ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА СВЕТА, ПРОНИКАЮЩЕГО В ВОДУ НА РАЗЛИЧНЫЕ ГЛУБИНЫ Советский патент 1934 года по МПК G01J1/40 

Изобретение относится к прибору, который должен служить для определения количества света, проникающего днем в воду. В видоизмененной форме прибор предназначен для работы в качестве подводного спектографа.

Практическое применение этого приборов, кроме чисто научного использования, может быть самым разнообразным. Он может применяться в рыбном хозяйстве для определения необходимой окраски сетей в целях повышения улова рыбы, глубины возможного прогревания воды и границ развития мелких растительных и животных организмов, служащих кормом для рыбы, и т.д.

Другая область техники, в которой можно применить этот прибор, это гидротехника портовых сооружений. Так как прозрачность воды зависит главным образом от количества взвешенных в ней илистых частиц, то прибор дает возможность при изысканиях по сооружению портов и прочистке каналов в полевой обстановке учитывать все возможности донных отложений по количеству частиц в слое воды (сопоставляя немногие данные лабораторного анализа с показаниями прибора).

При применении в этом приборе кинопленки, очувствленной к инфракрасным лучам, должна получиться возможность определения прозрачности воды для лучей инфракрасных.

На схематическом чертеже фиг. 1 изображает общий вид прибора спереди; фиг. 2 - вид его сбоку; фиг. 3, 4, 5 - вид наиболее существенной части прибора в разрезе, спереди и сзади; фиг. 6-16 - детали прибора; фиг. 17-19 и 21-24 - видоизмененное устройство прибора; фиг. 20 - световой клин.

Прибор состоит из камеры 1 и рамы 2 (фиг. 2), в которой он помещается, и опускается под поверхность воды на тросе, пропущенном через счетчик, прикрепленный на шлюпбалке. Несущая прибор рама имеет форму сигары и прикрепляется обоими концами к тросу, причем трос огибает раму, проходя сначала сквозь открытый углубленный канал в верхнем большом фланце, и закрепляется там винтом 13; сбоку он обходит раму сквозь спиральные петли 18, 19, 20, 21 и внизу закрепляется винтом 15 (фиг. 1). Такая форма рамы и такой способ прикреплений гарантируют наилучшую обтекаемость при погружении и хорошую центрировку и устойчивость всего прибора в вертикальном положении, что является основным условием правильности его работы.

Наиболее существенная часть прибора (фиг. 3, 4, 5) состоит из герметически закрытой коробки с крышкой позади и с прямоугольным окошечком в верхней передней части прибора, закрытым кварцевой пластинкой или стеклом. Снаружи против окошечка к двум параллельным пластинкам 31 прикреплена открытая прямоугольная коробка 23 с зеркалом 24, расположенным под углом в 45° к окошечку. Верхняя сторона коробки открыта и лучи света, падающие на поверхность воды и проходящие под воду, отражаются внутри прямоугольной коробки с зеркалом под прямым углом, проходя через окошечко внутрь прибора. Между зеркалом и окошечком расположен затвор прибора, действующий на основе силы тяжести и состоящий из пластинки 6, закрывающей надежно окошечко при помощи хорошо подогнанных и пришлифованных продольных и поперечных зазоров, из рамки 14 и груза 22. Непосредственно против окошечка внутри прибора укреплен сенситометрический нейтральный серый желатиновый клин 25. На поверхности клина наложены две полоски - светофильтры с промежутком между ними, а самый клин разграфлен в поперечном направлении.

