Способ определения прозрачности оптической среды

 

Изобретение относится к оптическим измерениям. Цель изобретения - повьшение точности измерений прозрачности в быстроменяющейся оптической среде. Это достигается посьшкой в исследуемый участок среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом, равным частному от деления четырех длин исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде; с одинаковой длительностью , меньшей или равной половине периода посылки световых импульсов; с одинаковыми амплитудой и формой приема сигналов, отраженных установленными на границах измеряемого участка среды отражателями. Световые сигналы преобразуют в электрические, разделяют электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам от каждого отражателя, интегрируют каждый из выделенных сигналов с заданным временем, а искомый параметр определяют по отношению проинтегрированных сигналов. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (504 G J 1 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ASТ0РСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4177519/31-25 (22) 12.01.87 (46) 23.06.88. Бюл. 1Ф 23 (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения "Оптика"

СО АН СССР и Институт оптики атмосферы СО АН СССР (72) П.П.Ваулин, Б.Н.Денчик и P.Ø.Öâûê (53) 535.24:535;36(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(958927, кл. G 01 N 21/53, 1982.

Авторское свидетельство СССР

9 1318862, кл. G 01 N 21/53, 1986. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ

ОПТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к оптическим измерениям. Цель изобретения— повышение точности измерений прозрачности в быстроменяющейся оптической среде. Это достигается посылкой в исследуемый участок среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом, равным частному от деления четырех длин исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде; с одинаковой длительностью, меньшей или равной половине периода посылки световых импульсов; с одинаковыми амплитудой и формой приема сигналов, отраженных установленными на границах измеряемого участка среды отражателями. Световые сигналы преобразуют в электрические, разделяют электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам от каждого отражателя, интегрируют каждый из выделенных сигналов с заданным временем, а искомый параметр определяют по отношению проинтегриро- ванных сигналов. 2 ил.! 1404837 ?

Изобретение относится к оптическим измерениям и может быть использовано для измерения прозрачности воды, атмосферы и других жидких и газообразных оптических сред.

Целью изобретения является увеличение точности измерений прозрачности в быстроменяющейся оптической среде ° 1О

Когда в исследуемую среду, находящуюся между двумя отражателями, посылается световой сигнал в виде последовательности импульсов с периодом, равным 4 I./Ñ, где L — длина исследуе- !5 мого участка, С вЂ” скорость распространения света в исследуемой среде, с равной длительностью, не превышающей половины периода посылки импульсов, с равными амплитудой и формой,то сиг- 2р налы отражения от первого и второго отражателей поступают на вход фото( приемника сдвинутыми во времени на величину 2 Ь/С, равную нечетному количеству полупериодов посылки импуль- 25 сов (фиг.l).

Таким образом, для сигнала на входе фотоприемника можно записать

А (Iî,(t)+TAàIî (t

2Ь где Х (t) — функция, характеризующая изменение интенсивности

30 импульса от первого отражателя;

A., A — коэффициенты отражения 1 соответственно первого и второго отражателей;

Т вЂ” коэффициент ослабления излучения при двухкрат- 4р ном прохождении сигнала через исследуемый участок оптической среды.

При этом посылаемый сигнал может меняться от импульса к импульсу за 45 счет нестабильности импульса, что неблагоприятно сказывается на точности измерения. Эту погрешность можно учесть путем измерения полной энергии посылаемого сигнала или части ее о

A, $ I(t)dt, о где о — время, не превышающее длительность импульса, 55

Принимаемый сигнал отражения второго отражателя искажен за счет неоднородностей в быстроменяющейся оптической среде и повысить точность его измерения можно путем измерения его

1 полной энергии либо части ее у

11+ 4

2Ь

A (I (t - — )cit. о

1(Зная энергии импульсов, отраженных первым и вторым отражателями, по их отношению можно определить прозрачность Т оптической среды

Ц б4

А ) I (t- „, )dt 7Г

Т

А, J I (t)dt о

Изменяя время интегрирования, от 0 до времени, равного длительности импульса излучения, и беря отношения проинтегрированных сигналову можно определить прозрачность оптической среды.

