Фотометр Советский патент 1980 года по МПК G01J1/04 G01N21/00 

Изобретение относится к области исследования параметров дисперсных сред с помощью оптических методов и может быть использовано, например, в океанологии для измерения непрерывного горизонтального профиля прозрачности морской воды и определения концентрации взвеси в ней. Известны погружаемое фотометры для измерения прозрачности (мутности) воды по ослаблению прямого пучка света содержащие корпус, источник и приемник излучения, модулятор, оптические элементы, расположенные внутри и вне корпуса, для коллимации излучения, вывода его в исследуемое пространство и возвращения на приемник 1j. Такие фотометры непригодны для измерения горизонтального профиля прозрачности из-за влияния на результат измерения турбулентности воды, возникающей при движении прибора. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотометр, содержаший герметичный контейнер с иллюминаторами, средства буксировки и заглубления, в котором расположены источник излучения, приемник oj&oaTHO рассеянного излучения с при--;...-.- V ёмной коллимирующей системой, электронный блок и регистратор 2. Недостатком известного фотометра является то, что применение его ограничено измерением только объемной концентрации частиц, размеры которых меньше длины волны облучающего пучка света (релеевское рассеяние). Большинство же природных дисперсных сред (аэрозоль, гидрозоль) содержат частицы размером много больше длины волны и рассеяние света на них не подчинается закону Релея. Другим недостатком фотометра является то, что он поз.во-. ляет лишь оценить относительную проз-. рачность среды с невысокой точностью, обусловленной неоднозначной зависимостью велич:ины обратного светорассеяния от параметров дисперсных сред. Парс1метры природных дисперсных сред - концентрация, показатель преломления, спектр размеров - обычно весьма существенно меняются в пространстве и во времени. . - Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей. Постав-...у ленная цель достигается тем, что в фотометр введены вторая приемная коллимйрую111ая система, подвижные зеркала7 Установлен1 ые в Ьптическом тракте обейХпрйемных коллимирующих систем и вращающийся обтюратор, при

этомбйтичёские оси приемных коллимирУйщйх систем пересекаются в среде под равными углами с оптической осью источника излученияi образуя разные расстояния до исследуемого объема. На чертеже изображена схема фотометра.

Фотометр содержит источник 1 направленного излучения 2 (например, длиннофокусные объективы с малым полем зрения), воспринимающие рассеянный свет 5 и 6 от исследуемого объема 7, отражающие подвижные зеркала 8 и 9 йля изменения Направления оптических осей приемных систем в среде, ёращакадийся обтюратор 10, диафрагму 11, фотоприемник 12 (например, фотоэлектронный умножитель) и электронный блок 13, включающий в себя cxei iy логарифмирования , усилия и вычитания (на чертеже не показаны) . Все эти элементы помещены в герметичный контейнер 14, с защитными иллюминаторами 15-17. Снаружи контейнера расположены средства для заглубления 18, для буксировки 19 устройства ниже водной поверхности 20 и резистор 21.

Фотометр работает,следующим образом.

света от монохроматического источника 1 направляется через защитный иллюминатор 16 в воду. Свет обратно рассеянный частицами, находящимися в исследуемом объеме 7, улавливается приемными коллимирующими системами 3 и 4 р и направляется в диафрагму 11, за которой установлен фотоприемник 12. Оптические оси приемных лучей 5 и .6 пересекаются в воде с оптической осью пучка 2 под углом Q при этом длина хода лучей 5 и 6 в воде различна и равнасоотвётегтвенно LI и L2.. Регулировка отражающих подвижных зеркал 8 и 9 позволяет получать одинаковые углы пересечений для обоих приемных лучей 5 и 6 и удалять исследуемый объем воды 7 на различное расстояние от контейнера 14 (точки А, Б соответствуют различному поожению исследуемого объема).

Вращающийся обтюратор 10 тюочередно прерывает лучи 5 и 6, в результате чего фотоприемник (ФЭУ) 12 вырабатыает импульсы фототока i к , про-.

норвдональные величинам рассеянных объемов 7 световых потоков, ослабенных на пути LI и 1г. Импульсы фортока с фотоприемника 12 поступают электронный блок.13 на схему логаифмированйя, усиления и вычитания.

Блок 13 SiEflaeT Вйгнйл,прЬ.пбЩйональный показателю ослабления, который оступает по буксировочному кабельтросу 19 на регистратор 21. Рёгйстратор фиксирует горизонтальный профиль показателя ослабления воды.

Импульсы фототока i , г связаны с параметрами воды следующими выражениями:

-IL,

з(у-а)

Lt

К - коэффициент пропорциональности; - показатель ослабления

й водой

J. интенсивность рассёянтного под углом (ЗГ-в) излучения от объема 7, зависящая от показателя рассеяния в этом направлении.

казатель ослабления воды, опре-. тся из указанных формул выраже; Т b-CktV

5 - L г.V t., J

. L,-L,

из которого ВИДНО, что показатель ослабления воды пропорционален разности (п1, -fniy ) и не зависит от величины

:j{7r-9)

Для получения абсолютных значений показателя ослабления фотометр предварительно градуируют по эталонам мутности с известным ослаблением света.

Использование данного фотометра позволяет повысить точность измерения прозрачности морской воды, поскольку уменьшается влияние турбулентности на ослабление света. Кроме этого, повышение точности достигается выбором оптимальных условий измерений (например, обеСпёченйём максимального отношения сигнала к шуму) в водах различной мутности и при различных скоростях буксировки. Это достигается за счёт перемещения подвижных зеркал, обеспечивающих измерения по объему, находящемуся запределами возмущенной области воды.

Формула изобретения

Фотометр, содержащий герметичный контейнер с иллюминаторами, средства буксировки и заглубления, в котором расположены источник излучения, приемник обратно рассеянного излучения с приемной коллимирующей системой, электронный блок и регистратор, о тличающййся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения функциональных возможностей, в фотометр введены вторая приемная коллймйрующая система, подвижные зеркала, установленные в оптическом тракте обеих приемных КОЛЛИМИРУЮЩИХ систем, и вращающийся обтюратор, при этом оптические оси приемных коллимирукидих Систем пересекаются в среде -под равными углами с оптической осью

источника излучения, образуя разные расстояния до исследуемого объема.

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 175271, кл. G 01 J 1/04, 1968.

2.Патент США № 3528743, кл, 356-104, 1969 (прототип).

«