Способ локационного измерения показателя ослабления рассеивающих сред

 

Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может быть использовано .для определепия прозрачности природных вод. Целью изобретения является повьшение помехозащи1 ;енности и упрощение аппаратурной реализации способа путем форьшрования непрерывного зондирующего излучения , гармонически промодулированного по интенсивности, измерения разности фаз йц| принимаемого и излучаемого потоков и определения показателя ослабления среды о В формуле изобретения приводятся математические выражения для выбора частоты модулядии и расчета показателя ослабления, 1. ил. (С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5D < G 01 N 21/49

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4212346/31-25 (22} 19.03.87 (46) 15.10.88. Бил, Р 38 (75) А.B.Белинский (53) 535.361 (088.8} (56) Трохан А.М. Гидрофизические измерения, N. Изд-во стандартов, 1981, с. 122-126.

Половинко В,В.Оптические неконтактные методы исследования Мирового океана. M.: Недра, 1984, с. 132. (54) СПОСОБ ЛОКАЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ПОКАЗАТЕЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ РАССЕИВАЮЩИХ

СРЕД (57) Изобретение относится к океано„„SU„„1430839 А I графическим исследованиям H может быть использовано для определения прозрачности природных вод, Целью изобретения является повыщение помехозащищенности и упрощение аппаратурной реализации способа путем формирования непрерывного зондирувщего излучения, гармонически промодулированного по интенсивности, измерения разности фаз а принимаемого и излучаемого потоков и определения показателя ослабления среды Я . В формуле изобретения приводятся математические выражения для выбора частоты модуляции и расчета показателя ослабления, 1 ил.

1430839

Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может .быть использовано, например, для определения прозрачности природных вод.

Целью изобретения является упрощение измерений (аппаратурной реализации способа) и повыиение помехозащищенности.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для реализации способа.

Устройство содержит источник 1 непрерывного монохроматического излучения, модулятор 2, объектив 3, полупрозрачную пластину 4, диафрагму 5, установленную в фокальной плоскости объектива 6, границу 7 раздела воздух — среда, исследуемую среду 8, объектив 9, приемник 10 излучения, 20 устройство 11 измерения разности фаз, вычислительное устройство 12. . При исследовании среды в оптическом тракте достигается ослабление по мощности принимаемого потока из- 25 лучения по закону .f. Е)

Бп а (а1 + z) где 7. - координата по оси Х (ось Е направлена|перпендикулярно границе раздела сред);

L — расстояние, проходимое излу чением в воздухе;

n — - показатель преломления среды;

Я - площадь входного зрачка прие- 35 мопередающей системы (объектива 6);

Я вЂ” телесный угол поля приемопередающей системы;

Sn / д=М, — масштабный коэффициент, при условии, что глубина слоя оффек- 40 тивного проникновения зондирующего излучения такова, что входной зрачок приемной системы виден с максимальной глубины этого слоя под телесным

1 углом не меньше Я/n . Выполнение 45 последнего достигается соответствую-. щим выбором световых диаметров полевой диафрагмы 5 и объектива б с учетом ориентировочного ослабления излучения в среде, чтобы поток излучения, приходящий с глубин, больших указанной, был пренебрежимо мал. При этом поток принимаемого однократно рассеянного излучения равен )() с. К (I )GcQ (, („2L „) 55

8 n J о с о

e,с, l l х Р 1 где t — время; — коэффициент пропускания границы раздела среда — воздух;

X(()--индикатриса рассеяния зондирующего излучения при

5 — показатель рассеяния;

F,(t) — поток излучения, формируемый передающей системой; — переменная интегрирования;

Я вЂ” показатель ослабления; с — скорость света.

