Способ определения прозрачности оптической среды Советский патент 1987 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газообразных оптических сред.

Цель изобретения - повышение точности измерения прозрачности оптической среды.

Сущность способа заключается в следующем.

Световой сигнал излучается в направлении двух отражателей, установленных на границах участка оптической среды, на котором предстоять определить коэффициент прозрачности, в виде последовательности импульсов одинаковой Длительности, амплитуды и формы. При этом длительность импульсов излучения выбирается меньшей или равной половине периода посыпки импульсов, а период посылки - равным частному от деления учетверенной длины исследуемого участка на скорость распространения излучения в исследуемой среде. Тогда на вход при емпика сигналы, отраженные отражателями, поступают сдвинутыми во времен друг относительно друга на величину ZL/C, равную нечетному количеству полупериодов посылки импульсов. Поэтому на входе приемника будет сумма интенсивностей сигналов, отраженных обеими отражателями, которую можно записать

I(t) А Tft) +

TA.IO

ft- - 2) u ),

де

Io(t)

А,.А, Т L п

функция, характеризующая изменение во времени Интенсивности посылаемой последовательности импульсов около первого отражателя;

коэффициент отражения первого и второго отражателей;

коэффициент ослабления излучения при двухкратном прохождении сигнала через исследуемый участок оптической среды, связанньй с коэффии 1ен- том прозрачности It соотношением Т (1 - |Г)2; длина исследуемого участка среды;

скорость распространения излучения в исследуемой среде; время.

Так как длительность излучаемых импульсов одинакова и не превьшает половину периода их следования и все они имеют одинаковую амплитуду и форму, то функцию, характеризующую изменение во времени интенсивности около первого отражателя, можно представить в виде

Io(t)

- + -I- lla cosKut,

тогда

I (t - ) im| + b 0 С IT

002L

2Ia cosKuj(t ---)

где I - максимальная амплитуда интенсивности посылаемого импульса;

а - коэффициент разложения Фурье;

К 0,1,2,3...;

-2L

Сумма интенсивностей сигналов, отраженных отражателями, может быть представлена в виде

Kt) ,;.I,I.,a /

, f- (llllA TU a,,,C

,-II b

k 1

Отсюда для амплитуды i первой гармоники на выходе квадратичного приемника

4 2 (А,-АгТ) 1„а,

1 1Г

для второй гармоники амплитуда .- 2()1„,а

Таким образом, измеряя амплитуды первой и второй гармоник принятого суммарного сигнала, для определения прозрачности оптической среды достаточно образовать их соотношения или

отношение разности к сумме. Последнее отношение более предпочтительно, так как в устройствах, реализующих предагаемый способ, всегда при калибровке можно уравнять коэффициенты

отражения А, А, а коэффициент передачи при измерении первой гармоники выбрать в раз меньше, чем при измерении амплитуды второй гармоники .

в этом случае

iil-iL

где

i)

li а,

13188624

Отраженное отражателями 3 и 4 излучение принимается фотодетектором 5 и преобразуется в элект ричес- кие сигналы. -Электрические сигналы с поступают на фильтр 6, выделяющий первую гармонику, и фильтр 7, вьде- ляющий вторую гармонику. Сигналы с фильтров 6 и 7 поступают на полосовые усилители 8 и 9, а затем на ам- где F(t) - нормированная к максимуму W плитудные детекторы 10 и 11. С выходов детекторов сигналы поступают Hi, блоки вычитания 12 и суммирования 13. С блоков вычитания 12 и суммирования 13 сигналы поступают на блок 14 деП/Са I F(t)cosKb)tdt,

I огибающая интенсивности излучаемьк импульсов. На чертеже показана блок-схема устройства, реализующего предлагаемый

способ.

Устройство содержит источник 1 излучения (например, светодиод или светодиодная матрица), к входу которого подключен задающий генератор 2, отражатели 3 и 4, установленные на .границах исследуемого участка среды, фотодетектор 5 (например, ФЭУ или фотодиод) , установленный на пути отраженного излучения, к выходу которого подключены фильтры первой 6 и второй 7 гармоник, каждый из которых соединен с соответствующим полосовым усилителем В, 9, к которым подсоединены детекторы 10 и 11. Выходы детекторов соединены с входами блока 12 вычитания и блока 13 суммирования, выходы которых соединены с входами блока 14 деления, сигнал с кото рого подается на регистратор (не показан) .

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 формируется задающим генератором 2, например, по закону

fj sinat для O ott n ,

|j Одля ITfot 2

и направляется на отражатели 3 и 4, установленные на границах исследуемого участка среды.

J5 ления , в котором вырабатывается сих-

25

нал, пропорциональный величине прозрачности среды на участке между отражателями.

20.Формула изобретения

Способ определения прозрачности оптической среды путем излучения в исследуемый участок среды светового сигнала, приема сигналов, отраженных от границ исследуемого участка отражателями, и преобразования их в элек- трические сигналы, отличающийся тем, что,с целью увеличекия точности измерений, световой сигнал излучают в виде последовательности импульсов с периодом посылки, равным частному от деления учетверенной длины исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с равной длительностью, не превышающей половину периода посылки импульсов, и с равными амплитудой и формой, вь щеляют из принятых и пре- образованных в электрические сигналов первую и вторую гармоники частоты посыпки световых импульсов и по отношению разности величин амплитуд второй и первой гармоник к их сумме судят

об искомом параметре.

,,-

А

ФТ

Редактор С.Пекарь

Составитель С.Непомнящая

Техред В.КадарКорректор,В.Бутяга

Заказ 2501/35 Тираж 776,Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

:.tH

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газообразных оптических сред. Целью изобретения яапяется повышение точности измерений. Это достигается посьшкой в исследуемый участок среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом посьшки, равным частному от деления четырех длин исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с одинаковой длительностью, меньшей или равной половине периода посылки световых импульсов, с одинаковыми амплитудой и формой, приемом отраженных установленньЕми на границах измеряемого участка среды отражателями световых сигналов, преобразованием их в электрические сигналы, выделением первой и второй гармоник частоты посылки световых импульсов и Определением искомого параметра по отношению разности амплитуд второй и первой гармоник к их сумме. 1 ил. S (Л эо 30 ю