Луч света, пройдя окошечко и клин, непосредственно попадает на кинопленку, которая протянута между валиками 26 и 27 и проходит против окошечка сквозь роликовые установки 32 и 33. Пленка намотана вместе со стальной лентой 30 счетчика 36 и проходит также перед круглым окошечком счетчика между роликами 34 в изолированном от света проходе 35, соединяющемся с отверстием счетчика, находящимся в крышке прибора, изолированным от света тубусом. В стальной ленте счетчика вырезаны цифры, подчеркнутые тонкой черточкой разреза, для отделения кадров после их проявления. Наматывается и разматывается светочувствительный панхроматический кинофильм при помощи ключей 28 и 29, заложенных под герметически завинчивающимися крышками 42 и 42. Для зарядки прибора светочувствительной пленкой открывается задняя большая крышка прибора 43 (фиг. 5), привинчивающаяся к прибору клапанами 44, 58, 59, 60. Ключи валиков, между которыми закреплена стальная лента счетчика, немного выдергиваются для того, чтобы снять оси валиков с противоположно направленных стопоров, и фильм прикрепляется у одного из валиков к ленте счетчика, намотанной до отказа на этот валик, после чего фильм с лентой перематывается до отказа на противоположный валик, потом закрепляется на ленте в вынутом положении другой конец фильма и оба валика с натянутой лентой и пленкой опускаются на стопоры. Благодаря этому пленка и лента все время будут находиться в натянутом состоянии в закрытом и готовом к действию приборе и могут перематываться только в одном направлении и, кроме того, стопоры не позволяют ослаблять напряжения, благодаря чему пленка все время сохраняет параллельную плоскость по отношению к окошечку. Рядом с окошечком в крышке камеры 43 имеется круглое отверстие счетчика 36, закрытое слабо оранжевым стеклом, поверх которого привинчено рубиново-красное стекло и вся система закрыта герметически металлическим колпачком на винте. Счетчик действует следующим образом. Отвинтив колпачок, сквозь рубиновое и оранжевое стекла можно наблюдать очередной номер кадра на стальной ленте, без риска испортить пленку светом. Отвинтив затем и открыв на некоторое время рубиновый колпачок, освещают пленку (так как номера на стальной ленте сквозные), что при проявлении даст запись номера и линию отреза экспонированного под водой кадра. Самый кадр должен представлять фотометрическую запись действия света или фотограмму света, прошедшего сквозь сенситометрический клин. Плотность отдельных частей клина заранее должна быть исследована, равно как и процент поглощения света зеркалом и окошечком. Имея эти данные и зная степень светочувствительности пленки, нетрудно определить силу света под водой, что и является назначением прибора.

Действие механизма затвора целиком основано на силе тяжести и взаимодействии отдельных частей прибора и рамы. Опустив прибор под воду на желаемую глубину, прикрепляют к тросу груз-почтальон 57 (фиг. 10) и, заметив время по секундомеру, опускают его свободно падать вдоль троса. Почтальон, долетев до прибора, ударяет в бойник 7 (фиг. 1 и 6), проходящий внутрь рамы и скрепленный с пружиной 47, свободно лежащей на перекладине 3 под головками 48. Под нажимом бойника 7 пружина 47 на короткий промежуток времени расправляется, концы ее, свободно скользящие в прорезах под головками 48, расходятся в стороны. Благодаря этому выступы пружины 61 (фиг. 7), скользящие под неподвижными пластинками 49, тоже расходятся в стороны и освобождают таким образом лежащие на них выступы 39 рамки 14 (фиг. 4 и 12). В силу тяжести затвор падает и открывает окошечко прибора. Стремясь сомкнуться вновь в силу обратного действия той же пружины, выступы 61 скользят по краям падающей рамки, края которой постепенно расширяются кверху до уровня ее выступов 39 и вновь смыкаются поверх рамки 14. Этим смыканием наверху выступы 61 не дают рамке во время, экспозиции подпрыгивать вверх от колебаний троса, которые возможны при волнении на поверхности воды и качке коробля. Одновременно под действием той же пружины 47 прижимается конец рычага 50 (фиг. 8), расположенного позади на выступе 62 перекладины 3. Противоположный конец этого рычага загнут и лежит в покойном состоянии в углублении выступа 62. За этот изгиб рычага захлеснута петля шелкового шнурочка, на котором висит груз-почтальон 57, расположенный на тросе ниже первого прибора и предназначенный для приведения в действие бойника 7 ниже прикрепленного второго прибора. Спускаясь вниз под давлением прогибающейся пружины 47, конец рычага, свободно скрепленный с нею (с бойником 7 пружина скреплена тоже свободно), тем самым приподнимает противоположный конец рычага, освобождая петлю шелкового шнурочка, и груз 57 летит вниз и открывает затвор следующего прибора. Этим достигается почти одновременно открывание затворов целой серии приборов, расположенных один за одним на одном тросе на разных глубинах.

Закрывание затвора освовано на действии силы тяжести, изменении точки опоры прибора и опрокидывании прибора. Прибор 1 заряженный светочувствительной пленкой с затвором, запертым на предохранительные крючки 63 (фиг. 4), закладывается в раму 2 осями 37 и 38 в углубление фланцев 9, 10, причем выступы 39 рамки 14 попадают поверх выступов 61. Перед опусканием в воду предохранительные крючки 63 открываются. В среднем фланце 10 оси прибора запираются простыми застежками.

