[go: up one dir, main page]

RU2222803C2 - System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures - Google Patents

System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures Download PDF

Info

Publication number
RU2222803C2
RU2222803C2 RU2002110389/09A RU2002110389A RU2222803C2 RU 2222803 C2 RU2222803 C2 RU 2222803C2 RU 2002110389/09 A RU2002110389/09 A RU 2002110389/09A RU 2002110389 A RU2002110389 A RU 2002110389A RU 2222803 C2 RU2222803 C2 RU 2222803C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
fluorescence
air
scattering
excited
Prior art date
Application number
RU2002110389/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002110389A (en
Inventor
И.К. Мешковский (RU)
И.К. Мешковский
Ян Игоревич Погорельский (US)
Ян Игоревич Погорельский
Original Assignee
Мешковский Игорь Касьянович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Мешковский Игорь Касьянович filed Critical Мешковский Игорь Касьянович
Priority to RU2002110389/09A priority Critical patent/RU2222803C2/en
Priority to PCT/RU2002/000455 priority patent/WO2003087791A1/en
Priority to AU2002367867A priority patent/AU2002367867A1/en
Publication of RU2002110389A publication Critical patent/RU2002110389A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2222803C2 publication Critical patent/RU2222803C2/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G01N21/53Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid within a flowing fluid, e.g. smoke
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/85Investigating moving fluids or granular solids
    • G01N21/8507Probe photometers, i.e. with optical measuring part dipped into fluid sample
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6484Optical fibres

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Nitrogen And Oxygen As The Only Ring Hetero Atoms (AREA)

Abstract

FIELD: environmental monitoring, proximate method of control over quality of air in ventilation ducts of buildings and structures for detection of finely divided organic powders and aerosols carrying pathogenic microorganisms dusted in them. SUBSTANCE: system includes optical fibers, beam splitters, inlet channels coupled to diagnostic center and meant for input of monochromatic radiation of laser into optical fibers to excite light signals of scattering and fluorescence in points of control in case of detection of dusted finely divided organic substances, exit channels intended for transportation of excited signals of scattering and fluorescence for their transmission to proper photodetectors of diagnostic center, unit making decision on basis of amplitude evaluation of received excited signals of scattering and integrated evaluation of received excited signals of fluorescence in fluorescence band and generating diagnostic signals of biological contamination of air in each point of control as DETECTED or NOT DETECTED. EFFECT: provision for operative diagnostics of biological contamination of air in assemblage of points of control in ventilation ducts of buildings and structures. 1 dwg

Description

Изобретение относится к средствам мониторинга окружающей среды и может найти применение в системах, осуществляющих экспресс-контроль качества воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений на предмет выявления в них распыленных мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы, представляющие опасность для людей. The invention relates to environmental monitoring and can be used in systems that carry out rapid control of air quality in the ventilation ducts of buildings and structures to identify sprayed fine organic powders and aerosols containing pathogenic microorganisms that are dangerous to humans.

В настоящее время необходимость контроля качества воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений, в том числе экспресс-контроль в целях оперативного выявления бактериологического загрязнения, приобретает особую актуальность в связи с угрозами применения террористами бактериологического оружия. Дело в том, что существующие системы вентиляции, см. например [1], которыми оснащены жилые здания, отели, официальные учреждения, коммерческие центры, а также места массового скопления людей, например помещения и туннели метрополитена, залы крупных торговых, общественно-культурных и спортивных центров и т.д., доступны для осуществления бактериологической атаки злоумышленниками. Currently, the need for air quality control in the ventilation ducts of buildings and structures, including express control in order to quickly detect bacteriological contamination, is becoming especially urgent in connection with the threats of using bacteriological weapons by terrorists. The fact is that existing ventilation systems, see for example [1], which are equipped with residential buildings, hotels, official institutions, commercial centers, as well as crowded places, for example metro rooms and tunnels, halls of large commercial, social and cultural sports centers, etc., are available for carrying out bacteriological attacks by attackers.

При этом, как показали события осени 2001 г. в США, наибольшую опасность представляет скрытое заражение воздушного пространства посредством распыления и рассеивания мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы - бактерии, вирусы, грибки, риккетсии, а также микробные токсины, являющиеся возбудителями крайне тяжелых инфекционных заболеваний (чума, сибирская язва, оспа, сап и др.) со смертельным исходом. Поскольку поражающее воздействие биологического оружия зависит от количества попавших в организм болезнетворных микробов или токсинов, то задача быстрого обнаружения следов биологического заражения воздуха является жизненно необходимой. В этой связи оперативность контроля в отношении множества точек становятся определяющими факторами, влияющими на безопасность масс людей. At the same time, as the events of the fall of 2001 in the USA showed, the greatest danger is hidden infection of the airspace by spraying and dispersing finely dispersed organic powders and aerosols containing pathogenic microorganisms - bacteria, viruses, fungi, rickettsia, as well as microbial toxins that are extremely pathogenic severe infectious diseases (plague, anthrax, smallpox, glanders, etc.) with a fatal outcome. Since the damaging effect of biological weapons depends on the number of pathogenic microbes or toxins that enter the body, the task of quickly detecting traces of biological airborne contamination is vital. In this regard, the effectiveness of control in relation to many points become determining factors affecting the safety of the masses of people.

