Determination of point estimates in an information-measuring system on the basis of light shields

In the article, we research nonlinear estimations of a mathematical expectation of a random value received by the criterion of the minimum amount of deflections in a production degree that determinates a deviation weight. The research results can be used for the estimation of a mathematical expectation and determination of effectiveness of estimating in an information-measuring system based on light shields

Система лазерного мониторинга загрязнений водной среды с применением относительного описания формы сигналов

As a rule, the wastewater treatment system is not designed to filter substances formed, as a result of beyond design basis accident. The nature of the beyond design basis accident is associated with the shortterm appearance of a clot of these substances in wastewater, determined by the volume of the substance storage tank. Therefore, a rational approach is to divert this portion of the formed substances into a separate branch of the sewage system or sedimentation tanks. The aim of the work is to implement this approach by creating a laser monitoring system for water pollution. The article proposes a system for automatic detection of a clot of emergency discharge of pollutants into the wastewater of an industrial enterprise. The structural diagram of the system and the purpose of its main elements are given. The system should provide clot detection in real time. To ensure this function, a preliminary study is made of the spectral characteristics of all substances that may appear in wastewater in the event of an emergency. Based on these data, the wavelengths of laser radiation in the system are selected. The obtained measurement data from several probes are presented in the form of a lattice function, which is translated into a relative description representing the order relationship matrix on the set of lattice function components. The relative description is invariant to linear changes in the lattice function. The decision to detect any substance from emergency discharges is made based on a comparison of the relative description of the measurements with the standards prepared at the stage of system setup. The article provides an example of the formation of standards for emergency clots from glycerin and allyl alcohol. The graphs of the lattice functions obtained from the IR spectra of emergency discharges of these substances are given; algorithms for constructing a lattice function and comparison of lattice functions. Thus, using the developed mathematical description of the shape of digital signals based on the relative description, the signal of the monitoring curve can be described in the form of a curve of the optical density change of an aqueous medium

Система устранения аварийных сбросов в сточные воды предприятий с использованием относительного описания спектров веществ

Peak emergency discharges of harmful substances to the industrial companies waste waters that normally form coagulates over time present a serious environmental problem. These coagulates can enter natural water bodies during the wastewater discharge. Thus, detecting these coagulates in real-time is a relevant problem.To solve this problem, the authors suggest building an automated system that shall record and identify the emergency harmful substances discharges to the industrial companies waste waters caused by accidents. This system features a laser probing module which scans waste water at several wavelengths simultaneously and in real time.Emergency discharge identification is performed based on the substance transmission spectra analysis using the original description of the recorded substance spectra digital signals. The relative description on the components of the lattice function of the spectrum of emergency discharges is used, constructed using the order ratio between the components of the lattice function.The emergency discharge identification can be implemented by comparing the relative description of the emergency discharge spectrum with the reference spectra for the harmful substances that can be present at the given industrial facility, and the standards of the spectra of these substances are presented in the form of a relative description using the ratio “more”–“less”.The authors provide a flow chart for the emergency discharge elimination system, describe its operation and the functions fulfilled by its elements. The system features an emergency coagulate identification device, a processing device for the spectrum recorded that can also store the reference spectra of harmful substances, and a valve-control device for the waste water system. Due to installation of laser radiation sources along the perimeter of the pipe along which the liquid moves, simultaneous laser action on the emergency clot of harmful substances passing through the pipe is ensured. The analysis of the clot passing through the sewer pipe allows opening the valves for each of the predicted emergency clots when receiving a command from the control device and diverting the clot that has appeared to the appropriate sump. Серьёзной экологической проблемой являются залповые аварийные сбросы вредных веществ в сточные воды предприятий, которые, как правило, представляют сгустки определённой длительности. Образованные сгустки могут попасть в естественные водоёмы при сбросе сточных вод. Поэтому актуальна задача обнаружения указанных сгустков в реальном масштабе времени.Для решения данной задачи предлагается вариант построения автоматизированной системы фиксации и идентификации аварийных сбросов вредных веществ в сточные воды промышленного предприятия при запроектных авариях. Отличие системы заключается в использовании лазерного зондирования сточных вод одновременно на нескольких длинах волн излучения в реальном масштабе времени.Идентификация аварийных сбросов производится на основании анализа спектров пропускания веществ с использованием оригинального описания цифровых сигналов регистрируемых спектров веществ. Используется относительное описание на составляющих решетчатой функции спектра аварийных сбросов, построенное с использованием отношения порядка между составляющими решетчатой функции. Идентификация аварийного сброса осуществляется путём сравнения относительного описания спектра аварийного сброса с эталонами спектров возможных вредных веществ для данного предприятия, причём эталоны спектров этих веществ представлены в виде относительного описания с использованием отношения «больше»–«меньше».Приведена структурная схема системы устранения аварийных сбросов, описана её работа и назначение отдельных элементов системы. Система содержит устройство идентификации аварийных сгустков, устройство обработки регистрируемых спектров и хранения эталонов спектров вредных веществ и устройство управления задвижками в системе сточных вод. За счёт установки источников лазерного излучения по периметру трубы, по которой движется жидкость, обеспечивается одновременное лазерное воздействие на проходящий по трубе аварийный сгусток вредных веществ. Анализ проходящего по сточной трубе сгустка позволяет проводить открытие задвижек для каждого из прогнозируемых аварийных сгустков при получении команды от устройства управления и отвести появившийся сгусток в соответствующий отстойник

