Способ определения микроструктуры атмосферных дымок Советский патент 1981 года по МПК G01N21/25 

дисперсия структуры дымки может из менит вся. Цель изобретения - упрощение и удешевление способа. Поставленная цель достигается т что измеряют показатель ослабления дымки для двух длин волн Л2 из спектрального диапазона. Л 0,361,1 мкм, удовлетворяющих условию . , берут отношение двух измеренных значений показателей ос лабления и затем находят параметр л характеризующий микроструктуру дым .кй, из соотношения .) H-BCJL. где (Т (Л,) и ff ( - измеренные значения показателей ослабления на длинах волн Л и A-gj А, 8 и О - числовые коэффициенты, равный соответственно 1,87; 1,09 и 1,61.. Сущность изобретения поясняется следующим. На основе статистического анализ очень бол-ьшого числа эксперименталь ных данных -установлено, что в сухих атмосферных дымках над континентом Спектр размеров частиц характеризуется степенным распределением вида -л) dN{r) fc Сг d )д г, (2) где dN(r) - число частиц с радиусом в интервале от г до r+dr, С - HOpivM ровочный множитель, V- параметр, характеризующий ширину распределени и изменяющийся в пределах от 2,5 до 4 . . В распределении (2) константа связана с концентрацией частиц. Рас предел:ейие частиц по размерам полно тью определяется значением параметра 1) . С учетом распределения и концентрации частиц можно записать выр жение для показателя ослабления дым в виде, ( С1Г J (г,п,Эе,Л) г dr, где f. и Г2 - предельные размеры час.тиц, обычно принимаемые равными q 0,04 мкм, fi 10 мкм, k(r,n,3e,A) - фактор эффективности :о лаблени) для отдельной частицы, за.висящйй от радиуса частицы, длины воЛны излучения, а также от показа теля преломления п и показателя погло щения эг вещества частиц. Из опыта иззэёстно, что частицы естественного атмосферного аэрозоля практически не поглощают излучения в видимом и ближнем ИК-диапазонах длин волн (зг,-б(Э, &1) . Показатель преломления этих частиц может изменяться от 1,4 до : 1,9 Л Таким образом, значения показателя ослабления атмосферной дымки зависят от концентрации частиц, их распределения по размерам, показателя преломления и длины волны падающего излучения. В результате проведенных исследований показано, что отношение показателей ослабления, измеренных на двух длинах волн в интервале от 0,36 до 1,1 мкм практически не зависит от показателя преломления частиц. Об этом наглядно свидетельствует ход кривых на чертеже, где представлены зависимости от параметра отиошения показателей ослабления при Х, 0,4 мкм и Д.2 1 мкм для п 1,4, (кривая 1) и п 1,9 (кривая 2). Кривые идут, почти накладываясь одна на другую, различие соответствующих им значений отношений .1) не превышает 7-10%. Совокуп«Jjj Лг) Koctb этих значений для интересующел о нас интервала длин волн и набора значений параметра Л с погрешностью не более 8-10% выражается линейной зависимостью вида In 3( 5 аГдгде отношение показателей ослабления и его логарифм не зависят от неизвестного показателя преломления частиц; А, В и О - числовые коэффициенты, равные соответственно 1,87, 1,09 и 1,61. Таким образом, измерение отношения показателей ослабления для двух волн позволяет избежать основной трудности npHMeHffeNbJX в настоящее время способов определения микроструктуры атмосферных дымок, заключакадейся в угадывании показателя преломления вещества рассеивающих частиц. Решая (3) относительно 1, находим.. бЧМ. Как 6y4et показано ниже для большей информативности измерения показателей ослабления следует производить по воз 1ожвости на наиболее удаленных между собой длинах волн из указанного вьанё спектрального интервала-. : . Экспериментальные значения показателя ослабления, (в см. ), приведены в Табл. 1. Значе«1 Я параметра микроструктуы дымок , получ енные предлагаелым пособом, и результаты сравнения с езультатами известных работ, привеены в Табл.-2. Для .калклой из пяти серий измереий в первых Строках табл. 2 приведёны значения параметра микроструктуры дымки, полученные предлагаемым способом для пар длин волн, указанных в верхней части граф 3-7. Во вто рой и третьей строках табл. 2 для каж дой серии Измерений и для каждой па ры длин волн приведены S прО1дентрс1Х значения относительных погрешностей полученных значений 1) по сравнению с результатами известных работ. Анализ данных табл. 2.и других показывает, что наилучшее совпадение с результатами, топучённымк другими, более сложных методами, дают те пары длин волн, для которых отно шение -- не превышает 0, 5. В А2 Данном случае для А- t),4 .мкм и 1,04 мкм -4 0,385 (графа 3. для i 0,47 мкм л 1,04 мкм 0,452 (графа 4 ) ; для Д. 0,4 мкм и J.0,78 мкм -- 0,513 (графа 6). Для других пар длин совпадение несколько хуже. Как видно из табл. 2 для всех рассмотренных случаев пог решность определения V предлагаемым способом не превышает 10%. А при использовании измерений для пар дли волн, удовлетворяющих условию -г- 0,5, погрешность не превышает А-г 7-3%. Следует подчеркнуть, что в табл, приведены результаты обработки экспериментальных данных для различных типов осенних, зимних и весенних дымок. Независимо от их типа, абсолнзтных значений показателей ослабления и условий эксперимента, результаты во всех случаях не хуже результатов, полученных более сложным методом оптимальной параметризации и аце более сложным методом решения интегральных уравнений. При этом не делалось никаких пердположений относительно показателя преломления, вещества частиц дымки, что является совершенно необходимым и весьма существенным составным элементом обоих методов, с которыми проведено сравнение. Таким образом, погрешность способа ,не превышает погрешности других известных способов. Его преимуществами является простота, малое число измерений и независимость от неизвестного показателя преломления частиц- дымки.. Использование способа позволит обеспечить непрерывный экспрессный контроль состояния микроструктуры и трансформаций атмосферной дымки. Применение его значительно сокращает объем измерительных и вычислительных работ. Время получения данных о микроструктуре дымки сокращается в 12-15 раз по сравнению с методом оптимальной параметризации при той же точности результатов. В отличие от метода оптимальной параметризации предлагаемый способ не требует применения ЭВМ. Измерительная аппаратура также значительно проще.

