Способ определения прозрачности оптической среды Советский патент 1988 года по МПК G01J1/04 

4:

сх

00

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газо- образных оптических сред.

Целью изобретения является увеличение точности измерений прозрачности в быстроменяющейся оптической среде.

Когда в исследуемую среду, находящуюся между двумя отражателями, посылается световой сигнал в виде последовательности импульсов с периодом, равным 4 L/C, где L - длина исследуе- мого участка, С - скорость распространения света в исследуемой среде, с равной длительностью, не превышающей половины периода посылки импульсов, с равными амплитудой и формой, то сиг- налы отражения от первого и второго отражателей поступают на вход фотоприемника сдвинутыми во времени на величину 2 L/C, равную нечетному количеству полупариодов посьшки импуль- сов (фиг.1).

Таким образом, для сигнала на входе фотоприемника можно записать

I(t)A,T.(t)+TAJ,(t-|b).

где Ij,(t) - функция, характеризующая изменение интенсивности импульса от первого отражателя j А-, А - коэффициенты отражения

соответственно первого и второго отражателей; Т - коэффициент ослабления

излучения при двухкрат- ном прохождении сигнала через исследуемый участо оптической среды. При этом посылаемый сигтшл может меняться от импульса к импульсу за счет нестабильности импульса, что неблагоприятно сказывается на точности измерения. Эту погрешность можно учесть путем измерения полной энергии посылаемого сигнала или части ее

А j I(t)dt,

где С - время, не превышающее длительность импульса.

Принимаемый сигнал отражения второго отражателя искажен за счет неод- нородностей в быстроменяющейся оптической среде и повысить точность его

измерения можно путем измерения его полной энергии либо части ее

+1:

5 i,(t - p)dt.

Зная энергии импульсов, отраженных первым и вторым отражателями, по их отношению можно определить прозрачность Т оптической среды

2L,

Т

ч Io(t-)dt

тг

5 0 5

0

35

jg 45

50

55

А, 1 I,(t)dt

О

Изменяя время интегрирования S от О до времени, равного длительности импульса излучения, и беря отношения проинтегрированных сигналов можно определить прозрачность оптической среды.

На фиг.1 показаны оптические сигналы, поступающие на вход фотоприемника; на фиг.2 - функциональная схема устройства реализующего предлагаемый способ.

Устройство (фиг.2) содерткит источник 1 излучения (например свето- диод АЛ310), к входу которого подключен задающий генератор 2, размещенные на границах исследуемого участ- ка среды отражатели 3 и 4, установленный на пути отраженного излучения фотодетектор 5 (например, ФЭУ-84-3), к выходу которого подключен электронный коммутатор 6 (выполненный, например, на микросхеме КР580КН8А). К выходам электронного коммутатора 6 подключены входы интеграторов 7 и 8 (выполненных, например, на микросхемах серии К 540 Д 2), управляемые линией 9 задержки. Выходы интеграторов 7 и 8 соединены с входами блока 10 делeнияJвыход которого соединен с входом регистрирующего устройства

11Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 формируется задающем генератором 2 и направляется на установленные на границах исследуемого участка оптической среды отражатели.

Пусть амплитуда посылаемых импульсов меняется по закону

I sinQt для о 6 GO t Т для тг со t 2 П где СО - частота.

Отраженные отражателями 3 и 4 импульсы принимаются фотодетектором 5, преобразуются в электрические сигналы, которые, благодаря временному сдвигу между ними, разделяются электронным коммутатором 6 при поступлении на последний управляющего сигнала с выхода генератора 2. Электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам отражения первого отражателя, поступают на интегратор опорного канала, а электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам отражения второго отражателя - на интегратор 8 измерительного канала, с выхода которых сигналы поступают в блок 10 деления, в котором вы- рабатьшается сигнал, пропорциональный величине прозрачности. Время интегри- рования задается оператором перед началом измерений через регулируемую линию 9 задержки.

О величине потерь оптического излучения в исследуемой среде судят по величине отношения проинтегрированных сигналов, изменяя время интегрирования от О до времени, равного длительности импульса . Предлагае

0

5

0

5

тов усиления. При реализации предлагаемого способа используются два идентичных интегратора, что гораздо проще при настройке и эксплуатации.

Устройство реализуется аппаратурой с малыми весогабаритными и энергетическими характеристиками.

Предлагаемый способ может быть использован для исследования прозрачности оптической среды при воздействии на нее химических реагентов или, электромагнитных волн с высокими плотностями энергий.

Формула изобретен-и я

Способ определения прозрачности оптической среды путем излучения в исследуемый участок оптической среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом следования, равным частному от деления учетверенной длины исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с равной длительностью не превьшающей половину периода следования импульсов, с равными амплитудой и формой приема сигналов, отраженных от границ исследуемого участ

Изобретение относится к оптическим измерениям. Цель изобретения - повьшение точности измерений прозрачности в быстроменяющейся оптической среде. Это достигается посьшкой в исследуемый участок среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом, 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 приема сигналов, отраженных установленными на границах измеряемого участка среды отражателями. Световые сигналы преобразуют в электрические, разделяют электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам от каждого отражателя, интегрируют каждый из выделенных сигналов с заданным временем, а искомый параметр определяют по отношению проинтегриро- ванных сигналов. 2 ил. (Л

мый способ позволяет более точно опре-30 ка отражателями, и преобразования их делить прозрачность в быстроменяющейся оптической среде и определить время ее изменения вплоть до времени прохождения излучения через исследуемый объем за счет того, что исключается необходимость дополнительных затрат времени на выделение первой и второй гармоник частоты посылки имв электрические сигналы, по которым судят о прозрачности оптической среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности изме35 рений в быстроменяющейся оптической среде, разделяют электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам отражения от первого и второго отражателей, интегрируют каждый из выделенных сигналов с временем интегрирования, которое изменяют от нуля до длительности импульса излучения, а о прозрачности оптической среды судят по отношению проинтегрированпульсов, а устройство, реализующее

предложенный способ, по сравнению с известными не требует применения блоков выделения гермоник частоты посылки импульсов,полосовых усилителей и детекторов с различными коэффициентами передачи для выравнивания коэффициен

ка отражателями, и преобразования их

в электрические сигналы, по которым судят о прозрачности оптической среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в быстроменяющейся оптической среде, разделяют электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам отражения от первого и второго отражателей, интегрируют каждый из выделенных сигналов с временем интегрирования, которое изменяют от нуля о длительности импульса излучения, а о прозрачности оптической среды судят по отношению проинтегрированых сигналов.

Vuz,i

|

3

Ш t

гШ li:

ю

Фu.t.Z