Способ определения объемной концентрации водных капель в смешанных облаках и туманах

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к оптическим способам контроля параметров дисперсной среды, и может найти применение в метеорологии для определения объемной концентрации воды при прогнозировании погоды. Целью изобретения является повышение точности за счет устранения влияния ледяной фракции. Сущность изобретения состоит в том, что исследуемую среду зондируют линейно поляризованным световым пучком, плоскость поляризаций которого наклонена под углом 45° к плоскости, содержащий ось зондирования и ось визирования. Рассеянное частицами излучение поляризуют под таким же углом, измеряют зависимость интенсивности рассеянного поляризованного излучения от угла визирования, находят угловое положение максимума и находят объемную концентрацию из математического соотношения. Повышение точности достигается за счет использования глорийных эффектов, которые наиболее явно проявляются при облучении среды линейно поляризованным излучением с указанной ориентацией плоскости поляризации. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„.,SU, 15891 (51) 5 С 01 N 5/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (2I) 4439667/31-25 (22) 13.06.88 (46) 30,08,90, Бюл. Р 32 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко (72) И.H,Радюк, А,П.Шавель>

A.Ñ,Êà÷àí и И.В,Подлобников (53) 66.063.62 (088.8) (56) Горчаков Г.И. и др. Определение микроструктуры естественных туманов по ореольным индикатриссам. I-e Всесоюзное совещание по атмосферной оптике. Тезисы докладов, Томск, 1976, т ° 2, с. 85.

Авторское свидетельство СССР

915601, кл. G 01 11 15/02, 1980; (54) СПОСОБ ОПРЕЯ .ЛЕНИЯ ОБЬГ%101!

КОНЦЕНТРАЦИИ ВОДНЫХ КАПГЛЬ Е СИЕШАНHblX ОБЛАКАХ И ТУИАНАХ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим способам контроля параметров дисперсной среды, и может найти применение в метеорологии для

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим способам контроля параметров дисперсной среды, и может найти применение в метеорологии для определения объемной концентрации воды при прогнозировании погоды.

Цель изобретения — новьпиение точности за счет устранения влияния ледяной фракции.

2 определения объемной концентрации воды при прогнозировании погоды

Целью изобретения является повышение точности за счет устранения влияния ледяной фракции. Сущность изобретения состоит в том, что исследуемую среду зондируют линейно поляризованным световым пучком, плоскость поляризации которого наклонена под о углом 45 к плоскости, содержащей ось зондирования и ось визирования, Рассеянное частицами излучение поляризуют под таким же углом> измеряют зависимость интенсивности рассеянного поляризованного излучения от угла визирования, находят углбвое положение максимума и находят объемную концентрацию иэ математического соотношения, Повьпнение точности достига-, ется за счет использования глорийных эффектов, которые наиболее явно проявляются при облучении среды линейно поляризованным излучением с укаэанной ориентацией плоскости поляризации, 1 з и ° ф лы, 2 ил.

На фиг.l изображена геометрическая,схема эксперимента по осуществлению предлагаемого способа; на фиг.2 расчетные зависимости интенсивности

Т(р) рассеянного светового излучения от угла р рассеяния при облучении среды линейно поляризованным световым пучком и поляризации рассеянного из.о лученпя под углом 45 к плоскости рассеяния (кривые 1, 2, 3 и 4 относ

1589143

-сятся к средам, размеры ка11ель которых равны соответственно 2, 3, 5 и l0 мкм) .

Сущность способа определения объемной концентрации водных капель

В смешанн61х облаках и туманах заклкчается в следующем. Одним из главных отличий водных капель от ледяных частйц является более высокая степень симметрии капель, благодаря которой

Ъ 1ри рассеянии оптического излучения ра капельных аэрозолях проявляются

1 ярко выраженные резонансы. Такого рода резонансным эффектом, наблюдае 1 1ым в угловом диапазоне от 170 до

)80О, является глория — аналог p,1—

Дуги. В угловых зависимостях рассеянВых потоков монохроматического света глория проявляется в резких изменениях интенсивности рассеянного излучения с изменением угла наблюдения.

Для ледяных кристаллов, имеющих боЛее низкую степень симметрии и хаоТическую ориентацию в пространстве, 25 резонансный эффект не наблюдается.