27 апреля1,361,10 0,98 0,68 0,53

29 апреля0,460,38 0,31 0,23 0,169 13 ч. 00 мин.

18 сентябряО ЙОо, 170 0,140 О,, 110 0,088

13 января1,180,95 0/80 0,53 0,32 .13ч. 45 м...

29 сентябряЙ,:490,44 0,405 0,34 0,315 8 ч. 25 мин.

Таблица 1 Формула изобретения Способ определения микроструктуры атмосферных дымок, включающий.измере ния показ ател:Я ослабления излучения дымкой, отличающийся тем, что, с целью упрощения и удешев Ления способа, измеряют показатель ослабления дымки для двух длин волн Xi и Лг из спектрального диапазона Л 0,36-1,1 мкм, удовлетворяющих УСЛОВИЮ , 5, берут отношение двух измеренных значений ослабления и. находят параметр-, характеризующий микроструктуру дымки, ИЗ соотношения , .ft-.., - ,7i

Таблица2 где (j{ А-() и сг( Л) - измеренные значения показателей ослабления на длинах волн Д. и Л / А, В и D - числовые коэффициенты, равные соответственно 1/87; 1,09 и 1,61. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент «США № 3653767, кл. 356.102, опублик. 1972. 2.Патент США № 3770351, кл. 356.102, опублик. 1974. 3.Э.В Макиенко, Н.Э. Наац. Сб. Лазерное зондирование атмосферы, М., 1976 с.- 17 (прототип).

2.Q W W JfJ