Подавляющее большинство методов контроля качества воздуха, позволяющих оценить его газовый состав и/или наличие биологических загрязнителей, в том числе опасных для человека, основано на лабораторном анализе проб воздуха. При этом, в частности, при анализе состава воздуха могут использоваться оптико-радиометрические методы [2], основанные на использовании перестраиваемого лазера, методы лазерного атомно-флуоресцентного анализа [3], лазерные газоанализаторы [4], [5]. Диагностика возбудителей инфекционных и паразитарных болезней при этом может осуществляться, например, путем анализа соответствующим образом приготовленных лабораторных препаратов на основе проб воздуха с использованием методов люминесцентной микроскопии [6]. По своей сути рассмотренные методы и средства анализа качества воздуха ближе к лабораторным, чем к промышленным, и при всех своих достоинствах (точность, достоверность) не могут решить задачу обеспечения оперативного контроля в отношении множества точек, т.е. малоэффективны при решении практических задач, возникающих в связи с угрозой биотерроризма. The vast majority of air quality control methods to assess its gas composition and / or the presence of biological pollutants, including those hazardous to humans, are based on laboratory analysis of air samples. Moreover, in particular, when analyzing the composition of air, optical-radiometric methods [2] based on the use of a tunable laser, laser atomic fluorescence analysis methods [3], laser gas analyzers [4], [5] can be used. Diagnosis of pathogens of infectious and parasitic diseases can be carried out, for example, by analyzing appropriately prepared laboratory preparations based on air samples using luminescent microscopy [6]. In essence, the considered methods and means of analyzing air quality are closer to laboratory than to industrial ones, and with all their advantages (accuracy, reliability) cannot solve the problem of providing operational control with respect to many points, i.e. ineffective in solving practical problems arising from the threat of bioterrorism.

Оперативный дистанционный контроль за состоянием воздушной среды по такому специфическому параметру как запыленность, в том числе контроль за запыленностью воздуха в вентиляционных каналах, может осуществляться с помощью оптических пылемеров [7], работающих по принципу контроля проходящего светового луча. В связи со спецификой решаемой задачи оптические пылемеры "загрублены" и с их помощью нельзя решить задачу по обнаружению распыленных мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы. Operational remote monitoring of the state of the air by such a specific parameter as dustiness, including monitoring dustiness of air in ventilation ducts, can be carried out using optical dust meters [7], operating on the principle of monitoring the transmitted light beam. In connection with the specifics of the problem being solved, optical dust meters are “roughened” and with their help it is impossible to solve the problem of detecting atomized finely dispersed organic powders and aerosols containing pathogenic microorganisms.

Оперативный дистанционный контроль за текущим состоянием воздушной среды во множестве контрольных точек осуществляется в известных системах пожарной сигнализации, см. например [8], [9]. Эти системы содержат разветвленную сеть датчиков, реагирующих на изменение параметров воздушной среды в точках контроля, обусловленное загрязнением воздуха продуктами горения. В большинстве случаев, системы пожарной сигнализации оснащаются чувствительными оптическими датчиками, реагирующими на задымленность, см. например [10], [11], [12]. Operational remote monitoring of the current state of the air at a variety of control points is carried out in well-known fire alarm systems, see for example [8], [9]. These systems contain an extensive network of sensors that respond to changes in the parameters of the air at control points due to air pollution from combustion products. In most cases, fire alarm systems are equipped with sensitive optical sensors that respond to smoke, see for example [10], [11], [12].

В лучших системах применяются особо чувствительные датчики, например аналогичные [13] , работающие как по принципу регистрации рассеянного излучения, так и по принципу контроля проходящего света. Эти датчики посредством каналов передачи сигналов связанны с диагностическим центром, осуществляющим прием и анализ сигналов, а также формирование сигналов тревоги в случае обнаружения задымленности. По своей сути системы пожарной сигнализации функционируют как системы оперативной диагностики загрязнения воздуха в точках контроля, причем посредством анализа изменений оптических параметров воздушной среды диагностируется частный случай загрязненности - задымленность. In the best systems, especially sensitive sensors are used, for example, similar ones [13], operating both on the principle of recording scattered radiation and on the principle of monitoring transmitted light. These sensors are connected through signal transmission channels to a diagnostic center that receives and analyzes signals, as well as generates alarms in case of smoke detection. At its core, fire alarm systems function as systems for the operational diagnosis of air pollution at monitoring points, and through an analysis of changes in the optical parameters of the air, a particular case of pollution, smoke, is diagnosed.

В обобщенном виде система оперативной диагностики загрязнения воздуха, реализованная в [9], как наиболее близкая к заявляемой системе по основной выполняемой функции - оперативной диагностики загрязнения воздуха в контролируемых точках, а также по имеющейся возможности реализации данной функции в отношении вентиляционных каналов зданий и сооружений, принята в качестве прототипа. In a generalized form, the system of operational diagnostics of air pollution, implemented in [9], is the closest to the claimed system in terms of its main function - operational diagnostics of air pollution at controlled points, as well as by the possibility of implementing this function in relation to ventilation ducts of buildings and structures, adopted as a prototype.

