Устройство для исследования оптических неоднородностей морской воды

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ МОРСКОЙ ВОДЫ, содержащее последовательно установленные вдоль оптической оси осветитель , оптическую систему визуализации флуктуации показателя преломления , защитное стекло, зеркгшо и фотоприемник , оптинески связанный с системой визуализации флуктуации показателя преломления, а также расположенную под углом к оптической оси светорегистрирующую систему, отличающееся тем, что, с целью повьшения его чувствительности,светорегистрирующая система выполнена в виде последовательно расположенных диафрагмы , объектива, светофильтра с окном прозрачности в области длин волн 2-14 мкм и приемника излучения, имеющего максимальную чувствительность в области длин волн 8-10 мкм, причем защитное стекло выполнено из материала , прозрачного в видимой и инфра (/) красной областях длин волн, а выходы фотоприемника и приемника излучения соединены с выходом вычислительного устройства.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

CNNVHt

РЕСПУБЛИК

69) (11) 4.(б1) G 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3539043/24-25 (22) 11. 01. 83 (46) 07.01.85. Бюл. В 1 (72) А.Н. Королев, Э.И. Красовский, В.В. Лукаш, Б.В. Наумов, В.И. Поварков, В.M. Самков и В.И. Соловьев (53) 535.36(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 746260, кл. С 01 N 21/46, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

В 857798, кл. С 01 N 21/41, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ МОРСКОЙ

ВОДЫ, содержащее последовательно установленные вдоль оптической оси осветитель, оптическую систему визуализации флуктуаций показателя преломления, защитное стекло, зеркало и фотоприемник, оптически связанный с системой визуализации флуктуаций показателя преломления, а также расположенную под углом к оптической оси светорегистрирующую систему, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения его чувствительности, светорегистрирующая система выполнена в виде последовательно расположенных диафрагмы, объектива, светофильтра с окном прозрачности в области длин волн

2-14 мкм и приемника излучения, имеющего максимальную чувствительность в области длин волн 8-10 мкм, причем защитное стекло выполнено из материала, прозрачного в видимой и инфракрасной областях длин волн, а выходы фотоприемника и приемника излучения соединены с выходом вычислительного устройства.

1 113.35

Изобретение относится к оптическому океанологическому приборостроению, а именно к зондирующей аппаратуре, применяющейся для измерения параметров морской воды, и может использоваться в целях диагностики характера и происхождения океанической микроструктуры морской воды при проведении океанологических исследований. 10

Известно устройство для исследования оптических неоднородностей, в том числе, морской воды, состоящее из оптической системы визуализации и фотоприемника, соединенного с регистрирующим прибором (1) . .Недостатком устройства являются невозможность исследования связи оптических неоднородностей с темпера турными, что необходимо для проведе- 20

:ния конкретного анализа параметров изучаемой микроструктуры.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для исследования оптических р5 неоднородностей морской воды, содержащее последовательно установленные вдоль оптической оси осветитель, оптическую систему визуализации флуктуаций показателя преломления, защит- 30 ное стекло, зеркало и фотоприемник, оптически связанный с системой визуализации флуктуаций показателя преломления, а также расположенную под углом к оптической оси светорегистрирующую систему, содержащую диафрагму, объектив. Причем перед объективом установлены светоделительная пластина, фотоприемник, второй фотоприемник и светофильтр. При этом фотоприемники соединены с аналого-цифровыми првобразователями. Один из светофильтров выполнен с окном прозрачности в области спектральной линии стоксового рассеяния, а другой — в области анти-4 стоксового (21 .

Недостатком известного устройства является невозможность исследования тонких термохалинных структур, поскольЖу такие структуры характеризуются пе-. S0 репадами температуры порядка сотых долей градуса, а данное устройство позволяет оценивать вклад температуры в пульсации показателя преломпения с погрешностью лишь порядка одного гра-SS дуса. .Цель изобретения — повышение чувствительности до уровня, позволяющего измерять высокочастотные температурные возмущения визуалируемой микроструктуры.

