Неконтактный способ определения показателя ослабления воды Советский патент 1988 года по МПК G01W1/00 

00

о со to

О)

11430926

Изобретение относится к технике метеорологического приборостроения и может бить использовано для дистанционного измерения показателя ослабления воды.

Цель изобретения - повьшение точности определения показателя ослабления воды.

плоскости объектива, принятого с малых paccfoяний, превышают размеры полевой диафрагмы и излучение проходит на приемник 7 только частично. При излучение, прошедшее объектив, полностью попадает на приемник. Принятое излучение преобразуется в электрический сигнал, из ко

Изобретение относится к метеорологии и позволяет повысить точность определения показателя ослабления. Излучают в воду световой поток, про- модулированный по амплитуде одновременно на двух частотах. В процессе приема рассеянного водой излучения оно ослабляется по определенной функции, что исключает влияние изменения расстояния между приемопередающей системой.и уровнем вод в направлении, зондирования при изменении рельефа взволнованной поверхности. Приведено .соотношение для определения показателя ослабления вод. 1 ил.

На чертеже приведена схема устрой- ю торого с помощью электронного блока

ства, реализующего способ.

Устройство содержит лазер 1, модулятор 2, объектив 3, полевую диафрагму 4, конденсор 5, светофильтр 6, приемник 7 излучения, электронный блок 8 и блок 9 отображения информации.

Способ реализуется следующим образом.

С помощью лазера 1 излучают в воду световой поток, промодулирован- ный модулятором 2 на двух разных частотах to, и со . Обратно рассеянное водой излучение принимается приемной системой, состоящей из объектива 3, полевой диафрагмы 4, конденсора 5, светофильтра 6 и приемника 7. излучения. В процессе приема мощность расг сеянного, водой излучения ослабляется по функции

f(z) a/(nz + z)2

заданный масштабный множитель;показатель преломления воды;

расстояние, проходимое излучением в воздухе; расстояние, проходимое излучением в воде.

Это обеспечивается малой расходимостью лазерного излучения и полевой диафрагмой 4 радиусом

где а п г Z -

г

rnf Cs sl x i

- фокусное расстояние объектива;

- площадь сечения лазерного пучка лучей на расстоянии

макс

максимальное расстояние z; площадь входного зрачка объектива.

При параметрах приемопередающей системы, удовлетворяющих уравнению (1), размеры поля излучения фокальной

о выделяют две компоненты с частотами СО, и (0 , измеряют их амплитуды и определяют отношение амплитуд А(сС,) и ACcOji), зависимое от показателя ослабления. Полученный результат отображается в блоке 9 отображения информации.

Мощность излучения F, попадающего на фотоприемник оптикозлектронного приемного устройства, может быть определена из соотношения:

F ,

(2)

20 30

35

40

45

25 где L и яркость излучения природных вод;

коэффициент пропускания атмосферы и приемной оптической системы;

передний апертурный угол приемной системы. С учетом оптических характеристик природных вод, характеристик лазерного излучения и геометрии зондирования соотношение (2) можно преобразовать к виду

F(t)c cp,| F.(t-t )|-- - ;- |;,(3)

где F(t) - мощность излучения, обратно рассеянного водой; время излучения; скорость света в воде,

коэффициент подобия; показатель рассеяния

воды.;

мощность лазерного излуt - с К G

Fo(t)

чения; - - показатель ослабления

воды;

Z - расстояние между приемопередающей системой и уровнем природных вод в направлении зонди- . рования (2z Z). При изменении рельефа взволнованной водной поверхности в процессе измеренин изменяется значение z , что приводит к изменению F(t). Для исключения влияния изменения расстояния мощность излучения, принимаемого приемной оптической системой в процессе приема ослабляется по функции

f(z) a/Xnz + z)2.

В этом случае мощность излучения на выходе приемной оптической системы

00F Ч

F(t) c if F(t-t )e dt , (4)

где if

Если модуляция светового потока, излучаемого лазером, описывается соотношением

Fo(t)

F sin (cat + tfо )

где СО 21Г/Сл ;

-и - период модуляции; - фаза,

то

F(t) А sin (Qt +tf ),

А - C F

где А (ЁёГуГ -гз-Тг-

Последнее выражение зависит как от показателя ослабления, так и от показателя рассеяния воды.

При излучении светового потока, модулированного по амплитуде одновременно на двух частотах СО, и

F(t)A,sin(co, t +q, )( ср. ) , ,

F-P I

где A,

I 112

VF2

2

-

111

Определяя отношение амплитуд осцилляции мощности компонент принятого излучения m А(63, )/А(Сй,р , получают следующее выражение:

(e.) ;ЕГ-Г: ТуТ iTio F./ff Выполнив преобразования,

i(H.). ,, с / сmсN

1 - (-)2

m

Полученное выражение позволяет определить показатель ослабления природных вод по отношению к измеренным амплитудам осцилляции мощности компонент принятого излучения с частотами СО, и сО .

Формула изобретения

Неконтактный способ определения показателя ослабления воды, включаю- шрй излучение в воду светового потока, промодулированного по амплитуде, прием обратно рассеянного излучения и определение по его мощности показателя ослабления воды, отличающийся тем, что, с целью по- вьпиения точности определения показателя ослабления, световой поток, излученный в воду, модулируют по амплитуде одновременно на двух частотах со, и cOj , а при -приеме обратно рассеянного излучения его мощность ослабляют в соответствии с зависимостью

) a/()S

где а - з йданный масштабный коэффициент;

п - показатель преломления воды;

расстояние, проходимое излучением в воздухе; расстояние, проходимое из- лучением в воде,

при этом показатель ослабления воды определяют по соотношению

п

2 - Z

col

тп

о

г -tin

ш

где т, и m

с отношения амплитуд излученного и принятого сигналов на частотах СО, и cOj ; скорость света в воде.