Система, принятая в качестве прототипа, содержит средства для возбуждения сигналов, характеризующих состояние воздуха в точках контроля. В примере, рассмотренном в [9], эти средства выполнены на основе оптических датчиков задымленности, т. е. осуществляется диагностика загрязнения воздуха продуктами сгорания. Эти датчики размещены в определенных контролируемых точках здания или сооружения и связаны с диагностическим центром электрическими линиями связи. По этим линиям в соответствии с определенной программой опроса происходит периодическая инициализация датчиков и прием формируемых ими сигналов. При появлении дыма в любой из контролируемых точек, соответствующий датчик в ответ на запрос формирует сигнал, отличающийся от "нормального", который воспринимается центром обработки информации как сигнал "тревоги". Центр обработки информации идентифицирует "точку тревоги" и формирует соответствующее сообщение для обслуживающего персонала и/или команду на автоматическое приведение в действие противопожарных устройств в этой точке. The system, adopted as a prototype, contains means for exciting signals characterizing the state of the air at the control points. In the example considered in [9], these tools are made on the basis of optical smoke sensors, that is, diagnostics of air pollution by combustion products is carried out. These sensors are located in certain controlled points of a building or structure and are connected to the diagnostic center by electric communication lines. On these lines in accordance with a specific survey program, the sensors are periodically initialized and the signals generated by them are received. When smoke appears at any of the monitored points, the corresponding sensor, in response to a request, generates a signal different from the “normal” one, which is perceived by the data processing center as an “alarm” signal. The information processing center identifies the "alarm point" and generates a corresponding message for the operating personnel and / or a command to automatically activate the fire fighting devices at this point.

Поскольку датчики системы реагируют на изменение прозрачности воздуха в контролируемой точке, то, в определенной мере, система-прототип может решать задачи по выявлению распыленных мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы, а именно, в той мере, в которой это распыление сопровождается ухудшением прозрачности воздуха. В этом качестве и в этой мере система-прототип может выполнять функции по оперативной диагностике биологического загрязнения воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений, однако реальный эффект от ее применения для решения практических задач, возникающих в связи с угрозой биотерроризма, будет невелик. Since the sensors of the system react to changes in the transparency of air at a controlled point, then, to a certain extent, the prototype system can solve the problems of detecting atomized finely dispersed organic powders and aerosols containing pathogenic microorganisms, namely, to the extent that this atomization is accompanied by deterioration transparency of air. In this capacity and to this extent, the prototype system can perform the functions of operational diagnostics of biological air pollution in the ventilation ducts of buildings and structures, however, the real effect of its application to solve practical problems arising from the threat of bioterrorism will be small.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение возможности осуществления оперативной диагностики биологического загрязнения воздуха в отношении множества точек в вентиляционных каналах зданий и сооружений в условиях угрозы биотерроризма, т.е. в условиях возможного распыления и рассеивания злоумышленниками мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы. The task to be solved by the claimed invention is aimed at providing the possibility of real-time diagnostics of biological air pollution with respect to many points in the ventilation ducts of buildings and structures under the threat of bioterrorism, i.e. under the conditions of possible spraying and dispersion by attackers of finely dispersed organic powders and aerosols containing pathogenic microorganisms.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в системе оперативной диагностики биологического загрязнения воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений, содержащей связанные с диагностическим центром средства для возбуждения сигналов, характеризующих состояние воздуха в точках контроля, указанные средства выполнены в виде оптических волокон, введенных своими сколотыми или отполированными торцами в вентиляционные каналы в точках контроля. The essence of the claimed invention lies in the fact that in the system for the operational diagnosis of biological air pollution in the ventilation ducts of buildings and structures, containing means associated with the diagnostic center for generating signals characterizing the state of the air at the control points, these means are made in the form of optical fibers introduced by their chipped or polished ends to the ventilation ducts at the control points.

Причем противоположные концы этих оптических волокон соединены через светоделители с вводными и выводными оптическими каналами диагностического центра, предназначенными соответственно для ввода монохроматического излучения лазера, входящего в состав диагностического центра, в оптические волокна для возбуждения световых сигналов рассеяния и флуоресценции в точках контроля в случае появления в них распыленных дисперсных органических веществ и транспортировку в обратном направлении принимаемых указанными торцами оптических волокон возбужденных сигналов рассеяния и флуоресценции для передачи их в соответствующие фотоприемники, входящие в состав диагностического центра, снабженные оптическими спектрально-селективными фильтрами с частотными полосами, соответствующими частотным полосам возбужденных сигналов рассеивания и флуоресценции. Moreover, the opposite ends of these optical fibers are connected through the beam splitters to the input and output optical channels of the diagnostic center, respectively, intended for the input of monochromatic laser radiation, which is part of the diagnostic center, into the optical fibers to excite light scattering and fluorescence signals at the control points if they appear in them dispersed dispersed organic substances and transportation in the opposite direction of the optical fibers received by said ends n excited scattering and fluorescence signals for transmission in their respective photodetectors belonging to the diagnostic center, provided with a spectrally selective optical filters with frequency bands corresponding to frequency bands excited fluorescence and scattering signals.

При этом выходы фотоприемников связаны электрически с решающим блоком, вырабатывающим на основе амплитудной оценки принятых возбужденных сигналов рассеивания и интегральной оценки принятых возбужденных сигналов флуоресценции в полосе флуоресценции диагностические сигналы "выявления" или "невыявления" биологического загрязнения воздуха по каждой из точек контроля. In this case, the outputs of the photodetectors are electrically connected to a decision unit that generates, on the basis of the amplitude estimate of the received excited scattering signals and the integrated estimate of the received excited fluorescence signals in the fluorescence band, diagnostic signals for "detecting" or "not detecting" biological air pollution at each control point.

Сущность изобретения и возможность его осуществления поясняются структурной схемой системы, представленной на чертеже. The invention and the possibility of its implementation are illustrated by the structural diagram of the system shown in the drawing.