Поставленная цель достигается тем,, что в устройстве для исследования оптических неоднородностей морской воды, содержащем последовательно. установленные вдоль оптической оси осветитель, оптическую систему визуализации флуктуаций показателя преломления, защитное стекло, зеркало и фотоприемник, оптически связанный с системой визуализации флуктуаций показагеля преломления, а также расположенную под углом к оптической оси светорегистрирующую систему, последняя выполнена в виде последовательно расположенных диафрагмы, объектива, светофильтра с окном прозрачности в области длин волн 214 мкм и приемника излучения, имеюще-.. го максимальную чувствительность в области длин волн 8-10 мкм, причем защитное стекло выполнено из метариала,прозрачного в видимой и инфракрасной областях длин волн; а выходы фотоприемЪ" ника излучения соединены с входом вйчислительного устройства.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит осветитель 1, оптическую систему 2 визуализации флуктуаций показателя преломления,защитное стекло 3, зеркало 4, фотоприемник-.5, светорегистрирующую систему, содержащую диаграму 6, объектив 7, светофильтр 8, приемник 9 излучения и вычислительное устройство 10. Формируются два оптических канала, устайовленн х в одном жестком корпусе 11 таким образом, чтобы обеспечить возможность регистрации через защитное стекло флуктуаций показателя преломления внутри исследуемого объема воды (первый канал) и флуктуаций температуры на поверхности исследуемого объема, прилегающей к защитному окну (второй канал).

Конструкция и принцип действия первого оптического канала аналогичны соответствующему каналу в известном устройстве. В качестве оптической системы визуализации флуктуаций показателя преломления можно использовать как теневую, так и рефрактометрическую системы.

Во втором оптическом канале используется новый принцип измерения

Составитель В. Калечиц

Техред A.Êèêåìåçåé Корректор:С. Черни

Редактор А. Шишкина

Заказ 9943/36 Тираж 898 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 11335 флуктуаций температуры морской воды, состоящий в том, что регистрируется не рассеянное излучение в видимой области спектра и по нему вычисляется температура (как в известном уст.ройстве), а регистрируется собственное излучение морской воды (ИК-область спектра). Отсюда и значительно большая точность определения перепадов температур. 1Î

Область максимальной чувствительности приемника излучения выбрана исходя из максимума излучения абсолютно черного тела в диапазоне температур воды Мирового океана 275300 К (степень черноты воды 0,96), приходящегося на область 8-10 мкм (согласно закона излучения Планка) .

Ближняя граница (2 мкм) окна прозрачности ИК-светофильтра определя- 20 ется условием непропускания светового потока от осветителя 1 первого канала и возможностями оптимальной технологии изготовления оптики, дальняя (14 мкм) — воэможностями оптимальной 5 технологии.

Устройство работает следующим об.разом.

Излучение от осветителя 1 через оптическую систему 2 визуализации флуктуаций показателя преломления и защитное стекло 3 проходит в исследуемую среду и отражается от зеркала 4.

Фотоприемник 5 вырабатывает сигнал, пропорциональный флуктуациям показа3S теля преломления д И; Собственное излучение поверхности анализируемого объема морской воды, прилегающей к защитному стеклу, проходит через защитное стекло 3, диафрагму 6, объектив 7, светофильтр 8, поступает на приемник

9 ИК-излучения, который вырабатывает электрический сигнал, пропорциональ-. ный температурным возмущениям морской воды.

Сигнал с приемника излучения поступает на вычислительное устройство 10, 09 4 где производится дальнейшая обработка информации.

Минимально обнаруживаемый перепад температур при этом вычисляется по где (ц — отношение сигнал/шум, 1 ц„ — пороговая чувствительность; — средняя температура морской воды;

a a — полоса пропускания усилителя;

d — диаметр объектива; о — угол поля зрения; ь д — коэффициент пропускания оптики, (" " 1 - относительная спектральная ширина полосы пропускания (для теплового приемника излучения она соответствует относительной величине раствора планковского распределения).

В частности, при использовании термисторного болометра с чувствительной площадкой 1 х 1 мм и выборе следу2 ющих.значений параметров (из практических соображений): .(Ь = 1ф„,= 2

Х10 Вт/Гц 2; 4 „,= 10 Гц, Т 300 К, э = 4 см, 8 = 6 = 0 ° 1222 рад1 опт =

= О, 5; (ann a) О, 12 — значение перепада температур будет равняться

Ь = 0,005 К.

Таким образом, предлагаемое устрой. ство позволяет значительно повысить точность регистрации перепада температур, что дает воэможность исследовать тонкие термохалинные структуры.

Кроме того, достигнуто уменьшение числа оптических элементов, что поэво.

; лило упростить конструкцию устройства.