В верхнем и нижнем фланце имеются особые пружинные приспособления для освобождения и запирания оси 37, перекидывающейся с верхнего 9 на нижний 11 фланец и для автоматического опускания груза, закрывающего затвор следующего ниже расположенного прибора. При закладывании верхней оси 37 в углублении верхнего фланца 9 отгибается пластинка 54 (фиг. 14), скрепленная с пружиной 53, расположенной под отражателем, являющимся частью муфты 52. Пластинка имеет внизу крючкообразный загиб, входящий в небольшое углубление фланца 9. Пружины 53, прижимающие пластинку 54 к фланцу 9, прикреплены своими верхними концами к системе рычагов 16, скрепленных, в свою очередь, с бойниками 8, расположенными в верхнем большом фланце рамы по сторонам бойника 7 (фиг. 11). Пружина 53, поддерживая, таким образом, верхним концом системы рычагов 16, одновременно прижимают пластинки 54. Груз-почтальон 58 (фиг. 9), пущенный вниз с палубы по тросу, так же как и почтальон 57 перекрывает первого почтальона и бьет по бойникам 8 через систему рычагов, нажимающих на пружину 53, которые, опускаясь вниз, выходят из-под отражателей на расстояние, равное длине пластинок 54 (фиг. 14, 15), и переводят крючки пластинок на нижние малые углубления фланца 9. Время между опусканием почтальона 57 и почтальона 58 отсчитывается по секундомеру и является измерением экспозиции фотограммы.

Благодаря сдвигу вниз пластинок 54 ось 37 освобождается и прибор остается скрепленным с рамой только нижними своими осями 38 на среднем фланце 10. Вследствие этого равновесие системы временно нарушается и прибор падает вниз, поворачиваясь около оси 38 (фиг. 2).

Одновременно совершает падение и затвор прибора теперь уже в обратном направлении и закрывает окошечко прибора.

В нижнем фланце 11, куда попадает верхней осью переворачивающийся прибор 1, устроено приспособление, несколько напоминающее по своей конструкции карабин на ремне охотничьего ружья или рюксака (фиг. 16). Около углубления фланца 11, куда должна попасть при повороте и падении ось 37, расположен рычаг 56, закрывающий верхним плечом ход в углубление и имеющий в нижнем противоположном плече штифтик, погруженный в небольшое углубление во фланце. Равновесие рычага поддерживается пружиной 55. Ось прибора 37, ударяясь с большой силой инерции в верхнее плечо рычага 56, легко преодолевает сопротивление пружины 55 и, отжав плечо рычага, проскакивает в гнездо. Одновременно при этом приподнимается нижнее плечо рычага, штифтик выскакивает из маленького углубления и с него соскальзывает петля шелкового шнурка, который поддерживал почтальон 58, предназначенный для приведения в действие аналогичного механизма, закрывающего затвор нижнего следующего прибора. Рамка затвора 14 при повторном падении вместе с затвором заводит свой крючкообразный выступ 51 (фиг. 13) за поперечную нижнюю перекладину 5 рамы 2, что вполне гарантирует затвор от случайных открываний при подъеме и при волнении на поверхности воды.

В видоизмененной форме прибор служит, так же как и гидрофотометр, для определения силы света под водой. Разница в назначении этих приборов заключается в том, что фотометр должен служить для массовых ориентировочных работ, а спектрограф - для более углубленных, подробных и точных определений. Таким образом, оба прибора как бы дополняют друг друга. Из этого вытекает и разница в их устройстве: первый работает на кино-пленке, а второй - на пластинке. Несущая камеру рама и затвор у гидроспектрографа имеют точно такое же устройство, как и у гидрофотометра.

В видоизмененной форме камеры для работы в качестве спектрографа прибор состоит из прямоугольной коробки 71 с шарообразными вздутиями на верхнем 72 и нижнем 73 концах (фиг. 17, 18 и 19).

В передней части шары имеют углубления для пропускания скользящей рамки затвора 82-83. Свет, улавливаемый прибором, попадает сначала на дифракционную решетку 81 Роулэнда, заключенную в открытой коробке 80, или на призму, вложенную в ту же коробку. Разделившись на лучи разных длин волн, он пойдет далее через окошечко 84 внутрь камеры и, прежде чем попасть на пластинку 87, покрытую панхроматической фотоэмульсией, он должен пройти через сенситометрический клин 85, градация плотности которого идет перпендикулярно к расположению полос спектра. Сенситометрическая шкала 90 и спектроскопическая шкала 91 расположены на клине под углом 90° по отношению одна к другой (фиг. 20). Камера герметически закрыта сзади крышкой 88, привинченной клапанами 89, и сидит в раме на осях 74 и 75. Шары заключают в себе приспособление, компенсирующее внешнее давление воды на камеру прибора.