Заявляемая система в рассматриваемом примере выполнения содержит систему контролируемых вентиляционных каналов 1 здания или сооружения, в которых в качестве точек контроля выбраны N точек контроля 2 (21, 22,..., 2N). (Здесь и ниже термин "точка" применен не в геометрическом смысле, а в смысле "место", "локальная зона").The inventive system in this example implementation contains a system of controlled ventilation channels 1 of a building or structure, in which N control points 2 (2 1 , 2 2 , ..., 2 N ) are selected as control points. (Here and below, the term "point" is used not in the geometric sense, but in the sense of "place", "local zone").

Система также содержит диагностический центр 3, с которым связаны N средств для возбуждения сигналов, характеризующих состояние воздуха в точках контроля 2 (21, 22,..., 2N). В состав диагностического центра 3 входят передающий 4 и приемный 5 блоки.The system also contains a diagnostic center 3, with which N means are connected for exciting signals characterizing the state of the air at the control points 2 (2 1 , 2 2 , ..., 2 N ). The composition of the diagnostic center 3 includes transmitting 4 and receiving 5 blocks.

Средства для возбуждения сигналов, характеризующих состояние воздуха в точках контроля 2 (21, 22,..., 2N), выполнены в виде оптических волокон 6 (61, 62, ..., 6N), введенных своими сколотыми или отполированными торцами в вентиляционные каналы 1 в точках контроля 2 (21, 22,..., 2N).Means for exciting signals characterizing the state of the air at the control points 2 (2 1 , 2 2 , ..., 2 N ) are made in the form of optical fibers 6 (6 1 , 6 2 , ..., 6 N ), introduced by the chipped or polished ends into the ventilation ducts 1 at the control points 2 (2 1 , 2 2 , ..., 2 N ).

Противоположные концы каждого из оптических волокон 6 соединены через соответствующие светоделители 7 (71, 72,..., 7N) с вводными 8 (81, 82,..., 8N) и выводными 9 (91, 92,..., 9N) оптическими каналами. Вводные оптические каналы 8 предназначены для ввода из передающего блока 4 монохроматического излучения в оптические волокна 6 для возбуждения световых сигналов рассеяния и флуоресценции в точках контроля 2 вентиляционных каналов 1 в случае появления в них распыленных дисперсных органических веществ - порошков или аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы, представляющие опасность для людей. Выводные оптические каналы 9 предназначены для транспортировки в обратном направлении принимаемых указанными торцами оптических волокон 6 возбужденных сигналов рассеяния и флуоресценции для передачи их в приемный блок 5.The opposite ends of each of the optical fibers 6 are connected through the respective beam splitters 7 (7 1 , 7 2 , ..., 7 N ) with input 8 (8 1 , 8 2 , ..., 8 N ) and output 9 (9 1 , 9 2 , ..., 9 N ) optical channels. Introductory optical channels 8 are intended for introducing monochromatic radiation from the transmitting unit 4 into optical fibers 6 for exciting light scattering and fluorescence signals at the control points 2 of the ventilation channels 1 in the case of dispersed organic substances - powders or aerosols containing pathogenic microorganisms that appear in them danger to people. The output optical channels 9 are intended for transportation in the opposite direction of the optical fibers 6 of the indicated ends indicated by the excited scattering and fluorescence signals for transmission to the receiving unit 5.

Вводные оптические каналы 8 (81, 82,..., 8N) соединены с N оптическими выходами передающего блока 4, образованными N выходами его оптического коммутатора 10.The input optical channels 8 (8 1 , 8 2 , ..., 8 N ) are connected to the N optical outputs of the transmitting unit 4, formed by the N outputs of its optical switch 10.

Выводные оптические каналы 9 (91, 92,..., 9N) соединены с N оптическими входами приемного блока 5, образованными N входами его оптического коммутатора 11.The output optical channels 9 (9 1 , 9 2 , ..., 9 N ) are connected to the N optical inputs of the receiving unit 5 formed by the N inputs of its optical switch 11.

В передающем блоке 4 вход оптического коммутатора 10 соединен оптически с источником возбуждающего оптического излучения - азотным лазером 12, формирующим импульсы УФ излучения на длине волны λв=337 нм с периодичностью излучения, определяемой периодичностью выходного сигнала, подключенного к лазеру 12 задающего генератора 13.In the transmitting unit 4, the input of the optical switch 10 is connected optically to a source of exciting optical radiation - a nitrogen laser 12, which generates UV radiation pulses at a wavelength λ in = 337 nm with a radiation frequency determined by the frequency of the output signal connected to the laser 12 of the master oscillator 13.

