Устройство для исследования оптических неоднородностей морской воды Советский патент 1981 года по МПК G01N21/41 

I

Изобретение относится к оптическ4 му приборостроению и может быть использовано для анализа неоднород- иостей показателя преломления морской воды.

Известны устройства для исследования оптических неоднородностей воды, родержащие осветитель и фотоэлектрический преобразователь излучения 11.

Однако такие устройства не обеспечивают одновременного измерения пульсещий параметрой морской воды.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для исследования оптических неоднородностей морской воды, содержащее осветитель, световую диафрагм5 коллиматорный объектив, фотоприемни и защитное зеркало, установленное перед объемом для исследуемой среды. Для повышения точности и надежности результатов исследования в систему введена система контроля чувствительности, содержащая герметизирован ный корпус с двумя отверстиями для прохождения светового потока, приче в одном из отверстий установлена плоскопараллельная пластина, а в другом - объектив. -Вну/греннее пространство герметизированного корпуса соединено с дозирующим устройством, с помощью которого устанавливается фиксированное давление воздуха в герметизированном корпусе. Объем, заключенный между обращенными внутр корпуса поверхностями объектива и корпуса пластины, является воздушной линзой, оптическая сила которой за10висит от давления. Изменяя давление относительно атмосферного, в оптическую систему устройства вводят, таким образом, дополнительную линзу степень воздействия которой на вы-,

15 ходной сигнал определяет чувствительность устройства 2.

Однако при использовании иззаест- ного устройства в океанологических исследованиях оно не позволяет ис20следовать причины возникновения оптических неоднородностей морской воды, которые могут возникнуть вследствие пульсаций как ее температуры, так и солености. Поскольку

25 между неоднородностями показателя преломления, солености и температур имеется однозначная функциональная связь, то измерение пульсаций двух параметров из трех достаточно для полного описания явления. Между

30

тем, применение выносных термодатчиков или измерителей солености не цает возможности получить требуемую информацию, так как измерение этих параметров производится вне исследу эмого объема морской воды, а помещение этих датчиков в просмотровый .объем оптического прибора недопусти:МО ввиду искажений потока воды, вносимых выступающими частями этих датчиков .

; Цель изобретения - определение относительного вклада температуры в пульсации показателя преломления

: морской воды.

Указанная цель достигается тем, :что в устройстве для исследования оптических неоднородностей морской воды/ содержащем осветитель, защитное стекло, установленное после ;осветителя по ходу луча исследуемым объемом морской воды, фотоприеМник и систему контроля чувствительности связанную с фотоприемником, за защитным стеклом дополнительно расположены диафрагма, объектив и свето делительная пластина, за которой вдоль каждого из обоих направлений оптической оси помещены светофильтр 1И приемник излучения, например фото1диод, причем один из светофильтров выполнен с окном прозрачности в об|ласти спектральной линии стоксового рассеяния, а другой - в области антистоксового рассеяния. ; На чертеже схематично представле .один из вариантов принципиальной опЭтической схемы устройства для иссле дования оптических неоднородностей ;морской воды.

Устройство содержит осветит,ель 1 излучение которого проходит через диафрагму 2, головной объектив 3 и защитное зеркало 4 в исследуемый объем 5 морской воды. В рассматриваWOM варианте устройства исследуются неоднородности показателя преломления, поэтому исследуемый объем ограничен автоколлимационным зеркалом б. Световой пучок, вошедший в исследуемый объем, отклоняется от первоначального направления неоднородностями показателя преломления, отражается от зеркала б, вновь отклняется неоднородностями, проходит через защитное стекло 4 и собираете объективом 3 в фокальной плоскости. Зеркальная диафрагма 2 отражает луч отклоненные неоднородностями от первоначального направления, на приемник 7 излучения (неотклоненнцр лучи проваливаются в отверстие диафрагмы 2),

Система контроля чувствительности состоит из герметичного корпуса 8 и дозирующего устройства 9. При сжатии дозирующего устройства давление в герметичном корпусе 8 повышается, и возникает плосковогнутая

воздушная линза 10, отклоняющая световые лучи на фиксированные углы.

Если исследуются неоднородности распределения рассеивающих частиц в морской воде, то зеркало б не устанавливается, и на приемник 7 попадает излучение, рассеянное на этих частицах (в заданном телесном угле),

За защитным стеклом 4 расположены диафрагма 11 и объектив 12, оптические оси которых пересекают исследуемый- объем 5, благодаря чему на объектив 12 падает часть рассеян-, ного излучения, возбужденного зондирующим световым потоком, который направляется в объем 5 объективом 3, Среди составляющих рассеянного излу, чения имеются стоксова и антистоксова компоненты комбинационного рассеяния ,,(КР), соотношение .между интенсивностями которых несет информацию о температуре воды.

За объективом 12 помещена светоделительная пластина 13, разделяющая световой поток по двум направлениям, вдоль каждого из которых установлены узкополосные светофильтры 14 и 15,и фотоумножители 16 и 17. Выходы фотоумножителей 16 и 17 соединены через аналого-цифровые преобразователи.18 и 19 с элементарным цифровым вычислителем 20 температуры морской воды. Все устройство заключено в обтекаемый корпус 21, рассчитанный на погружение на требуемую глубину. Светофильтр 14 имеет окно прозрачности , в области спектральной линии стоксовского рассеяния, а светофильтр 15 в области антистоксовского рассеяния

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Корреляционные характеристики измеряемых величин - температуры (Т) i ;и показателя преломления (п) опредедяются соотношением

п Пл + aS + ЬТ + cST

(1)

где njj 1,3327 - показатель преломления дистиллированной воды; а 1,94 X (/оо)- )

b -2,2 X 10 (град-)/ с -5,0 X (о/оо град) S соленость воды (о/оо). Из соотношения (1) следует, что между величинами Т -имеется, тесна корреляционная связь. При этом на основании измерения двух параметров (п и Т) из трех-(п, Т и S) с использованием соотношения (1) появляется возможность изучать относительный вклад солености и температуры в флук туации показателя преломления морской воды. Электрические сигналы от каждого из каналов поступают через (айалого-цифров.ые преобразователи 18 и 19 на электронно-цифровой вычислитель, который берет отношение напряжений, пропорциональных интенсивностямстоксовой и антистоксовой компонент КР, и вычисляет температуру