Институт динамики систем и теории управления
УДК 543.42 Спектральный анализ
ГРНТИ 29.31 Оптика
ОКСО 03.03.02 Физика
ББК 223 Физика
ТБК 6135 Оптика
BISAC TEC019000 Lasers & Photonics
Работа посвящена развитию комплексного подхода к анализу наличия в атмосферном воздухе вредных примесей. Этот подход предполагает: 1) использование результатов измерений спектров поглощения воздуха, содержащего вредные примеси на исследуемой трассе, полученных с использованием методов импульсной терагерцовой спектроскопии; 2) создание и использование нейронной сети для анализа полученных данных. Для обучения нейронной сети генерируются массивы модельных спектров поглощения газовой смеси с различным качественным и количественным составом. Применение нейросети к модельным наборам спектров продемонстрировало идентификацию шести газовых компонентов с концентрациями до 0,01 ppm (1ppm = 0,0001%). Нейронная сеть достигла 90-95% точности при распознавании газов. Проведены серии экспериментов для реальных газов, показав чувствительность метода ТГц спектроскопии к малым концентрациям газа в смеси.
терагерцовая спектроскопия, нейросети, газовый анализ
1. Bassous N.J., et al. Significance of various sensing mechanisms for detecting local and atmospheric greenhouse gases: A review// Adv. Sensor Res. 2024. Т. 3. P.2300094.
2. Dong M., et al. Development and measurements of a mid-infrared multi-gas sensor system for CO, CO2 and CH4 detection// Sensors. 2017. Т. 17. P.2221.
3. Vaks V. L. et al. High resolution terahertz spectroscopy for analytical applications //Physics-Uspekhi. 2020. Т. 63. №. 7. С. 708.
4. Высокоточная резонаторная спектроскопия атмосферных газов в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. / М.Ю. Третьяков ; Нижний Новгород ИПФ РАН, 2016. 320с.
5. Nazarov M.M., et al. // Quantum Electron. 2008. V. 38. № 7. P. 647.
6. Wietzke S., et al. Terahertz spectroscopy on polymers: A review of morphological studies // Journal of Molecular Structure. 2011. V. 1006. P 41–51
7. Eliet, S., Cuisset, A., Guinet, M., Hindle, F., Mouret, G., Bocquet, R., & Demaison, J. (2012). Rotational spectrum of formaldehyde reinvestigated using a photomixing THz synthesizer. Journal of Molecular Spectroscopy, 279, 12-15.
8. LeCun Y., Bengio Y., Hinton G. Deep learning// Nature. 2015. V.521(7553). P. 436-444.
9. Woo S., et al.Park J., Lee J. Y., & Kweon, I. S. Cbam: Convolutional block attention module//Proc. of the European conference on computer vision (ECCV). 2018. P. 3–19
10. Gordon I.E., Rothman L.S., et al. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database// J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V.277. P.107949
11. Михайленко С.Н., Бабиков Ю.Л., Головко В.Ф. Информационно-вычислительная система "Спектроскопия атмосферных газов". Структура и основные функции // Оптика атмосферы и океана. 2005. Т. 18. № 09. С. 765-776.