Система лазерного мониторинга загрязнений водной среды с применением относительного описания формы сигналов

As a rule, the wastewater treatment system is not designed to filter substances formed, as a result of beyond design basis accident. The nature of the beyond design basis accident is associated with the shortterm appearance of a clot of these substances in wastewater, determined by the volume of the substance storage tank. Therefore, a rational approach is to divert this portion of the formed substances into a separate branch of the sewage system or sedimentation tanks. The aim of the work is to implement this approach by creating a laser monitoring system for water pollution.The article proposes a system for automatic detection of a clot of emergency discharge of pollutants into the wastewater of an industrial enterprise. The structural diagram of the system and the purpose of its main elements are given. The system should provide clot detection in real time. To ensure this function, a preliminary study is made of the spectral characteristics of all substances that may appear in wastewater in the event of an emergency.Based on these data, the wavelengths of laser radiation in the system are selected. The obtained measurement data from several probes are presented in the form of a lattice function, which is translated into a relative description representing the order relationship matrix on the set of lattice function components. The relative description is invariant to linear changes in the lattice function. The decision to detect any substance from emergency discharges is made based on a comparison of the relative description of the measurements with the standards prepared at the stage of system setup.The article provides an example of the formation of standards for emergency clots from glycerin and allyl alcohol. The graphs of the lattice functions obtained from the IR spectra of emergency discharges of these substances are given; algorithms for constructing a lattice function and comparison of lattice functions. Thus, using the developed mathematical description of the shape of digital signals based on the relative description, the signal of the monitoring curve can be described in the form of a curve of the optical density change of an aqueous medium.Как правило, система очистки сточных вод не рассчитана на фильтрацию веществ, образованных в результате запроектной аварии. Характер запроектной аварии связан с кратковременным появлением сгустка этих веществ в сточных водах, определяемый объёмом ёмкости хранения веществ. Поэтому рациональным подходом является отведение этой порции образовавшихся веществ в отдельную ветвь сточной системы или отстойники. Целью работы являлась реализация указанного подхода путем создания системы лазерного мониторинга загрязнений водной среды.В статье предлагается система автоматического обнаружения сгустка аварийного сброса загрязняющих веществ в сточные воды промышленного предприятия. Приведена структурная схема системы и назначение основных её элементов. Система должна обеспечить обнаружение сгустков в реальном масштабе времени. Для обеспечения этой функции предварительно проводится исследование спектральных характеристик всех веществ, возможных к появлению в сточных водах в случае аварийной ситуации.На основании этих данных выбираются длины волн лазерного излучения в системе. Полученные данные измерений от нескольких зондов представляются в виде решётчатой функции, которая переводится в относительное описание, представляющее матрицу отношения порядка на множестве составляющих решётчатой функции. Относительное описание инвариантно к линейным изменениям решётчатой функции. Решение об обнаружении какого-либо вещества из аварийных сбросов принимается на основании сравнения относительного описания измерений с эталонами, подготовленными на стадии настройки системы.Приведён пример формирования эталонов для аварийных сгустков из глицерина и аллилового спирта. Приведены графики решётчатых функций, полученных из ИК-спектров аварийных сбросов этих веществ; алгоритмы построения решётчатой функции и сравнения решётчатых функций.Таким образом, с помощью разработанного математического описания формы цифровых сигналов на основе относительного описания может быть описан сигнал кривой мониторинга в виде кривой изменения оптической плотности водной среды

