115-120. (In Russ.).Корсаков В.С. Инфракрасная on-line спектроскопия для анализа водных растворов / В.С. Корсаков, Д.Я. Гулько, М.С. Корсаков, Л.В. Жукова // Бутлеровские сообщения. – 2016. – Т. 48. – № 12. – С 115–120. 10. Патент 2792152 РФ, МПК G01N 21/31. Устройство контроля аварийных сбросов / С.И. Юран, В.А. Алексеев, В.П. Усольцев // Заявитель Удмуртский ГАУ. Заявка № 2022122806 от 24.08.2022. Опубл. 17.03.2023. Бюл. № 8.Yuran SI, Alekseev VA, Usoltsev VP. Emergency discharge monitoring device. Patent RF, no. 2792152, 2023.Паргачев И.А. Электрооптические модуляторы лазерного излучения на основе высокоомных кристаллов КТiOPO4 / И.А. Паргачев, Ю.В. Кулешов, В.А. Краковский [и др.] // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (Доклады ТУСУР). – 2012. – № 2(26). – Ч. 2. – С. 90–93.Pargachev IA, Kuleshov YuV, Krakovsky VA, et al. Electrooptical modulators of laser radiation based on high-resistance KTiOPO4 crystals. Doklady Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki (Doklady TUSUR) = Reports of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics (Reports of TUSUR). 2012;2(26), part 2,90-93. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.