Потоки света, рассеянного ледяной

:фракцией в области углов рассеяния фт 1 70 до 180, очень слабо зависят

11 о

От углов, т,е. резкая угловая завиСимость рассеянных световых потоков, измеренная в облачной среде, может быть связана лишь с наличием водной фракции и, следовательно, глубина угловой модуляции рассеянного светn-

Вого потока может быть исцрльзован11

35 для определения концентрации водных капель, содержащихся в смешанной Облачной среде.

Как показывают расчетн61е кривые

40 (фиг.2), наиболее яркое проявление глорийных эффектов наблюдается, когца

Среда обпучается линейно поляризованным световым излучением> плоскость

Поляризации которого равнонаклонена 5 к осям Х и У, а рассеянный свет поляризован так, что плоскость поляризации равнонаклонена к осям Х и У (фиг.l).

Способ осуществляют следующим образом. а0

Исследуемую среду освещают направленным линейно поляризованным све 1, 0ВЫМ ПУЧКОМ, ДЛЯ ОПРСДЕ;IeНHAСТИ 11О ложения плоскости поляризации выберем, следующие системыкоординат OXYZ — до

55 акта рассеяния и ОХ Y Z — после акта рассеяния. Единичные вектора по осям

Х, У, Z и Х, У1, Z образуют правые троики векторов. Направление оси

2 совпадает с направлением распространения падающего луча, Оси Z — рассеянного. Зондирующий пучок поляризуют таким образом, чтобы его плоскость поляризации была равнонаклонена к осям Х и У, а рассеянный свет поляризуют так, чтобы его плоскость поляризации била равнонаклонена к осям Х и У (на фиг.l плоскости поляризации заштрихованы). Измеряют глорийную угловую зависимость 1(р) поляризованного рассеянного излучения, находят угловое положение

/ макс ближайшего к углу p= 180 максимума отношения ? (р) /Ъ (), где 7 (p) — величина визируемого счетного объема, Эта величина является аппаратной функцией, которая известна для каждого конкретного прибора, и определяют объемную концентрацию С, водяных капель по формуле

I (Рмакс) — Т (Po) с, 5 (1" о / макс) где 6, — угол рассеяния из диапазона

P «, p,. 8O,; ((p,, p .„,1— известная величина разности интенсивностей рассеянного излучения при и p =p полученная экспериментальным или1рас че тным путем для единичной объемной концентрации водных частиц. Иаксимальная величина полезного сиг1111л11 может быть получена при выборе p = 180

Исключение влияния ледяной фракции на результаты измерений позволяет повысить точность прогнозироваНИЯ ПОГОД61, Ф о р м у л а и з о б р е т ения

1. Способ определения объемной концентрации водных капель в смешанных облаках и туманах, включающий освещение исследуемой среды пучком направленного монохроматического излучения, измерение интенсивности рассеянного частицами света, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повишепия точности за счет устранения влияния ледяной фракции, исследуемую среду освещают линейно поляризованным излучением, плоскость поляризации которого наклонена под

С углом 451 к плоскости, содержащей ось освещающего светового пучка и оптическую ось визирования, рассеян-

»Ое частицами световое излучение

1589143

1, 6 r7O 17

174 . 176

Фиг.2

Мд,6, гРИ. линейно поляриэуют под таким же углом к данной плоскости, измеряют угловую зависимость интенсивности

I(p) поляризованного рассеянного светового излучения от угла к визирования, лежащеro:в этой плоскости, находят угловое положение. р ближайшего к углу = 180О максимума отношения I (p)/Ч(р), гдето(р) -eesmчина визируемого счетного объема, и определяют объемную концентрацию

С водяных капель иэ соотношения е

? (Рмакс) — I (P ) с = — ——

Ц30) р,. где р — угол рассеяния. из диапазо5 макс Ро 180", à Р Ро jb < ) известная величина разности интенсивностей рассеянного излучения: при макс и p = p» рассчитанная или измеренная для единичной объемной

10 концентрации водных капель.

2 ° Способ по п.1, о т л и ч а ю— щ и и с. я тем, что угол А выбио >-о рают равным 180