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФ

Automated photoplethysmograph for registration the pulse curves, technical characteristics of the device and results of its experimental approbation are presented. Developed photoplethysmograph is expedient to use for research purposes on perfection of designs of optoelectronic sensors for specific bioobjects and sites of biofabrics. That will allow raising the level of diagnostics of cardiovascular system condition of people and animals. Разработан автоматизированный фотоплетизмограф для регистрации пульсовых кривых. Приведены технические характеристики прибора и результаты экспериментальной апробации. Разработанный фотоплетизмограф целесообразно использовать для исследовательских целей по совершенствованию конструкций оптоэлектронных датчиков для конкретных биообъектов и участков биотканей, что позволит повысить уровень диагностики состояния сердечно-сосудистой системы человека и животных

Расширение функциональных возможностей фотоабляции эксимерным лазером в офтальмологии

One of the significant weaknesses of excimer laser-based vision correction devices is the difficulty of achieving a required change in the refractive properties of the cornea to sharply focus the image on the retina with distance from the working area (ablation zone) center to the periphery due to a change in the laser beam incidence angle. The study is aimed at improving the quality of laser action on the eye cornea by introducing an optical corrective system into the existing excimer laser vision correction equipment, ensuring the coincidence of the direction of the laser beam incidence on the corneal surface with the normal.It has been shown that the greater the reflection coefficient, the lower the absorbed energy, and the shallower the laser radiation penetration and ablation depths, which reduces the laser action opportunities and quality. When using excimer laser vision correction devices, it has been proposed to change the angle of the laser beam incidence on the cornea with a distance from the working area (ablation zone) center to the periphery during the surgery by introducing an optical corrective system based on a lightweight controllable and movable mirror, which allows achieving the coincidence of the direction of the laser beam incidence on the corneal surface with the normal.The studies have shown that the coincidence of the laser beam incidence on the corneal surface at any point with the normal when using a priori data on the specifics of the patient's eye allows expanding the functional opportunities of excimer laser photoablation, i. e., expand the ablation zone by 30 % and eliminate the possibility of errors caused by the human factor. The technique proposed can be used for excimer laser vision correction according to PRK, LASIK, Femto-LASIK, and other methods. To implement this approach, a patented excimer laser vision correction unit has been proposed with a PCcontrolled optical shaping system comprising galvo motor platforms and galvo mirrors installed on them.Одним из существенных недостатков устройств для коррекции зрения на основе эксимерных лазеров является трудность достижения заданного изменения преломляющих свойств роговицы для чёткой фокусировки изображения на сетчатке с удалением от центра рабочей зоны (зоны абляции) к периферии в связи с изменением угла падения лазерного луча. Целью исследования являлось повышение качества лазерного воздействия на роговицу глаза за счёт введения в существующую аппаратуру для эксимер-лазерной коррекции зрения оптической корректирующей системы, обеспечивающей совпадение направления лазерного луча, падающего на поверхность роговицы, с нормалью. Показано, что чем больше коэффициент отражения, тем меньше поглощённая энергия, тем меньше глубина проникновения лазерного излучения и меньше глубина абляции, что снижает возможности и качество лазерного воздействия. Предложено при использовании устройств для эксимер-лазерной коррекции зрения изменять в процессе операции угол падения лазерного луча на роговицу с удалением от центра рабочей зоны (зоны абляции) к периферии за счёт введения оптической корректирующей системы на основе управляемого, лёгкого подвижного зеркала, что позволяет добиться совпадения направления лазерного луча, падающего на поверхность роговицы, с нормалью.Проведённые исследования показали, что совпадение лазерного луча, падающего на поверхность роговицы в любой точке с нормалью, при использовании априорной информации об индивидуальных особенностях глаза пациента, позволяет расширить функциональные возможности фотоабляции эксимерным лазером, а именно, увеличить зону абляции на 30 % и исключить вероятности ошибок из-за человеческого фактора. Предложенная методика может быть использована для эксимер-лазерной коррекции зрения по методикам PRK, LASIK, Femto-LASIK и др. Для реализации данного подхода предложена защищённая патентом установка для эксимер-лазерной коррекции зрения с управляемой от компьютера оптической формирующей системы, включающей платформы с гальвоприводом и установленными на них гальвозеркалами