Анализ показывает„ что при гармонической амплитудной модуляции F (t) (<) о поток F (t) также гармонически изменяется во времени, и разность фаэ принимаемого и излучаемого пучков равна

2L Gn

h f = Й вЂ” — arCtg— с Ес

E.с, где g = --; 1: — ориентировочное п значение показателя ослабления, Расчет величин Q (сигнап о ксторой передается в модулятор 2) и F производится в вычислительном устройстве:

12, Если ориентировочное значение F. неизвестно. с целью ь:аксимального приближения к оптимальной круговой частоте a = Cc/ri. возможна следующая методика измерений с использованием плавной перестройки 52 . .Первый отсчет производится при некоторой произвольной начальной частоте Q = A., при KOTopGH определяется соответствующий показатель ослабления E „ êîторый, в свою очередь, используется для определения частоты O.>= E, с/и, на которую перестраивается приемопередающая система, и измеряется z и т.д. (Q; = F; с/n) . При этом вычислительное устройство 12 и модулятор

2 должны быть соединены в замкнутую следящую систему, в которой вырабатывается управляющий сигнал, обуславливающий соответствующую подстройку частоты g.. Каждое последующее измерение более точно по сравненио с предыдущим. Критерием оптимальности найденной таким образом величины Л; является минимальный разброс измеряемых величин F,.

Если неизвестно расстояние L то его можно измерить-обычным локационным дальномером. с

Зеркально отраженное границей раздела среда — воздух зондирующее излучение необходимо в процессе приема

143083 подавлять либо введением циркулярного поляризатора в приемопередающую систему, либо небольшим наклоном системы по отношению к нормали поверх5 ности раздела, при котором зеркально отраженное излучение не попадает в поле приема.

При измерениях по известному способу зондированием короткими импульсами 10 амплитуда принимаемого сигнала зависит от ряда параметров (С,х(Т),6), которые могут быть неизвестны, либо иввестны, но с ограниченной степенью точности, а могут и случайным образом1 изменяться во времени. Это снижает точность измерений и помехозащищенность

При измерениях по предлагаемому способу разность фаз aq «e зависит от 20 перечисленных параметров, что повышает помехозащищенность и точность измерений, Для выявления чув ствит ельно сти метода продифференцируем (1) по E

i й(Мр) сп а

d F- (Ес) + (nS2)

Это выражение максимально при g

Ес — что соответствует оптимальной

n частоте модуляции, при которой относительная точность составляет

g

4 димости в применении специальных мощных импульсных лазеров и высокоразрешающих высокоскоростных фоторегистраторов, что существенно упрощает аппаратурную реализацию способа, Формула изобретения

Способ локационного измерения показателя ослабления рассеивающих сред, заключающийся в том, что излучают в направлении среды монохроматический световой поток, ослабляют

его мощность по закону

М

Е(Е) (nL + Z) где М вЂ” масш=абный коэффициент;

n — показатель преломления среды; расстояние, проходимое излучением в воздухе;

Х вЂ” рnсстояние, проходимое излучением в среде, регистрируют рассеянное средой излучение и измеряют его параметр, по которому рассчитывают показатель ослабления среды, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения изме рений и повышения помехоэащищенности, используют непрерывное излучение гармонически промодулированное по интенсивности, причем круговую частоту амплитудной модуляции выбирают равной где дифференциалы заменены конечными приращениями, следов ательно, при

3 (h ф = 0, 1, что в полне до стижимо, точность измерения показателя ослабления составляет десятые доли процента (относительная погрешность).

При локационных исследованиях природных вод при и = 1,333 и Е

0,28 м частота амплитудной модуляции должна составлять 10 мГц.

Кроме того, в способе может быть использован сравнительно простой источник непрерывного излучения, например газовый лазер, и нет необхогде Е, — ориентировочное заданное значение показателя ослабления среды с — скорость света в воздухе, а в качестве параметра излучения измеряют разность фаз регистрируемого И излучаемого потоков Щ, при этом показатель ослабления среды Е рассчитывают по формуле

1430839

Составитель В. Калечиц

Техред M.Äèäûê Корректор С.Шекмар

Редактор И.Рыбченко

Заказ 533б/45

Тираж 847 Подписное

В.Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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