экология/6. Экологический мониторинг

к.т.н. Мухамадиев А.А.

Уфимская государственная академия экономики и сервиса, Россия

Системы экологического и техносферного мониторинга на акустооптических функциональных элементах

Современное воздействие человеческой деятельности на окружающую среду возвело в число важнейших общечеловеческих проблем ее охрану, сохранение в допустимых пределах уровня ее загрязнения. Окружающая среда, которая находится под постоянным антропогенным воздействием, постепенно утрачивает уникальную способность к самовосстановлению, что может привести в конечном итоге к необратимым процессам, грозящим гибелью человечества. Следовательно, индустриальное воздействие на природную среду настолько серьезно, что требует постоянного экологического мониторинга обстановки для своевременного принятия неотложных мер по сохранению в допустимых пределах уровня загрязнения окружающей среды [1].

Основным инструментарием мониторинга являются информационно-измерительные системы экологического и техносферного мониторинга. Измерительно-информационная система (ИИС) представляет собой комплекс измерительных устройств, обеспечивающих одновременное получение необходимой информации о свойствах и состоянии какого-либо объекта. ИИС должна обеспечить качество экологического мониторинга всех элементов окружающей среды: атмосферы, гидросферы и литосферы. В последние годы к данным элементам можно отнести и техносферу, в связи с резким увеличением количества аварий в данной области, а также объекты обеспечения жизнедеятельности, что вызвано ростом числа политических, этнических и религиозных конфликтов, в которых активное участие могут принимать террористические организации.

Структурная схема любой ИИС может быть представлена так, как это показано на рисунке 1. Датчики (Д) воспринимают различные параметры объекта измерения, унифицирующие преобразователи (УП), унифицируют и передают по каналам связи сигналы датчиков в единый пункт сбора данных. Программное устройство воспринимает информацию датчиков и передаёт её получателю информации.

Рисунок 1 - Измерительно-информационная система

Датчиковая аппаратура (первичный измерительные преобразователи, воспринимающие действия измеряемых величин, и унифицирующие преобразователи, представляющие данные в виде, удобном для обработки) является важнейшим элементом ИИС. Это обуславливается тем, что датчики, как правило, включаются в прямые цепи преобразования, и характеристики датчиковой аппаратуры в значительной мере определяют качество характеристик ИИС в целом [2].

Таким образом, создание и исследование технических возможностей и развитие научной базы проектирования измерительных преобразователей, предназначенных для использования в системах экологического и техносферного мониторинга, имеющих соответствующие современным требованиям метрологические, надёжностные и эксплуатационные показатели, значительно улучшит качество ИИС, и как следствие, качество мониторинга в целом.

Совершенствование структуры и элементной базы измерительных преобразователей, базирующихся на традиционных физических эффектах, не дает значимых результатов. В связи с этим наиболее приемлемо применение элементов на новых физических эффектах. Одним из них является акустооптический эффект, обладающий большим потенциалом. Сущность эффекта заключается во взаимодействии электромагнитных волн с акустическими возмущениями, распространяющимися в упругой среде. Сравнительный анализ показывает, что акустооптические измерительные преобразователи по многим параметрам превосходят традиционные преобразователи. Очевидны следующие достоинства: быстродействие (исключена инерционность механических элементов); надежность (нет перемещения, следовательно, нет трения и вызванных им поломок); точность (нет люфтов, малая чувствительность к вибрации); возможность измерения в реальном режиме времени; миниатюрность (можно выполнить стационарную систему в переносном варианте); многофункциональность (обладает рядом новых свойств, например, управляемостью характеристик). Действие акустооптических измерительных преобразователей основано на применении акустооптических функциональных элементов.

Следует отметить, что последнее десятилетие характеризуется устойчивой тенденцией к всё более широкому распространению ИИС мониторинга с универсальными физико-химическими анализаторами состава и свойств вещества в качестве первичных измерительных преобразователей, особенно анализаторами спектрального типа. Становится экономически выгодным заменить несколько одноцелевых датчиков в ИИС одним универсальным анализатором, осуществляя полный контроль нескольких технологических характеристик (продуктов, смесей, загрязнителей и т.п.).

Учитывая данную тенденцию и то, что акустооптические функциональные элементы являются универсальными анализаторами спектрального типа, можно создать новый класс ИИС на их основе.

Основным недостатком существующих ИИС мониторинга является разнообразие физико-химических принципов заложенных в основу аналитических приборов, огромное количество методик и алгоритмов обработки аналитической информации, и как следствие отсутствие общей научно-технической платформы, с позиции которой можно было бы в принципе рассматривать приборы, алгоритмы представления и обработки экоаналитической информации.

Использование ИИС на основе акустооптических функциональных элементах позволит создать такую платформу, а также использовать искусственные нейросетевые технологии и адаптивные алгоритмы, обеспечивающие их высокую метрологическую надёжность [3].

Таким образом, создание и развитие научно-практической базы проектирования технических средств измерений на акустооптических функциональных элементах для систем экологического и техносферного мониторинга позволит значительно улучшить качество работы данных систем и мониторинга в целом.

Литература:

1. Мухамадиев А.А. Акустооптические приборы информационно-измерительных систем экологического мониторинга/ А.А. Мухамадиев, М.А. Ураксеев, Р.Г. Фаррахов. - Уфа: Уфимск. гос. акад. эконом. и сервиса, 2009.–119 с.

2. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978.

3. Мухамадиев А.А. Информационно-измерительная система атмосферного мониторинга на базе акустооптического газоанализатора / А.А. Мухамадиев. - Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2007»: матер. всерос. науч. конф. / Астраханск. гос. ун-т.– Астрахань, 2007. – ч.2. – С. 226-229.