Способ локационного измерения оптических параметров прозрачных сред Советский патент 1987 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к исследо- ваниям материалов и веществ оптическими методами и может быть использовано для дистанционного измерения оптических параметров прозрачных сред, например показателей рассеяния и ослабления излучаемой средой.

Целью изобретения является упрощение способа измерения оптических па- раметров сред и повышение его по- мехо 3 аиц-1ще нно сти.

На чертеже приведена функциональная, схема аппаратурной реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит источник 1 непрерывного излучения, модулятор 2, объектив 3, полупрозрачную пластину 4, диафрагму с малым отверстием 5, . установленную в фокальную плоскость объектива 6, который формирует изображение границы 7 раздела воздух - исследуемая среда 8 через объектив 9 на приемник IО излучения, измеритель 1 разности фаз, вычислительное устройство 12, измеритель 3 амплитуды испускаемого излучения, устройство 14 ввода плавных изменений частоты модуляции.

При исследовании среды с помощьго этого устройства в оптическом тракте достигается ослабление мощности при15

20

25

30

F(n) F, If Л(а)(, (4)

где А(п) - Фурье-образ функции A(t,), а разность фаз между принимаемым и излучаемым потоками равна

лср(о) (5l) ,(5)

т.е. аргументу комш1ексной функции

А(а).

Изменение частоты модуляции потока fS производится при помощи управляющего модулятором 2 устройства 14 ввода плавных изменений частоты модуляции, сигнал с которого, характеризующий текущую частоту fi, подается на вычислительное устройство 12. Измеритель П регистрирует амплитуду F(n) и разность фаз u(.f(fi), которые также передаются в вычислительное устройство 12. Кроме этого, туда поступает информация об амплитуде F, с измерителя 13. Вычиснимаемого потока излучения по закону

2 , -,2

f(z) S

rfdz 1

ЧЬпт.

ныи угол ПОЛЯ приемопередающей системы, S - площадь входного зрачка объектива 6, n(z) - профиль показателя преломления средьц z - расстояние, проходимое излучением в среде. При этом поток принимаемого однократ но рассеянного излучения равен

оо

JO, . . Си

лительное устройство 12 после изменения л во всем интервале частот где со - телес- 35 О (2)/21Гс осуществляет обратное преобразование Фурье от F(j2)e , результатом которого является функция После деления ее на изме40

где

(t) fF(t -tjA(tjdt,(i),

о 11 J о

) G(z)y(,z

Alt, j; тг;;т-

45

ггг

хехр -2|(z)(2) 50

импульсная передаточная функция, характеризующая оптические параметры среды, причем воздущную прослойку можно считать частью неоднородной среды; F(.,(t) - поток зондирующего излу- 55 чения , с - скорость света, величины G(z), () (z) представляют собой профили соответствующих параметров .вдоль трассы зондирования, t - время

(t)8 i ренную величину Fg и известный сомножитель cco/8- h получаем искомую функцию A(t).

Измерения более предпочтительно вести для слоистых сред, где устранение неоднозначности траектории зондирования достигается выбором направления зондирования по нормали к поверхностям слоев.

Повышение помехозащищенности в предлагаемом способе по сравйению с импульсным методом достигается за счет того, что F(sj) идер(гг) связаны между собой преобразованием Гильберта. Таким образом, получаемая в результате измерений по предлагаемому способу избыточная информация может быть использована для снижения влияния шумов на точность измерений по специальному гшгоритму, реализуемому

t - переменная интегрирования, а z определяется из уравнения

.М 1гш:-

Если зондирующий поток Fjj(t) гармонически промодулирован и имеет амплитуду Fg, то поток принимаемого излучения также гармонически изменяется во времени с той же частотой и амплитудой

F(n) F, If Л(а)(, (4)

где А(п) - Фурье-образ функции A(t,), а разность фаз между принимаемым и излучаемым потоками равна

лср(о) (5l) ,(5)

т.е. аргументу комш1ексной функции

А(а).

Изменение частоты модуляции потока fS производится при помощи управляющего модулятором 2 устройства 14 ввода плавных изменений частоты модуляции, сигнал с которого, характеризующий текущую частоту fi, подается на вычислительное устройство 12. Измеритель П регистрирует амплитуду F(n) и разность фаз u(.f(fi), которые также передаются в вычислительное устройство 12. Кроме этого, туда поступает информация об амплитуде F, с измерителя 13. Вычислительное устройство 12 после изменения л во всем интервале частот 5 О (2)/21Гс осуществляет обратное преобразование Фурье от F(j2)e , результатом которого является функция После деления ее на изме0

5

0

5

(t)8 i ренную величину Fg и известный сомножитель cco/8- h получаем искомую функцию A(t).

Измерения более предпочтительно вести для слоистых сред, где устранение неоднозначности траектории зондирования достигается выбором направления зондирования по нормали к поверхностям слоев.

Повышение помехозащищенности в предлагаемом способе по сравйению с импульсным методом достигается за счет того, что F(sj) идер(гг) связаны между собой преобразованием Гильберта. Таким образом, получаемая в результате измерений по предлагаемому способу избыточная информация может быть использована для снижения влияния шумов на точность измерений по специальному гшгоритму, реализуемому

вычислительным устройством 12 и определяемому в соответствии с конкретней ситуацией измерений в зависимости от наличия и свойств тех или иных шумов.

Формула изобретения

Способ локационного измерения оптических параметров прозрачных сред, включающий формирование зондирующего излучения, направление его на среду, прием обратно рассеянного излучения, определение импульсной передаточной функции среды, по которой судят об оптических параметрах, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа и повьщгения его помехозащищенности, формируют непрерьшное зондирующее излучение, гармонически промодулированное по интенсивности с круговой частотой П, при этом изменяют частоту модуляции гг от нуля до

Azn(z)/2 n c, где UZ - требуемое пространственное разрешение с - скорость света в воздухе; n(z) - известный профиль показателя преломления вдоль направления зондирования, при приеме обратно рассеянного излучения ослабляют его мощность по закону

,. где М - масштабный коэффициент; Z - расстояние, проходимое излучением в среде,

затем измеряют поток F(S2) принимаемого излучения и разность фаз utf (П) принимаемого и излучаемого по-. токов, в интервале изменения частоты модуляции, а импульсную передаточную функцию A(t) определяют из соотношения лzn(z)

A(t) i I F(n)e t- -t da,

i

где t - время;

i - мнимая единица.

Составитель С. Голубев Редактор Э. Слиган Техред И.Попович Корректор А.Ильин

П- III I 1.1.,,|. , .. --li 1 . --.. --.. и ..„.

Заказ 4430/48 , Тираж 776Подписное

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