Внутри каждого шара имеется по резиновому баллону 77 и 79, соединенному с водными трубками 76 и 78, направленными концами вниз. Воздух в этих баллонах по мере погружения прибора на глубину раздувает их от наружного давления и компенсирует внешнее давление на камеру противодавлением изнутри камеры. При переворачивании прибора под водой баллоны частично затопляются, а после извлечения на палубу вода самотеком выходит обратно.

С целью лучшей работы почтальонов последние можно делать одинаковыми, наиболее удобообтекаемой формы с пружинным запорным пояском, прикрепленным посредине. На фиг. 22 изображен почтальон 92. Его детали - вкладной канал 93, поясок 94, прорезь пояска 95 и петля 96.

При переходе на единообразный почтальон следует изменить также и. схему действия бойников 7-8 (фиг. 1), и их конструкцию в верхней части, принимающей удары почтальонов.

В бойнике 7 введена крестовинка 67 и добавочная спиральная пружина 64 для усиления отдачи вверх после удара первого почтальона. В бойнике 8 введена новая полупружинная схема площадки, принимающей удар почтальона. Эта площадка состоит из подпирающей пружинки 65 и скользящей по вершине стержня 8 пластинки 66.

Перед опусканием прибора в воду перекладинка 67 бойника 7 находится под пружинами 65.

После удара первого почтальона в бойник 7 пружины 47 (фиг. 6) и 64 подбрасывают обратно стержень бойника, и крестовинка 67, разведя в стороны пружинки 65, попадает поверх пластинок 66. Таким образом, удар следующего почтальона приведет в действие бойник 8.

С целью устранения изолирования внутренней части камеры от попадания в нее воды при больших глубинах можно применять коленчатую камеру с атмосферным воздухом внутри, прикрепленную к крышке камеры прибора. Эта камера 97, сидящая на крышке 43 (фиг. 5), открыта с нижнего конца 98 вниз, а с другого конца 99 - внутрь прибора. Таким образом получается нечто в роде водолазного колокола, который при переворачивании прибора под водой не может полностью быть залитым. Эта камера, создавая воздушное противодавление изнутри прибора, не допускает в то же время, в силу своего коленчатого строения, проникновения света и воды внутрь прибора.

1. Прибор для определения количества света, проникающего в воду на различные глубины, отличающийся применением установленных и укрепленных вдоль опускаемого в воду троса в рамах 2 камер 1, в которых против застекленного и прикрытого затвором 6 отверстия перед перематываемой с одного из барабанов 26 или 27 на другой светочувствительной пленкой помещен нейтральный серый клин 25 (фиг. 1-5).

2. В приборе по п. 1 применение затвора 6, устроенного открывающимся под действием собственного веса и веса соединенного с ним груза 22 при ударе посылочного по тросу груза 57 или 92 о стержень 7 и обратно закрывающимся под действием веса тех же частей при переворачивании камеры 1 вокруг оси 38 на 180° по освобождении запоров оси 37 и рамы при действии на тот же стержень 7 второго посылочного груза 58 или 92 (фиг. 1, 9 и 22).

3. В приборе по пп. 1 и 2 применение наматываемой на барабан 26 и 27, совместно с светочувствительной пленкой, тонкой стальной ленты 30 с трафаретами номеров кадров и их границы и трубки 36 для засвечивания через эти трафареты соответствующих мест пленки (фиг. 3).

4. В приборе по пп. 1 и 2 применение расположенного перед отверстием камеры под углом в 45° к передней стенке камеры зеркала 24 (фиг. 3).

5. Видоизменение прибора по п. 1, в случае определения спектрального состава света, отличающееся тем, что вместо зеркала перед отверстием камеры помещена или решетка Раулэнда 81 или призма, вместо светочувствительной пленки - такая же пластинка 87, а вместо нейтрального серого клина - нейтральный же клин 85, повернутый на 90° по сравнению с таким же клином по п. 1 и снабженный спектроскопической шкалой 91 (фиг. 17 и 20).

6. В приборе по п. 1 применение, для выравнивания давления воздуха внутри камеры 1 с наружным давлением среды, укрепленного на крышке 43 камеры и соединенного с полостью последней резервуара 97, имеющего внутри ряд параллельных перегородок, поочередно не доходящих до верхней и нижней стенок камеры, и снабженного в нижней части открытой трубкой 98 (фиг. 23 и 24).

7. В приборе по п. 5 применение, для выравнивания давления воздуха внутри камеры с наружным давлением среды, расположенных в шаровых придатках 72 и 73 камеры резиновых баллонов 77 и 79, полости которых соединены с выводными трубами 76 и 78.