Способ измерения показателя рассеяния Советский патент 1989 года по МПК G01N21/47 

ел

00

to

Изобретение относится к исследованиям оптических характеристик во дистанционными методами может быть использовано для определения показателя рассеяния воды в лабораторных условиях, с судов и с различных летательных аппаратов,

Цель изобретения - увеличение точности измерения показателя рассеяния путем учета формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа за счет исключения измерений эффективных показателей ослабления.

На фиг. 1 показано взаимное расположение источника и приемника излучений с различными углами зрения на фиг. 2 - номограмма определения величины показателя рассеяния при изменениях угла зрения приемной оптческой системы, приведенного к поверности соответственно в 2 и 10 раз.

Сущность способа измерения показателя рассеяния заключается в следующем.

На борту судна или летательного аппарата на высоте И от границы раздела (фиг. 1) располагают источник 1 импульсного излучения и простран- стверно совмещенный с ним приемник рассеянного излучения с регулируемым углом зрения. Мощность сигнала обратного рассеяния Р с интересующей глубины L, приходящего в приемник через промежуток времени t 2L после прихода сигнала, отраженного от поверхности (С( - скорость света Б воДе), определяется по формуле

A C d

alTi+fi lL

(nH4-L) де А Ф(ае,б Ъ),

коэффициент, зависящий только от параметров излучателя и приемника ,

1 - показатель поглощения среды; |5 - показатель рассеяния назад а - параметр аппроксимации индикатрисы рассеяния x(f) функцией вица , учи- тьшающий форму реальной индикатрисы;

п - коэффициент преломления (аб,

G L)- рассчитанная и табулированная функция, зависящая на .глубине L от G среды, параметра а и угла зрения приемника, приведенного к поверхности}

угол, доказанный на фиг. 1 и связанный с углом зрения приёмника 2cf соотношением

to

8 arctg

Если источник и приемник находятся в одной среде (погружаемый прибор) ,тоН . Далее измеряют мощности сигналов обратного рассеяния Р, , Pj и Р,, , соответствующих одной и той же глубине при различных фиксированных .углах зре

ния Cf, , и Ц), (б,, 6j, рут их отношения

Р, Ф(а0,, G L)

в,) и беФ(аб1, С L)

Р. Ф(а0,, G L) . Pi Ф(а05, G L)

Решая полученную систему из двух уравнентш с двумя неизвестными (а и G ) вычисляют значение (j . При необ- ходимисти может быть также вычислено значение а, характеризующее фор

му реальной индикатрисы. Увеличением числа отсчетов углов зрения и соответственно числа отношений можно увеличить точность определения значения О. Решение системы уравнения в зависимости от конкретных технических средств, реализующих способ, можно проводить графически по номограммам, полученным из таблиц функции Ф(аб , (J L), или на ЭВМ, решая численными методами систему из двух уравнений.

Рассматривают на практическом примере нахождение показателя рассеяния (j с помощью номогра 1мы, приведен- ; ной на фиг. 2. В верхней чисти номограммы изображена зависимость вели

I чины у

Ф(а0)/Ф(||-)

(т.е. завит

симость отношения функции Ф при аргументе а 0 к функции Ф при уменьшении аргумента а в 10 раз) от а 0 при различных значениях величины GL. В нижней части номограммы аналогичные зависимости для величины y Ф(а0)/

/Ф(-Я-) ( аргумента 0 уменьшен в 2 раза). Поскольку типичные значения

величины а лежат в интервале а 6то диапазон изменения величины аб, изображенный на фиг. 2, соответствует значениями в интервале 9 11- 45 (0,2...0,8 рад). Это соответствуе например, для Н 200 м и L Юм, интервалу значений угла зрения приемной оптической системь (f 0,57.... 2,3 (10-ДО мрад).

Пусть начальный угол зрения приемной оптической системы ф, . Тогда при известной высоте.Н и выбранной

глубине L6,. arctg fq, (-+-). Для

- L п ,

ЭТОГО значения 0, (tf,) находят величину электрического сигнала с приемника на удалении L от границы раздела пропорциональную Р. Далее уменьшают значение 9 последовательно в 2 и 10 раз путем соответствукмцего изменения значения угла

Cf (tf

tg6

H+L + 1/n

)

и замеряют соответствующие значения электрического сигнала, пропорциональные PJ и Р. По измеренным величинам, пропорциональным Р

PJ, находят у2 Р /Р„ В и

и

у,

J, пдлидит У2 f /fj и и У,

А. Проводят на номограмме две прямые, параллельные оси абу А и у В. Из точек пересечения этих прямых с кривыми номограммы, соответствующих набору значений C L, опускают перпендикуляры на ось аб. Та из точек пересечения этих перпендикулярных на оси -а б, которая соответствует одинаковым значениям G L в верхней нижней частях И(номограммы, и определит искомое CL и ав ,. а так как значение Q иLизвестны, тб. следовательно, определит и значения О и а . На фиг. 2 показаны практические построения, проведенные для определения (5 и а вод Черного моря для случая, когда Н 100 м, L 10 м, Cf (0 23°), В этом случае получено у А 22 и у В

1453266

- 1,8. Из построений, сделанных по изложенной методике, находят, что О 4,,0. Следовательно,

(7 0,45 м 1,75.

0

Использование предлагаемого способа измерения показателя рассеяния по сравнению с известньм обеспечивает следующие преимущества: увеличение точности измерения показателя рассеяния за счет учета формы реальной индикатрисы рассеяния, увеличение точности измерения показателя рассеяния за счет учета зависимости формы индикатрисы рассеяния от длины волны зондирующего излучения; упрощение способа за счет отказа от операций, связанных с вычислением эффективных показателей ослабления.

20

Формула изобретения

Способ измерения показателя рас- .сеяния преимущественно водной среды заключающийся в том, что излучают в 25 среду короткий световой импульс, прнимают и измеряют рассеянный средой в обратном направлении световой сигнал, после чего вычисляют величину показателя рассеяния, о т л и- 30 чающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения показателя рассеяния путем учета формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновре- 22 менном упрощении способа, дополни- . тельно проводят измерения рассеянного в обратном направлении светового сигнала по крайней мере при двух фиксированных и отл:ичных друг от 40 йот первого значениях угла зрения приемной оптической системы и iHa заданном расстоянии от границы раздела сред. а величину показателя рассеяния вычисляют по значе- 45 ниям углов зрения и отношениям соответствующих сигналов и соответствующих значений табулированной функций, зависящей от параметра аппроксимации индикатора рассеяния.

tliue.1

у,ф((а9/ю) SO.O

Изобретение относится к исследованиям оптических характеристик водной среды дистанционными методами. Оно позволяет увеличить точность измерения показателя рассеяния путем формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа. Для этого при измерении показателя .рассеяния излучают в среду короткий узконаправленный световой импульс, принимают и измеряют рассеянный средой в обратном направлении световой сигнал, на заданном удалении от границы раздела измеряют величину трех или более значений сигнала на выходе приемника излучения, пропорционального мощности рассеянного средой в обратном направлении светового сигнала. При трех или более фиксированных и отличных друг от друга значениях угла зрения приемной оптической системы и по значениям углов зрения и отношениям соответствующих амплитуд сигналов вычисляют величину показателя рассеяния. 2 ил. (Л с:

jt(лe}|ф(aв|t)

. Фи9.1