Устройство для исследования оптических неоднородностей морской воды

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ Св ВТИЗЬСТВУ

Сеюз Ееветскнм

Сецнаанстнчесннк

Республнн ю 857798 (е1) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 020879 (21) 2803779/18-25 с присоединением залвки И©(23) Приоритет

Опубликовано 230831. Бюллетень N9 31

Дата опубликования описании 01. 12. 81 () ц g> 3

G 01 N 21/41

Гвсуларствсииый иемитет

СССР

so дсааи изобретений и вткрытий (53) УДК 535. 853 (088.8) P2) Авторьв изобретения

Э.И.,Красовский, Б.В. Наумов и В.М. Сидоренко \ (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

НЕОЩ1ОРОДНОСТЕЙ МОРСКОЙ ВО)Щ

Изобретение относится к оптически .му приборостроению и может быть использовано для анализа неоднород-. " ностей показателя преломления морской воды.

Известны устройства для исследования оптических неоднородностей воды, содержащие осветитель и фотоэлектрический преобразователь излучения (1).

Однако такие устройства не обеспечивают одновременного измерения пульсаций параметров морской воды.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство для исследования оптических неоднородностей морской воды, содер жащее осветитель, световую диафрагму 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 герметнзирован ный корпус с двумя отверстиями для прохождения светового потока,приче в одном иэ отверстий установлена плоскопараллельная пластина, а в другом — объектив. -Внутреннее пространство герметизированного корпуса соединено с доэирующим устройством, с помощью которого устанавливается фиксированное давление воздуха в герметизированном корпусе. Объем, заключенный между обращенными внутрен корпуса поверхностями объектива и корпуса пластины, является воздушной линзой, оптическая сила которой sa1О висит от давления. Изменяя давление относительно атмосферного, в оптическую систему устройства вводят, таким образом, дополнительную линзу степень воздействия которой на выt5 ходной сигнал определяет чувствительность устройства (2).

Однако при использовании иэвест« ного устройства в океанологических исследованиях оно не позволяет ис20 следовать причины возникновения оптических неоднородностей морской воды, которые могут возникнуть вследствие пульсаций как ее температуры, так и солености. Поскольку

2з между неоднородностями показателя преломления, солености и температура|1 имеется однозначная функциональная связь, то измерение пульсаций двух параметров иэ трех достаточно для

30 полного описания явления. Между

857798 тем, применение выносных термодатчиков или измерителей солености не цает возможности получить требуемую информацию, так как измерение этих параметров производится вне исследу" ,емого объема морской воды, а помещение этих датчиков в просмотровый объем оптического прибора недопусти .мо ввиду искажений потока воды, вно симых 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 15 оптических неоднородностей морской воды, содержащем осветитель, защитное стекло, установленное после осветителя по ходу луча исследуемым: объемом морской воды, фотоприеМник 2О 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

,и 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 представлен .один из вариантов принципиальной оп-. тической схемы устройства для иссле:дования оптических неоднородностей ,,морской воды.

Устройство содержит осветитель 1,. излучение которого проходит через циафрагму 2, головной объектив 3 и 4() защитное зеркало 4 в исследуемый объем 5 морской воды. В рассматриваемом варианте устройства исследуются неоднородности показателя преломлеНия, поэтому исследуемый объем

45 ограничен автоколлимационным зеркалом б. Световой пучок, вошедший в исследуемый объем, отклоняется от первоначального направления неоднородностями показателя преломления, ртражается от зеркала б, вновь отклоняется неоднородностями, проходит через защитное стекло 4 и собирается объективом 3 в фокальной плоскости.

Зеркальная диафрагма 2 отражает лучй, отклоненные неоднородностями от 5 первоначального направления, на приемник 7 излучения (неотклоненные лучи проваливаются в отверстие диафрагмы 2).

Система контроля чувствительнос- ) ти состоит из герметичного корпуса

8 и дозирующего устройства 9 ° При сжатии дозирующего устройства давле ние 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 .(KP), 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 фото- умножителей 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

s области спектральной линии стоквовского рассеяния, а светофильтр 15 в области антистоксовского рассеяния.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Корреляционные характеристики измеряемых величин — температуры (Т) и показателя преломления (п) определяются соотношением

n = по + aS + Ьт + cST (1) где и = 1,3327 - показатель преломле ния дистиллированной водыу а = 1,94 х 10 4 (С>/оо) (b = -?,2 х 10 (град )

c = -5,0 х 10 (о/оо град) 1

S = соленость воды (о/оо).

Из соотношения (1) следует, что между величинами и и T имеется тесная корреляционная связь. При этом на основании измерения двух параметров (п и Т) из трех (n T 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 иэ каналов поступают через ,аналого-цифровые преобразователи 18 и 19 на электронно-цифровой вычислитель, который берет отношение напряжений, пропорциональных интенсивностям стоксовой и антистоксовой компонент KP„ и вычисляет температуру

857798 (2) Формула изобретения, ВНИИПИ

Тираж 910

Заказ 7230/70

Подписное морской воды {Т) в соответствии с формулой

I т 99-1 lkkooh ! 1

К Ки сыт где h — - постоянная Планка; к — постоянная Больцмана, ) - частота колебания молекупй кол

U и 0 - напряжения на нагрузках ФЭУ, соответствующие интенсивностям стоксовой и антистоксовой компонент KP.

Отсюда следует., что;изменению температуры иа 1 „ соответствует изменение величины .ф на 5% при у, л =., )5

= 3000 см " (валентные колебания группы ОН молекулы води) .

Величины и и Т измеряются в едином просмотровом объеме, что позволяет проводить измерения описанных кор-, gp реляционных связей, причем измеряется величина Т,.усредненная по тому же объему, в котором измеряются пульсации и, так как принимается излучение от объема в пределах общего зондирующего светового пучка.

Для измерения Т используются дойолнительная диафрагма, объектив и преобразователь параметров излучения в температуру. Канал измерения температуры функционирует во взаимосвя-! зи с работой остальной оптической системы.

Использование изобретения позволяет получить данные о корреляционных характеристиках полей температуры я оптических параметров, вести ана- пиз происхождения неоднородностей показателя преломпения морской воды путем одновременного измерения пульсаций показателя преломпения и температуры в исследуемом объеме.

Устройство для исследования опти,ческих неоднородностей морской воды,, содержащее осветитель, защитное стек о, установленное после осветителя

По ходу луча, фотоприемник и систему контроля чувствительнбЬти, связанную ! фотоприемником, о т л и ч а ю щ е с я тем, что, с целью определения относительного вклада температуры в пульсации показателя преломления азорской воды, за защитным стеклом дополнительно расположены диафрагма, фбъектив, светоделительная пластина, за которой вдоль каждого из двух нафравлений оптической оси помещены светофильтр и приемник излучения, причем один иэ светофильтров выполнен с окном прозрачности в области спектральной линии стоксового рассеяния, а другой - в области антистоксового рассеяния.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Наумов Б.В. Фотоэлектрические приборы для исследования неоднородностей в прозрачных средах. М., иэд-во 11НИИ ИВЭИ, 1978 с, 25

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2597204/18-25, кл. G 01 N 21/46, 1977 {прототип).

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