Использование многозондового модулированного лазерного излучения для идентификации сгустков веществ в потоке жидкости

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.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

КОМПЛЕКС КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЙ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ СТОЧНЫХ ВОД

Article contains theoretical and practical technical sentences on creation of an optoelectronic complex of monitoring of emergency discharge of pollution in sewage of the enterprises.The relevance of the task of monitoring of sewage on existence of emergency clots in sewage for saving water sources is shown. The structural scheme of a complex of monitoring of the water environment is provided. The mathematical model of a complex of optoelectronic monitoring over the water environment on the example of sewage of the enterprise is considered. The complex of monitoring is described by the random impulse transition function containing two independent components, one of which defines dynamic properties, another considers stochasticity of conversion.The example of implementation of an optoelectronic complex of monitoring of the water environment in the system of sewage of the enterprise is given. Experimentally the efficiency of a complex in case of measurement of changes of optical density of the analysable environments is shown. For carrying out an experiment water pollution is selected by vegetable oil. The analysis of absorption spectra of water and vegetable oil showed that as a source of radiation it is expedient to use lasers with lengths of waves in the range of 0,4–0,5 μm which have the minimum absorption of radiation in the water environment and the considerable absorption in the environment of impurity, for example, the violet STLL-MM-405-200-52-A laser with wavelength of 0,405 μm and 200 mW. As the photo-sensor element, it is possible to use, for example, the PDV-V400-46 photodiode.Results of an experiment of a research of optical density of the liquid environment containing clots from vegetable oil are given. They show the functional connection of pollution of sewage with change of optical density of the water environment with certain lengths of waves of a probing laser radiation.Статья содержит теоретические и практические технические предложения по созданию оптоэлектронного комплекса контроля аварийных сбросов загрязнений в сточные воды предприятий.Показана актуальность задачи контроля сточных вод на наличие аварийных сгустков в сточных водах для сохранения водных источников. Приведена структурная схема комплекса контроля водной среды. Рассмотрена математическая модель комплекса оптоэлектронного контроля за водной средой на примере сточных вод предприятия. Комплекс контроля описывается случайной импульсной переходной функцией, содержащей две независимые составляющие, одна из которых определяет динамические свойства, другая учитывает стохастичность преобразования.Приведен пример реализации оптоэлектронного комплекса контроля водной среды в системе сточных вод предприятия. Экспериментально показана эффективность комплекса при измерении изменений оптической плотности анализируемых сред. Для проведения эксперимента выбрано загрязнение воды растительным маслом. Анализ спектров поглощения воды и растительного масла показал, что в качестве излучателя целесообразно использовать лазеры с длинами волн в диапазоне 0,4–0,5 мкм, у которых минимальное поглощение излучения в водной среде и значительное поглощение в среде примеси, например фиолетовый лазер STLL-MM-405-200-52-A с длиной волны 0,405 мкм и мощностью 200 мВт. В качестве фотоприемника можно использовать, например, фотодиод типа PDV-V400-46.Приведены результаты эксперимента исследования оптической плотности жидкой среды, содержащей сгустки из растительного масла. Они показывают функциональную связь загрязнения сточных вод с изменением оптической плотности водной среды при определенных длинах волн зондирующего лазерного излучения

Bioavailability in soils

The consumption of locally-produced vegetables by humans may be an important exposure pathway for soil contaminants in many urban settings and for agricultural land use. Hence, prediction of metal and metalloid uptake by vegetables from contaminated soils is an important part of the Human Health Risk Assessment procedure. The behaviour of metals (cadmium, chromium, cobalt, copper, mercury, molybdenum, nickel, lead and zinc) and metalloids (arsenic, boron and selenium) in contaminated soils depends to a large extent on the intrinsic charge, valence and speciation of the contaminant ion, and soil properties such as pH, redox status and contents of clay and/or organic matter. However, chemistry and behaviour of the contaminant in soil alone cannot predict soil-to-plant transfer. Root uptake, root selectivity, ion interactions, rhizosphere processes, leaf uptake from the atmosphere, and plant partitioning are important processes that ultimately govern the accumulation ofmetals and metalloids in edible vegetable tissues. Mechanistic models to accurately describe all these processes have not yet been developed, let alone validated under field conditions. Hence, to estimate risks by vegetable consumption, empirical models have been used to correlate concentrations of metals and metalloids in contaminated soils, soil physico-chemical characteristics, and concentrations of elements in vegetable tissues. These models should only be used within the bounds of their calibration, and often need to be re-calibrated or validated using local soil and environmental conditions on a regional or site-specific basis.Mike J. McLaughlin, Erik Smolders, Fien Degryse, and Rene Rietr