В приемном блоке 5 выход оптического коммутатора 11 соединен с входами фотоприемников 14 и 15, снабженных входными оптическими спектрально-селективными фильтрами с частотными полосами, соответствующими частотным полосам принимаемых возбужденных сигналов рассеивания (например, в фотоприемнике 14) и флуоресценции (например, в фотоприемнике 15). Выходы фотоприемников 14, 15 связаны электрически с решающим блоком 16 (процессором), вырабатывающим на основе амплитудной оценки принятых фотоприемником 14 возбужденных сигналов рассеивания и интегральной оценки принятых фотоприемником 15 возбужденных сигналов флуоресценции в полосе флуоресценции выходные диагностические сигналы, в том числе сигналы, сигнализирующие о "выявлении" или "невыявления" биологического загрязнения воздуха по каждой из точек контроля 2. Решающий блок 16 связан с компьютером 17, который в свою очередь связан каналами передачи управляющих (синхронизирующих) сигналов с задающим генератором 13 и оптическими коммутаторами 10 и 11, а каналами передачи информации - с внешними устройствами, системами или службами. In the receiving unit 5, the output of the optical switch 11 is connected to the inputs of the photodetectors 14 and 15, equipped with input optical spectrally selective filters with frequency bands corresponding to the frequency bands of the received excited scattering signals (for example, in the photodetector 14) and fluorescence (for example, in the photodetector 15) . The outputs of the photodetectors 14, 15 are connected electrically to the decision unit 16 (processor), which generates, based on the amplitude estimate of the excited scattering signals received by the photodetector 14 and an integrated assessment of the excited fluorescence signals in the fluorescence band of the photodetector 15, diagnostic output signals, including signals signaling about the detection of "or" non-detection "of biological air pollution at each of the control points 2. The decision block 16 is connected to the computer 17, which in turn is connected to the channels and transmitting control (synchronizing) signals with a master oscillator 13 and optical switches 10 and 11, and information transfer channels with external devices, systems or services.

Заявляемая система реализуется на основе существующей компонентной базы и средств волоконно-оптической техники и технологии, используемых в современных волоконно-оптических системах передачи информации. The inventive system is implemented on the basis of the existing component base and means of fiber-optic equipment and technology used in modern fiber-optic information transmission systems.

Работа заявляемой системы по оперативной диагностике биологического загрязнения воздуха в вентиляционных каналах осуществляется следующим образом. The work of the inventive system for the operational diagnosis of biological air pollution in the ventilation ducts is as follows.

В определенные последовательные моменты времени, в соответствии с заданной программой, устанавливаемой компьютером 17, лазер 12 передающего блока 4 излучает короткие (τи = 3 нс) импульсы УФ излучения на длине волны λв=337 нм. Эти импульсы проходят через замкнутые для этих моментов времени каналы оптического коммутатора 10, затем проходят через связанные с ними вводные оптические каналы 8, проходят через светоделители 7 и поступают в оптические волокна 6. Пройдя по оптическому волокну 6, импульсы излучения выходят со сколотого или отполированного его торца, зондируя воздух в точке контроля.At certain successive times, in accordance with a predetermined program installed by computer 17, the laser 12 of the transmitting unit 4 emits short (τ and = 3 ns) pulses of UV radiation at a wavelength of λ in = 337 nm. These pulses pass through the channels of the optical switch 10, which are closed for these moments of time, then pass through the input optical channels 8 connected with them, pass through the beam splitters 7, and enter the optical fibers 6. Passing through the optical fiber 6, the radiation pulses exit from the chip or polished fiber end, probing the air at the control point.

В случае биологического загрязнения, т.е. при наличии в воздухе органических примесей (например, споры сибирской язвы), в точке контроля возбуждается свечение флуоресценции в более длинноволновой области спектра λф=360-460 нм. В наиболее опасных случаях, при большой концентрации примесей, возбуждаются и достаточно сильные световые сигналы рассеивания в области спектра λв= 337 нм. Возбужденные световые сигналы рассеяния и флуоресценции принимаются на сколотых или отполированных торцах этих же оптических волокон 6 и транспортируются в приемный блок 5, проходя при этом соответствующие светоделители 7, выводные оптические каналы 9 и замкнутые каналы оптического коммутатора 11.In the case of biological contamination, i.e. in the presence of organic impurities in the air (for example, anthrax spores), fluorescence emission in the longer wavelength range of the spectrum λ f = 360-460 nm is excited at the control point. In the most dangerous cases, at a high concentration of impurities, sufficiently strong light scattering signals are also excited in the spectral region λ at = 337 nm. Excited light scattering and fluorescence signals are received at the cleaved or polished ends of the same optical fibers 6 and transported to the receiving unit 5, passing through the corresponding beam splitters 7, output optical channels 9 and closed channels of the optical switch 11.

С выхода оптического коммутатора 11 возбужденные световые сигналы рассеяния и флуоресценции с разных точек контроля 2 последовательно во времени поступают на входы фотоприемников 14 и 15. Здесь сигналы селектируются посредством входных оптических спектрально-селективных фильтров, частотные полосы которых соответствуют частотным полосам принимаемых возбужденных сигналов рассеивания (в фотоприемнике 14) и флуоресценции (в фотоприемнике 15). Фотоприемники 14, 15 преобразуют принятые возбужденные световые сигналы от каждой точки контроля 2 в электрические сигналы. Эти электрические сигналы поступают на соответствующие входы решающего блока 16. From the output of the optical switch 11, the excited light scattering and fluorescence signals from different control points 2 are sequentially delivered to the inputs of photodetectors 14 and 15 in time. Here, the signals are selected by input optical spectrally selective filters, the frequency bands of which correspond to the frequency bands of the received excited scattering signals (in photodetector 14) and fluorescence (in the photodetector 15). Photodetectors 14, 15 convert the received excited light signals from each control point 2 into electrical signals. These electrical signals are fed to the corresponding inputs of the decision block 16.