На фиг.! показаны оптические сигналы, поступающие на вход фотоприемника; на фиг.2 — функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ °

Устройство (фиг.2) содержит источник 1 излучения (например светодиод АЛ310), к входу которого подключен задающий генератор 2, размещенные на границах исследуемого участ ка среды отражатели 3 и 4, установленный на пути отраженного излучения фотодетектор 5 (например, ФЭУ-84-3), к выходу которого подключен электронный коммутатор 6 (выполненный, например, на микросхеме KP580KHSA). К выходам электронного коммутатора 6 подключены входы интеграторов 7 и 8 (выполненных, например, на микросхемах серии К 540 Д 2), управляемые линией 9 задержки. Выходы интеграторов 7 и 8 соединены с входами блока

10 деления, выход которого соединен с входом регистрирующего устройства

ll, Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 формируется задающим генератором 2 и направляется на установленные на границах исследуемого участка оптической среды отражатели.

Пусть амплитуда посылаемых импульсов меняется по закону

I=sinut для 0 < и

I=0 для Т с.1 t 2 где Я вЂ” частота.

14048

Отраженные отражателями 3 и 4 им-.. пульсы принимаются фотодетектором 5, преобразуются в электрические сигналы, которые, благодаря временному сдвигу между ними, разделяются электронным коммутатором 6 при поступлении на последний управляющего сигнала с выхода генератора 2. Электрические сигналы, соответствующие оп- 10 тическим сигналам отражения первого отражателя, поступают на интегратор опорного канала, а электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам отражения второго отражателя — 15 на интегратор 8 измерительного канала, с выхода которых сигналы поступают в блок 10 деления, в котором вырабатывается сигнал, пропорциональный величине прозрачности. Время интегри- 20 рования задается оператором перед началом измерений через регулируемую линию 9 задержки.

0 величине потерь оптического излучения в исследуемой среде судят но величине отношения проинтегрированных сигналов, изменяя время интегрирования от 0 до времени, равного длительности импульса излучения. Предлагаемый способ позволяет более точно опре-З0 делить прозрачность в быстроменяющейся оптической среде и определить время ее изменения вплоть до времени прохождения излучения через исследуемый объем за счет того, что исключа- З5 ется необходимость дополнительных затрат времени на выделение первой и второй гармоник частоты посылки импульсов, а устройство, реализующее предложенный способ, по сравнению с 40 известными не требует применения блоков выделения гермоник частоты посыл- ки импульсов,полосовых усилителей и детекторов с различными коэффициентами передачи для выравнивания коэффициен- 45

37

4 тов усиления. При реализации предлагаемого способа используются два идентичных интегратора, что гораздо проще при настройке и эксплуатации.

Устройство реализуется аппаратурой с малыми весогабаритными и энергетическими характеристиками.

Предлагаемый способ может быть использован для исследования прозрачности оптической среды при воздействии на нее химических реагентов или, электромагнитных волн с высокими плотностями энергий.

Формула изобретения

Способ определения прозрачности оптической среды путем излучения в исследуемый участок оптической среды светового сигнала в виде последовательности импульсов с периодом следования, равным частному от деления учетверенной длины исследуемого участка на скорость распространения излучения в среде, с равной длительностью, не превышающей половину периода следования импульсов, с равными амплитудой и формой приема сигналов, отраженных от границ исследуемого участка отражателями, и преобразования их в электрические сигналы, по которым судят о прозрачности оптической среды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в быстроменяющейся оптической среде, разделяют электрические сигналы, соответствующие оптическим сигналам отражения от первого и второго отражателей, интегрируют каждый из выделенных сигналов с временем интегрирования, которое изменяют от нуля до длительности импульса излученйя, а о прозрачности оптической среды судят по отношению проинтегрированных сигналов.

1404837

Составитель В.Калечиц

Техред Л.Сердюкова Корректор А Обручар

Редактор Г.Волкова

Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3090/42

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4