Способ локационного измерения показателя ослабления рассеивающих сред Советский патент 1988 года по МПК G01N21/49 

О 00 Од

Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может .быть использовано, например, для определения прозрачности природных вод.

Целью изобретения является упрощение измерений (аппаратурной реализации способа) и повьичение помехозащищенности.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для реализации способа

Устройство содержит источник 1 не- прерьшного монохроматического излучения модулятор 2, объектив 3, полупрозрачную пластину А, диафрагму 5, установленную в фокальной плоскости объектива 6, границу 7 раздела зоз- дух - среда, исследуемую среду 8, объектив 9, приемник 10 излучения, устройство И измерения разности фаз, вычислительное устройство 12.

. При исследовании среды в оптическом тракте достигается ослабление по мощности принимаемого потока излучения по закону

- Sn

wTnL -I- Z) где Z - координата по оси Z (ось Z направлена перпендикулярно границе раздела сред);

L - расстояние, проходимое излу- чением в воздухе|

п - показатель преломления среды|

S - площадь входного зрачка приемопередающей системы (объектива 6)j

СО - телесньй угол поля приемопередающей системы;

Sn /O M, - масштабный коэффициент при условии, что глубина слоя эффективного проникновения зондирующего излучения такова, что входной зрачок приемной системы виден с максимальной глубины этого слоя под телесным углом не меньше Q/n о Выполнение последнего достигается соответствующим выбором световых диаметров полевой диафрагмы 5 и объектива б с учетом ориентировочного ослабления излучения в среде, чтобы поток излучения, приходящий с глубин, больших указанной, был пренебрежимо мал. При этом поток принимаемого однократно рассеянного излучения

fCz)

равен

сха

vH...4 .НС)F (t) - ,3

U-2b-.,).

Fctjvi ,,

X e tit (

-. ,

430839

где

10

15

t «.

время;

с: - коэффициент пропускания границы раздела среда - вoздyx

К{)--индикатриса рассеяния зондирующего излучения при /f ;

G - показатель рассеяния; FP(t) - поток излучения, формируемый передающей системой;

t, - переменная интегрирования; - показатель ослабления; с - скорость света. Анализ показывает, что при гармонической амплитудной модуляцииF(t) поток F (t) также гармонически изменяется во времени, и разность фаз принимаемого и излучаемого пучков равна

20

(1)

5

0

5

0

5

0

5

где

значение показателя ослабления

Расчет величин Я (сигнал о которой передается в модулятор 2) к производится в вычислительном устройстве 12в Если ориентировочное значение Е неизвестно, с целью максимального пpибл iжeния к оптимальной круговой частоте Q. с/п возможна следующая методика измерений с использованием плавной перестройки S7 . Первый отсчет производится при некоторой произвольной начальной частоте Q S,, при которой определяется соответствующий показатель ослабления EI, который, в свою очередь, используется для определения частоты O--i Е с/п, на которую перестраивается приемопередающая система, и измеряется Е и ТоДо (Q; ). При этом вычислительное устройство 12 и модулятор 2 должны быть соединены в замкнутую следяЕ ую систему, в которой вырабатывается управляюгций сигнал, обуславливающий соответствующую подстройку частоты Г2. , Каждое последующее измерение более точно по сравнению с пре- дыдурдим. Критерием оптим.альности найденной таким образом величины Q; является минимальный разброс измеряемых величин б;.

Если неизвестно расстояние L, то его можно измеритЬ Обычным локационным дальномером.

Зеркально отраженное границей раздела среда - воздух зондирующее излучение необходимо в процессе приема

подавлять либо введением циркулярного поляризатора в приемопередающую систему, либо небольшим наклоном системы по отношению к нормали поверхности раздела, при котором зеркально отраженное излучение не попадает в поле приема.

При измерениях по известному способу зондированием короткими импульсами амплитуда принимаемого сигнала зависит от ряда параметров ( C ,x( iT) ,G ) , которые могут быть .неизвестны, либо известны, но с ограниченной степенью

димости в применении специальных мощных импульсных лазеров и высокоразрешающих высокоскоростных фоторегистраторов, что существенно упрощает аппаратурную реализацию способа

Формула изобретения

Способ локационного измерения показателя ослабления рассеивающих сред, заключающийся в том, что излучают в направлении среды монохроматический световой поток, ослабляют

Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может быть использовано .для определепия прозрачности природных вод. Целью изобретения является повьшение поме- хозащи1 ;енности и упрощение аппаратурной реализации способа путем форьшро- вания непрерывного зондирующего излучения, гармонически промодулированно- го по интенсивности, измерения разности фаз йц| принимаемого и излучаемого потоков и определения показателя ослабления среды о В формуле изобретения приводятся математические выражения для выбора частоты модуля- дии и расчета показателя ослабления, 1. ил. (С

точности, а могут и случайным образ

изменяться во времени. Это снижает точность измерений и помеХозащищенНОСТЬе

При измерениях по пpeдлaгaeмo ry способу разность фаз tilp не зависит перечисленных параметров, что повышет помехозащищенность и точность измерений.

Для выявления чувствительности мтода продифференцируем (1) по :

i ((f),.Bi.

de

(ЕсГ + (пЛ)

Это выражение максимально при Я,

ЕС о

-, что соответствует оптимальной

чистоте модуляции, при которой отностельная точность составляет

-g- .8(йч)),

где дифференциалы заменены конечными

следовательно, при J что вполне достижимо, точность измерения показателя ослабления составляет десятые доли процента (относительная погрещность).

При локационных исследованиях природных- п 1,333 и о 0,28 частота амплитудной модуляции должна Составлять 10 мГЦо

Кроме того, в способе может быть использован сравнительно простой источник непрерывного излучения, например газовый лaзepj и нет необхоприращениями,

СйЦ)) 0,1°

закону

М

0

5

0

5

0

45

где М - масштабный козффгадаент;

п - показатель пpeлo meния среды;

L - расстояние, проходимое из- лз шнием в воздухе;

Z - расстояние, проходимое излучением в среде,

регистрируют рассеянное средой излучение и измеряют его параметр, по которому рассчитьшают показатель ослабления среды, о тлич ающи й- с я тем, что, с целью упрощения изме рений и повышения помехозащищеннос- ТИ} используют непрерьшное излучение, гармонически промодулированное по интенсивности, причем круговую частоту амплитудной модуляции выбирают равной

о -

Q - . ,

где д- ориентировочное заданное значение показателя ослабления среды}

с - скорость света в воздухе, а в качестве параметра излучения измеряют разность фаз регистрируемого И излучаемого потоков ЛЦ , при этом показатель ослабления среды Е рассчитывают по формуле

п Q

с tg(M.p +

2Ln

12