Решающий блок 16 производит амплитудную оценку принятых фотоприемником 14 возбужденных сигналов рассеивания и интегральную оценку принятых фотоприемником 15 возбужденных сигналов флуоресценции в полосе флуоресценции. Интегральная оценка возбужденных сигналов флуоресценции наилучшим образом позволяет диагностировать наличие биологического загрязнения неизвестного происхождения, поскольку спектры флуоресценции органических веществ в вентиляционных каналах представляют собой размытые и широкие полосы. Амплитудная оценка возбужденных сигналов рассеивания наилучшим образом позволяет диагностировать наличие большого количества распыленного вещества. The decision unit 16 performs an amplitude estimation of the excited scattering signals received by the photodetector 14 and an integrated assessment of the excited fluorescence signals received by the photodetector 15 in the fluorescence band. Integral assessment of excited fluorescence signals in the best way allows you to diagnose the presence of biological contamination of unknown origin, since the fluorescence spectra of organic substances in the ventilation ducts are blurred and wide bands. The amplitude estimate of the excited scattering signals in the best way allows you to diagnose the presence of a large amount of atomized substance.

Совместное использование обоих оценок повышает эффективность диагностики, позволяет осуществить качественную градацию загрязненности по степени опасности (наивысшая опасность при совпадении обоих факторов). Количественная градация осуществляется на основе сравнения с определенными пороговыми значениями. На основании произведенных оценок возбужденных сигналов по каждой точке контроля 2 решающий блок 16 вырабатывает выходные диагностические сигналы "выявления" или "невыявления" биологического загрязнения воздуха той или иной степени опасности (безопасности). Эти сигналы представляются в виде цифровых кодов, формируемых в соответствии с принятым порядком обхода (сканирования) точек контроля 2. С выхода решающего блока 16 диагностические сигналы поступают в компьютер 17. The joint use of both estimates increases the efficiency of diagnostics, allows for a qualitative gradation of pollution according to the degree of danger (the highest danger when both factors coincide). Quantitative gradation is carried out on the basis of comparison with certain threshold values. Based on the estimates of the excited signals for each control point 2, the decisive unit 16 generates output diagnostic signals for "detecting" or "not detecting" biological air pollution of one degree or another of danger (safety). These signals are presented in the form of digital codes generated in accordance with the accepted procedure for bypassing (scanning) control points 2. From the output of the decision block 16, the diagnostic signals are sent to the computer 17.

Компьютер 17 синхронизирует работу задающего генератора 13 и оптических коммутаторов 10 и 11, осуществляет сканирование и мультиплексирование оптических каналов, идентифицирует и систематизирует результаты диагностики по времени и по точкам контроля, хранит информацию. Кроме этого, компьютер 17 осуществляет, при необходимости, связь с внешними устройствами, системами или службами, например, по модему - со службами спасения, гражданской обороны, средствами оповещения, а по линиям связи, проложенным внутри здания, - с исполнительными механизмами, управляющими положением соответствующих задвижек в вентиляционных каналах. Например, при диагностировании биологического загрязнения высокой степени опасности в какой-либо из точек контроля 2 компьютер 17 передает сигналы тревоги соответствующим службам оповещения населения об угрозе заражения, формирует управляющие сигналы для включения защитных средств, обеспечивающих в контролируемых вентиляционных каналах локализацию очага загрязнения. The computer 17 synchronizes the operation of the master oscillator 13 and the optical switches 10 and 11, scans and multiplexes the optical channels, identifies and systematizes the diagnostic results by time and control points, and stores information. In addition, the computer 17 communicates, if necessary, with external devices, systems or services, for example, through a modem with rescue services, civil defense, warning equipment, and via communication lines laid inside the building with executive mechanisms that control the position corresponding valves in the ventilation ducts. For example, when diagnosing a high degree of biological pollution at any of the monitoring points 2, computer 17 transmits alarms to the relevant public warning services about the threat of infection, generates control signals to turn on protective equipment that provides localization of the pollution source in controlled ventilation ducts.

Таким образом, заявляемая система реализует многоканальный экспресс-контроль качества воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений на предмет выявления в них распыленных мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей неизвестного происхождения, могущих представлять опасность для людей. Thus, the claimed system implements multi-channel express control of air quality in the ventilation ducts of buildings and structures in order to identify sprayed finely dispersed organic powders and aerosols of unknown origin that could be dangerous to people.

Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо, промышленно применимо и решает поставленную задачу - обеспечивает возможность осуществления оперативной многоточечной (многоканальной) диагностики биологического загрязнения воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений в условиях угрозы биотерроризма, т.е. в условиях возможного распыления и рассеивания злоумышленниками мелкодисперсных органических порошков и аэрозолей, содержащих патогенные микроорганизмы. The above shows that the claimed invention is feasible, industrially applicable and solves the problem - it provides the possibility of an operational multi-point (multi-channel) diagnosis of biological air pollution in the ventilation ducts of buildings and structures under the threat of bioterrorism, i.e. under the conditions of possible spraying and dispersion by attackers of finely dispersed organic powders and aerosols containing pathogenic microorganisms.

Источники информации
1. RU 2091672 C1, F 24 F 7/06, опубл. 27.09.1997.
Sources of information
1. RU 2091672 C1, F 24 F 7/06, publ. 09/27/1997.