Проект автономного микрокатера с лазерным устройством для оценки загрязнения микропластиком акватории водоёмов

Water area pollution by microplastic particles smaller than 5 mm is a serious environmental problem. Usually, studies of water pollution are carried out by taking water samples with their further analysis in the laboratory. Therefore, study of the water areas for the presence of plastic with the identification of extensive pollution sites in real time is actual.The project of an autonomous unmanned research vehicle operating in water area and transferring the research data to the information processing center is discussed in the article. The device produces laser probing of the aquatic environment to detect polyethylene microparticles and to build maps of pollution sites in the studied water area.To implement the proposed project, the following tasks are solved:detection of plastic microparticles in the studied volume of the water environment where particle sizes are several orders of magnitude smaller than the studied water volume;identification of microparticles in presence of particles of other types of substances in the investigated water environment volume;estimation of the number particles’ in the studied water environmentA new approach which consists in creating an autonomous microboat that explores the water area along a route set from a control center located on the shore is proposed. The study involves the detection of microparticles in a certain volume of liquid flowing through a research tube installed in the bottom of the boat. There is a Schauberger tube in the central part of which particles are concentrated inside the tube. It makes possible to search for particles by laser probing with a wavelength about 3.5 μm, on which the peak absorption of light by polyethylene many times exceeds the water absorption.To ensure the energy efficiency of the microboat it is proposed to use a scheme for laser pulses combining using a fiber-optic delay line. This makes it possible to reduce the power consumption of the laser by almost an order of magnitude. The proposed project of the boat will make it possible to conduct studies of large water areas with the detection of plastic microparticles’ pollution sites. Examples of the used optical fiber, photodetector and laser source for the problem being solved are derived in the article.Загрязнение акваторий водоёмов частицами микропластика размером менее 5 мм является серьезной экологической проблемой. Обычно исследования загрязнений водоёмов проводят методом взятия проб воды с дальнейшей их оценкой в лаборатории. Поэтому актуальной является задача исследования акваторий водоёмов на наличие пластика в режиме реального времени с выявлением пятен обширных загрязнений.В статье рассматривается проект создания автономного беспилотного исследовательского аппарата, работающего в акватории водоёма, с передачей данных исследований в центр обработки информации. Аппарат производит лазерное зондирование водной среды для обнаружения микрочастиц полиэтилена и построения карт пятен загрязнений в исследуемой акватории водоёма.Для реализации предлагаемого проекта решаются следующие задачи:обнаружение микрочастиц пластика в исследуемом объёме водной среды, где размеры частиц на несколько порядков меньше исследуемого объёма;идентификация микрочастиц при наличии в исследуемом объёме водной среды частиц других видов веществ;оценка количества частиц в условном объёме водной среды.Предлагается новый подход, заключающийся в создании автономного микрокатера, который исследует акваторию водоёма по маршруту, задаваемому из центра управления, находящегося на берегу. Исследование предполагает обнаружение микрочастиц в определённом объёме жидкости, протекающей через исследовательскую трубу, установленную в днище катера. Внутри трубы расположена труба Шаубергера, в центральной части которой концентрируются частицы, что позволяет проводить поиск частиц при зондировании лазерным излучением с длиной волны около 3,5 мкм, на которой пиковое поглощение излучения полиэтиленом многократно превышает поглощение излучения водой.Для обеспечения энергоэффективности микрокатера предложено использовать схему сложения импульсов лазерного излучения с использованием оптоволоконной линии оптической задержки. Это позволяет почти на порядок уменьшить энергопотребление лазера. Предлагаемый проект катера позволит проводить исследования крупных водоёмов с определением пятен загрязнений микрочастицами пластика. В статье приведены примеры используемого оптоволокна, фотоприёмника и лазерного излучателя для решаемой задачи