Способ определения фазового состояния аэрозольной среды Советский патент 1978 года по МПК G01W1/00 

раз меньше соответствующей силы света углов рассеяния передней (YI н 2) полусферы и в десятки относительно углов рассеяния задней полусферы 4 {фиг. 1). Это предопределяет применение мощных (световой поток измеряется тысячами лм) источников света и высокочувствительных электронных и фотоэлектрических устройств, что значительно усложняет конструкцию и схему устройства и не позволяет решить задачу одновременного измерения жидких и кристаллических частиц в пределах реальных облачных спектров размеров.

Значительно снижает светотехнические характеристики устройства необходимость формирования поляризованного луча в осветительной системе с помощью специальных устройств, которые поляризуют лишь 30% падающего на них света.

Все это приводит к тому, что реально не может быть изменена вся область спектра размеров облачных частиц. Так, например, при использовании мощных световых потоков значительно повышается уровень фона, обусловливаемый субмикроскопическими частицами, постоянно взвешенными в воздухе при значительных концентрациях.

Особенные трудности возникают в этом случае при измерении жидких капелек, так как для несферических частиц, к которым относятся кристаллы, индикатрисса рассеяния имеет несколько иной вид. В частности в области углов 90° значение силы рассеиваемого света несколько больше, чем для сферических прозрачных частиц при прочих равных условиях.

Таким образом, отмеченные недостатки существенно ограничивают область спектра измерения частиц и не позволяют на основе одного фотоэлектрического датчика осуществлять измерения как жидких, так и кристаллических частиц.

Цель изобретения - повышение точности определения фазового состояния аэрозольной среды.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу среду облучают неполяризованным светом, а регистрацию рассеянного излучения ведут под углом, соответствующим максимуму коэффициента поляризации для неполяризованного света.

На фиг. 1 показана индикатрисса рассеяния облачной капли; на фиг. 2 дан график зависимости коэффициента поляризации от угла рассеяния; на фиг. 3 приведены оптическая и функциональная схема устройства для осуществления способа.

В результате экспериментальных исследований с каплями облачных спектров (опыты проводились с каплями 1-2-10-15 мкм, 20- 100 мкм) была уточнена зависимость коэффициента поляризации от угла рассеяния при освещении естественным (не поляризованным) светом (фиг. 2). На кривой отмечаются два максимума: 30° при направлении рассеяния в переднюю полусферу и 140° при направлении

в заднюю. Максимум поляризации в направлении 140° соответствует области первичной радуги, когда поляризация определяется внутренним отражением в каплях при углах, близких к углам Брюстера. Как следует из графика значение коэффициента поляризации в этом случае достигает 67%.

Так как применительно к облачным частицам явление радуги при указанных выше углах определяется только жидкими каплями (в практике авиационных метеорологических работ применяется оценка фазового состояний облаков на основе оптических явлений «венцы), то это обстоятельство может быть

использовано для автоматической идентификации фазы измеряемого облачного элемента и «сепарирования сигналов по фазовому признаку при значительно лучших светотехнических характеристиках, так как в направлении первичных радуг сила света, рассеиваемого каплей, значительно выше, чем в направлении 90°, а также осуществлена замена неэффективного поляризованного луча неполяризованным.

5/ Устройство содержит источник 1 света, конденсор 2, трубку 3 для движения аэрозоля, объектив 4 приемной оптической системы, светоделительную призму 5, поляроиды 6 и 7, фотоумножители 8 и 9, электронный узел 10

0 идентификации сигналов, электрическую схему 11 регистрации капель и аналогичную схему 12 регистрации кристаллов.

Источник 1 света и линза 2 формируют неполяризованный луч света, который освещает

5 некоторую часть пространства внутри трубки 3. Облачные частицы, пролетающие через трубку, вызывают световые вспышки, улавливаемые объективом 4. Объектив 4 направляет световой поток на светоделительную призму 5,

0 с номощью которой происходит его деление на примерно две равные части, направляемые к поляроидам 6 и 7.

Ноляроид 6 выделяет линейно-поляризованную составляющую, электрический вектор ко торой колеблется в плоскости наблюдения, а

поляроид 7 - составляющую, электрический

вектор которой колеблется перпендикулярно

к плоскости наблюдения.

Фотоумножители 8 и 9 преобразуют соответствующие поляризованные компоненты (в виде отдельных световых вспышек) в электрические импульсы, амплитуды которых содержат сведения о величине соответствующей поляризованной компоненты рассеянного час5 тицей светового потока.

С помощью узла 10 идентификации по каждой паре синхронных импульсов, обусловленных одной и той же частицей, оценивается

коэффициент поляризации и формируется импульс идентификации в соответствии с фазой пролетевшей частицы. На основе логических схем совпадения с помощью импульсов идентификации осуществляется раздельная регист5 рация числа импульсов по каналу капель

(схема 11 регистрации) и каиалу кристаллов (схема 12 регистрации).

Таким образом, по предлагаемому способу по сравнепию с известным примерно на 70% мощность светового потока, освещающего рабочую камеру, больше при использовании однотипных источников света за счет отсутствия поляризатора и в 15-20 раз больше уровень сигнала от капли одного и того же размера за счет использования более эффективного участка индикатриссы рассеяния.

Благодаря этому повышаются светотехнические характеристики и обеспечивается возможность раздельной регистрации концентрации капель и кристаллов, а также расширяется диапазон регистрируемых частиц.

Проведенные лабораторные испытания показали, что на основе предлагаемого способа возможна раздельная регистрация концентрации облачных частиц в следующих интервалах: капли 8-30 мкм, кристаллы 5-200 мкм.

Формула изобретения

Способ определения фазового состояния аэрозольной среды, например облаков и туманов, основанный на облучении среды и измерении коэффициента поляризации рассеянного средой излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, среду облучают неполяризованным светом, а регистрацию рассеянного излучения ведут под углом, соответствующим максимуму коэффициента поляризации для неполяризованного света.

Источники информации, лрикятые во внимание при экспертизе

1.Шулейкин И. Физика моря. Изд-во АН СССР, 1959, с. 62.

2.Авторское свидетельство СССР №344395, кл. G01W 1/00, 1972.