2. SU 1641083 A1, G 01 N 21/39, опубл. 15.04.1994. 2. SU 1641083 A1, G 01 N 21/39, publ. 04/15/1994.

3. SU 1818958 A1, G 01 N 21/64, опубл. 10.11.1998. 3. SU 1818958 A1, G 01 N 21/64, publ. 11/10/1998.

4. RU 1795737 C, G 01 N 21/61, 21/39, опубл. 27.02.1995. 4. RU 1795737 C, G 01 N 21/61, 21/39, publ. 02/27/1995.

5. RU 2068557 C1, G 01 N 21//39, опубл. 27.10.1996. 5. RU 2068557 C1, G 01 N 21 // 39, publ. 10/27/1996.

6. RU 2123682 C1, G 01 N 21/76, 33/48, опубл. 20.12.1998. 6. RU 2123682 C1, G 01 N 21/76, 33/48, publ. 12/20/1998.

7. RU 2095792 C1, G 01 N 21/85, опубл. 10.11.1995. 7. RU 2095792 C1, G 01 N 21/85, publ. 11/10/1995.

8. RU 2024064 C1, G 08 B 17/10, опубл. 30.11.1994. 8. RU 2024064 C1, G 08 B 17/10, publ. 11/30/1994.

9. RU 2032225 C1, G 08 B 17/10, опубл. 27.03.1995. 9. RU 2032225 C1, G 08 B 17/10, publ. 03/27/1995.

10. RU 2125739 C1, G 08 B 17/10, опубл. 27.01,1999. 10. RU 2125739 C1, G 08 B 17/10, publ. 01/27/1999.

11. RU 2168767 C1, G 08 B 17/10, опубл. 10.06.2001. 11. RU 2168767 C1, G 08 B 17/10, publ. 06/10/2001.

12. RU 2037883 C1, G 08 B 17/10, опубл. 19.06.1995. 12. RU 2037883 C1, G 08 B 17/10, publ. 06/19/1995.

13. RU 2173887 C1, G 08 B 17/10, опубл. 20.09.2001. 13. RU 2173887 C1, G 08 B 17/10, publ. 09/20/2001.

Claims (1)

Система оперативной диагностики биологического загрязнения воздуха в вентиляционных каналах зданий и сооружений, содержащая связанные с диагностическим центром средства для возбуждения сигналов, характеризующих состояние воздуха в точках контроля, отличающаяся тем, что средства для возбуждения сигналов, характеризующих состояние воздуха в точках контроля, выполнены в виде оптических волокон, введенных своими сколотыми или отполированными торцами в вентиляционные каналы в точках контроля, причем противоположные концы этих оптических волокон соединены через светоделители с вводными и выводными оптическими каналами диагностического центра, предназначенными, соответственно, для ввода монохроматического излучения лазера, входящего в состав диагностического центра, в оптические волокна для возбуждения световых сигналов рассеяния и флуоресценции в точках контроля в случае появления в них распыленных дисперсных органических веществ и транспортировки в обратном направлении принимаемых указанными торцами оптических волокон возбужденных сигналов рассеяния и флуоресценции для передачи их в соответствующие фотоприемники, входящие в состав диагностического центра, снабженные оптическими спектрально-селективными фильтрами с частотными полосами, соответствующими частотным полосам возбужденных сигналов рассеяния и флуоресценции, при этом выходы фотоприемников связаны электрически с решающим блоком, вырабатывающим на основе амплитудной оценки принятых возбужденных сигналов рассеяния и интегральной оценки принятых возбужденных сигналов флуоресценции в полосе флуоресценции диагностические сигналы “выявления” или “невыявления” биологического загрязнения воздуха по каждой из точек контроля.A system for the operational diagnosis of biological air pollution in the ventilation ducts of buildings and structures, containing means associated with the diagnostic center for generating signals characterizing the state of the air at the control points, characterized in that the means for exciting signals characterizing the state of the air at the control points are made in the form of optical fibers introduced by their chipped or polished ends into the ventilation ducts at the control points, the opposite ends of these optical their fibers are connected through beam splitters to the input and output optical channels of the diagnostic center, intended, respectively, for the input of monochromatic laser radiation, which is part of the diagnostic center, into optical fibers to excite light signals of scattering and fluorescence at the control points in the case of dispersed dispersed particles organic substances and transportation in the opposite direction of the optical fibers of the indicated ends of the excited scattering and fluorescence signals escences for transferring them to the corresponding photodetectors included in the diagnostic center, equipped with optical spectrally selective filters with frequency bands corresponding to the frequency bands of the excited scattering and fluorescence signals, while the outputs of the photodetectors are electrically connected to a decision unit that generates based on the amplitude estimate of the received excited scattering signals and integrated estimation of the received excited fluorescence signals in the fluorescence band diagnostic systems Nala "detection" or "non-detection" biological pollution in each of the control points.
RU2002110389/09A 2002-04-15 2002-04-15 System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures RU2222803C2 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002110389/09A RU2222803C2 (en) 2002-04-15 2002-04-15 System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures
PCT/RU2002/000455 WO2003087791A1 (en) 2002-04-15 2002-10-02 Diagnostic system for biological air pollution
AU2002367867A AU2002367867A1 (en) 2002-04-15 2002-10-02 Diagnostic system for biological air pollution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002110389/09A RU2222803C2 (en) 2002-04-15 2002-04-15 System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002110389A RU2002110389A (en) 2003-10-27
RU2222803C2 true RU2222803C2 (en) 2004-01-27

Family

ID=29246587

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002110389/09A RU2222803C2 (en) 2002-04-15 2002-04-15 System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU2002367867A1 (en)
RU (1) RU2222803C2 (en)
WO (1) WO2003087791A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10350277A1 (en) * 2003-10-28 2005-06-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method and device for monitoring rooms

