Способ определения показателя поглощения жидких сред Советский патент 1993 года по МПК G01N21/17 

Изобретение относится к области физической оптики и может быть использовано для определения показателя поглощения жидких сред, например, морских и океанских вод.

Известен способ определения показателя поглощения морских и океанских вод, основанный на измерениях стратификации (изменения с глубиной) характеристик светового поля (отношения полупространственных облученностей сверху и снизу и показателя вертикального ослабления для освещенности сверху), обусловленного проникновением солнечного света в толщу воды, и вычислением по известной формуле показателя поглощения.

Недостатком способа является его сложность и низкая точность, связанные с

а) необходимостью измерения стратификации двух величин - полупространственных облученностей сверху и снизу с шагом, достаточным для последующего нахождения показателя вёртйкальногб ослабления (т.е. для вычисления производной по глубине от полупространс твённой освещенности сверху ;

б) погрешностью измерений полупространственной освещенности сверху и снизу («20% по оценке).

Наиболее близким по технической сущности является способ определения показателя поглощения морских и океанских вод, основанный на измерениях характеристик светового поля (тела яркости) в толще воды, создаваемого изотропным источником, размещенным на некоторой глубине, после чего по известным формулам рассчитывают показатель поглощения.

Недостатком способа является его сложность и низкая точность (погрешность до 38% в морских водах), связанные с

А

О

О

а) необходимостью громоздких измерений тела яркости на различных расстояниях от источника;

б) погрешностями измерений яркости (до 18%); ;.

в) получением значения показателя поглощения, осредненного по слою порядка сотен метров.

Целью изобретения является увеличение тбЧнЪсти и упрощение способа измерения показателя поглощения.

Для этого в способе определения показателя поглощения жидких сред, основанном на измерении светового поля, создаваемого в толще жидкости изотропным источником, источник размещают над границей раздела воздух- жидкобть, измеряют спектр плотности временных флуктуации освещенности, обусловленный волнением границы раздела, определяют частоту характерного провала на кривой спектральной плотности флуктуацией, обусловленного корреляцией уклонов и возвышений волн, и вычисляют показатель поглощения по формуле ..- . ..- .

/с-2(т-1) к mh + L

|И + ,

где m - показатель преломления жидкости;

h-высотарасположения источника над границей раздела;

L - глубина, на которой проводятся йз- мерения; . ..Л. . ; ....

g-ускорение свободного падения;

УО - значение частоты провала на кривой спектральной плотности флуктуации.

Сущность изобретения поясняется фиг.1. , -/: . .

На фиг.1 приведены энергетические спектры возвышенной взволнованной границы раздела ; (кривая 1) и флуктуации освещенности на глубине 10 м от точечного изотропного источника, расположенного на высоте h 10 м над водой. Спектр возвышений соответствует типичному состоянию поверхности моря - ветровые волны и зыбь (скорость ветра 5 м/с, высота волн зыби 0,2 м, их период 8 с). Спектр флуктуации освещенности в типичной океанской воде (показатель поглощения /с 0,04 м , показатель рассеяния ,06 ) представлен кривой 2, а в морской воде (к 0,08 , 7 0,32 ) - кривой 3. ,: - .. ,

На кривых спектральной плотности флуктуации в области частот о.1 с.( со круговая частота) наблюдается характерный провал, глубина которого более двух порядков при ширине С::0,. Примеры. На фиг,2 и 3 приведены участки кривых

плотности энергетических спектров флуктуации для океанский вод (фиг.2, h 10 м, кривая 4 - L - 5 м, кривая 5 - L 10 м, кривая 6 - L 30 м), и для морских вод (фиг.З, h 5 м, кривая 7 - L 3 м, кривая 8 - L 5 м,

кривая 9 - L 10 м). Они описывают экспериментальную ситуацию, когда для указанной геометрии (h и L) производится запись низкочастотных флуктуации освещенности (частота среза предварительного фильтра

низких частот на входе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) f ср 0,25 Гц) от мощной лампы накаливания. Измерения проводятся в темное время суток. В этом случае отношение сигнал/шум, а значит, и

глубина провала, определяется разрядностью АЦП - 8 бит. ..;:.-.

Для обеспечения погрешности в определении к меньше 5% необходимое разрешение спектра флуктуации освещенности

M Aw/2;7rЈ 0,004 Гц, Отсюда легко оценить требуемую для обработки длину записи флуктуации. При частоте среза fcp 0,25 Гц и нормированной стандартной ошибке . 0,3. (такая величина стандартной ошибки

вполне достаточна для фиксирования глубокого провала) длина реализации составляет порядка 1 ч. Ошибка в определении показателя поглощения будет меньше 10% даже в морских водах.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

Способ определения показателя поглощения жидких сред, заключающийся в том, что через среду пропускают оптическое излучение, создаваемое изотропным источником и регистрируют изменение его

характеристик, отличающийся тем,

что, с целью повышения точности, пропуска. ют излучение.от источника, размещенного

на высоте h над поверхностью среды, реги стрируют на; глубине , L спектр плотности временных флуктуации освещенности, определяют частоту .характерногопровала в спектре, обусловленного корреляцией уклонов и возвышений волн на поверхности

среды и судят б показателе поглощения к из соотношения.

55

+ (

где m - показатель преломления среды; g- ускорение свободного падения.

Фиг. i

tf

од, ол;;л;;0 ц; ;--;.1Л:; ;..

Использование: изобретение может быть использовано для определения показателя поглощения жидких сред, например, морских и океанских вод. Сущность: источник размещают над границей раздела воздух-жидкость, на высоте h, затем регистрируют спектр плотности временных флуктуации освещенности на глубине L, определяют частоту со0 характерного провала в спектре. Показатель поглощения определяют по формуле . 2(rn-1)rLh ;. ™ + йй + 1 где m - показатель преломления жидкости, g -ускорение свободного падения. 3 ил.

ft/3.J