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NEVA (Nuevo Espectrómetro Visible por Absorción)

 

1. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO

1.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

1.2. UNIDAD DE CONTROL, PROCESADO Y MONITORIZACIÓN

1.3. COMPONENTES

1.4. ÓPTICA DE ENTRADA

1.5. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ÓPTICO

2. PRINCIPIOS DE MEDIDA

2.1. INTERVALO DE MEDIDA

3. FOTOS DEL NEVA

 

Neva

Cajón de NEVA                                                           Colector de Luz

 

1. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO

El instrumento NEVA ha sido construido y diseñado en su totalidad en el Área de Investigación e Instrumentación Atmosférica del Instituto Nacional de Técnica Aerospacial (INTA). Es un espectrógrafo basado en un sensor lineal de imagen (PDA), con funcionamiento automático para la medida de compuestos halogeneados (OClO, BrO) y NO2, O3 y vapor de agua presentes en la estratosfera antártica. Utiliza la técnica de medida DOAS y opera en el rango de 360-520 nm.

1.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

El monocromador que se ha utilizando es un Triax 180 (19 cm de longitud focal) con una rendija de entrada de 0.25 mm y una red de difracción de 900 líneas/nm, blazed a 350 nm centrado a 404.66 nm. El detector es un PDA (Photodetector Array) Hamamatsu S3924 con 1024 pixels controlado por un sistema de adquisición diseñado y fabricado en el Área de Investigación e Instrumentación Atmosférica del INTA. La resolución del instrumento es de 0.7 nm.

(ver 'Esquema del NEVA').

1.2. UNIDAD DE CONTROL, PROCESADO Y MONITORIZACIÓN

Esta unidad es la que hace las tareas de control remoto del instrumento por medio de un conjunto de comandos que se activan manual o automáticamente desde un programa gráfico. Permite la monitorización de las variables de interés del instrumento como la temperatura y humedad interna, tensión de la fuente de alta, posición de la red de difracción, espectros capturados, etc., y acceso a operaciones de configuración y análisis del instrumento. Se utiliza un PC pentium III, con sistema operativo WINDOWS 2000. El software esta escrito en Visual Basic. La temporización del instrumento es crítica para poder calcular de forma exacta la elevación solar o ángulo cenital, por lo que dispone de un receptor de GPS. Este GPS se ha montado sobre una tarjeta que conecta un puerto RS-232 al PC a través del bus USB. La comunicación con la Unidad de Adquisición, cuya CPU se encuentra físicamente dentro del PC, se realiza a través de un puerto serie (normalmente el COM1).

Instrumento NEVA

1.2. COMPONENTES NEVA

- Óptica de entrada.
- Caja aislante.
- Criostato
- Monocromador.
- Detector.
- Electrónica de control.
- Electrónica de adquisición.
- GPS
- Ordenador de control y análisis.
- Software de control y análisis.

(ver 'Esquema del NEVA')

 

 

1.3. ÓPTICA DE ENTRADA

La óptica de entrada está formada por un colector de acero que aloja en su interior la fibra óptica, por la cual la luz es guiada al interior del espectrógrafo, y un fotodiodo, cuya misión es estimar el tiempo de exposición del sistema. Todo el cableado procedente de la óptica de entrada y la fibra óptica se introducen en sendos tubos de silicona recubiertos con malla negra, de este modo son guiados hacia el interior del edificio donde se encuentra instalado el instrumento.

1.4. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ÓPTICO

El monocromador es un TRIAX 180 de Jobin Yvon, con una red de difracción de 900 líneas/mm, blazed a 300nm, diseñado para el rango espectral comprendido entre 350 y 550 nm. Se trata de una geometría Czerny-Turner cruzada, en la que la rendija de entrada y la salida de la luz se encuentran orientadas a 90º, como puede observarse en la figura 9, la luz incide sobre el espejo colimador, situado frente a la rendija de entrada que colima la luz sobre la red de difracción. Una vez separada en sus longitudes de onda, la radiación es enfocada sobre el detector, situado en la salida, mediante el espejo de enfoque.

2. PRINCIPIOS DE MEDIDA

La técnica DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) en el UV-Visible utilizada en la monitorización de compuestos atmosféricos se distingue tradicionalmente entre los absorbentes que más absorben (como el ozono y el NO2) y los compuestos minoritarios (la mayoría de los compuestos existentes, como el OClO, BrO y NO3).

Las técnica de medida y el método de análisis que se emplearán son los mismos que los de los instrumentos EVA. Sin embargo la interpretación  de las medidas de OClO es más complicada debido a que la técnica utilizada (la medida durante los crepúsculos) y su comportamiento fotoquímico hace que aumente la complejidad en el calculo de los AMF necesarios para la conversión a la vertical de estas medidas. El instrumento está diseñado para obtener  concentraciones totales de moléculas que están por debajo de 0.001 en espesor óptico. Esta pequeña variación en una señal atmosférico exige un fuerte control en toda la cadena de detección, desde el colector óptico hasta el sistema de análisis de la señal recogida.

La técnica DOAS presenta la ventaja de permitir la observación simultánea de distintas especies de interés, bajo cualquier condición meteorológica. Aunque los errores son ligeramente superiores que en los instrumentos de radiación directa ultravioleta (Brewer y Dobson en el caso de medidas de ozono) poseen la ventaja de medir en regiones subpolares incluso hasta alturas  solares de -4º (ángulo cenital 94º), lo que permite observaciones la mayor parte del año en casi todo el globo. La interferencia de los compuestos presentes en la troposfera es pequeña. El principal inconveniente es que las absorciones de los compuestos medidos, en ocasiones, no representan más que unas décimas por ciento de la señal observada, implicando una fuerte exigencia desde el punto de vista instrumental.

2.1. INTERVALO DE MEDIDA

La técnica DOAS que utilizan este tipo de instrumentos hace que las medidas se realicen durante los crepúsculos, en el rango de 87-92 grados de ángulos cenitales solares. Las peculiares condiciones geográficas de las estaciones (como Belgrano) hace que no siempre sea posible la realización de medidas ya que la posición del sol no alcanza esos ángulos o en algunos el crepúsculo matutino y vespertino se solapen (Ver gráfica).

3. FOTOS DEL NEVA

Base de Marambio