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266881A2 (en) * 1986-09-30 1988-05-11 Astromed Limited Method and apparatus for multiple optical assaying
US4839527A (en) * 1986-10-28 1989-06-13 Alan Leitch Optical-fibre smoke detection/analysis system
EP0516274A2 (en) * 1991-05-27 1992-12-02 Kowa Co. Ltd. Multichannel optical measuring system
SU1641083A1 (en) * 1989-07-20 1994-04-15 Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского Method of laser analysis of gases
RU2022251C1 (en) * 1991-12-29 1994-10-30 Малое предприятие "Межотраслевой научно-внедренческий центр "Экоприбор" Air pollution testing complex
RU1795737C (en) * 1990-07-03 1995-02-27 Российский научный центр "Курчатовский институт" Laser gas analyzer to meter hydrogen fluoride content in gaseous environment
RU2032225C1 (en) * 1992-12-10 1995-03-27 Виктор Абдулович Шакиров Fire detector
RU2068557C1 (en) * 1988-06-08 1996-10-27 Карл Штефан Ринер Process of determination of concentration of ammonia in gas mixture and device for its implementation
RU2095792C1 (en) * 1995-11-08 1997-11-10 Институт теоретической и прикладной механики СО РАН Optical dust counter
SU1818958A1 (en) * 1989-06-25 1998-11-10 Институт Спектроскопии Ан Ссср Method of laser atomic-fluorescence analysis
RU2123682C1 (en) * 1997-07-01 1998-12-20 Перунов Юрий Митрофанович Method and facility for diagnosing infectious and parasitic disease agents
RU2173887C1 (en) * 2000-04-28 2001-09-20 Закрытое акционерное общество "АРГУС-СПЕКТР" Smoke detector

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3233368A1 (en) * 1982-09-08 1984-03-08 Heimann Gmbh, 6200 Wiesbaden RADIATION SMOKE DETECTORS

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0266881A2 (en) * 1986-09-30 1988-05-11 Astromed Limited Method and apparatus for multiple optical assaying
US4839527A (en) * 1986-10-28 1989-06-13 Alan Leitch Optical-fibre smoke detection/analysis system
RU2068557C1 (en) * 1988-06-08 1996-10-27 Карл Штефан Ринер Process of determination of concentration of ammonia in gas mixture and device for its implementation
SU1818958A1 (en) * 1989-06-25 1998-11-10 Институт Спектроскопии Ан Ссср Method of laser atomic-fluorescence analysis
SU1641083A1 (en) * 1989-07-20 1994-04-15 Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского Method of laser analysis of gases
RU1795737C (en) * 1990-07-03 1995-02-27 Российский научный центр "Курчатовский институт" Laser gas analyzer to meter hydrogen fluoride content in gaseous environment
EP0516274A2 (en) * 1991-05-27 1992-12-02 Kowa Co. Ltd. Multichannel optical measuring system
RU2022251C1 (en) * 1991-12-29 1994-10-30 Малое предприятие "Межотраслевой научно-внедренческий центр "Экоприбор" Air pollution testing complex
RU2032225C1 (en) * 1992-12-10 1995-03-27 Виктор Абдулович Шакиров Fire detector
RU2095792C1 (en) * 1995-11-08 1997-11-10 Институт теоретической и прикладной механики СО РАН Optical dust counter
RU2123682C1 (en) * 1997-07-01 1998-12-20 Перунов Юрий Митрофанович Method and facility for diagnosing infectious and parasitic disease agents
RU2173887C1 (en) * 2000-04-28 2001-09-20 Закрытое акционерное общество "АРГУС-СПЕКТР" Smoke detector

Also Published As

Publication number Publication date
WO2003087791A1 (en) 2003-10-23
AU2002367867A1 (en) 2003-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7738099B2 (en) Pathogen and particle detector system and method
CN100595564C (en) Pathogen and particle detector systems and methods
US7053783B2 (en) Pathogen detector system and method
CN108074368A (en) The monitoring based on optical fiber of temperature and/or smoke condition at electronic unit
EP1389331B1 (en) Self-aspirating fire detection system
JP2002022641A (en) Aerosol damage characterization and early warning network, and method for providing early warning of aerosol threats approaching a specified physical area
US11237089B2 (en) Method and system for particle characterization and identification
US11127270B2 (en) High sensitivity fiber optic based detection
US11151853B2 (en) High sensitivity fiber optic based detection
CN109983515A (en) Detection based on high sensitivity optical fiber
US20190287366A1 (en) High sensitivity fiber optic based detection
US10950107B2 (en) High sensitivity fiber optic based detection
Becher et al. The detection of evaporating hazardous material released from moving sources using a gas sensor network
CN107543805A (en) The method and system that air microbe is monitored on-line in a kind of regional extent
RU2222803C2 (en) System of operative diagnostics of biological contamination of air in ventilation ducts of buildings and structures
Christesen et al. UV fluorescence lidar detection of bioaerosols
US11293865B2 (en) High sensitivity fiber optic based detection
KR101310116B1 (en) Integrated Detection and Identification Device for Biological Agent
WO1987006011A1 (en) Monitoring the presence of materials
EP3539107B1 (en) High sensitivity fiber optic based detection
EP3791372B1 (en) Portable auxiliary detection system
Grosshandlera et al. Recent developments in building fire detection technologies
Call et al. AirSentinel: a real-time bioaerosol monitor
Bisson et al. Confirmatory measurement channels for LIF-based bioaerosol instrumentation
Stephens Identification of BW Agent Simulants on Building Surfaces by Infrared Reflectance Spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040416