Способ локационного измерения показателя ослабления рассеивающих сред

(19) (11) РЕСПУБЛИН 111 ( 01 Н 21/ ВИДЕТЕП ОРСКО из 1981, ойизически тандартов,так(54) СПОСОБ ЛПОКАЗАТЕЛЯ ОСЛСРЕД(57) Изобрете КАЦИОННОГО ИЗМЕР ЕНИЯ РАССЕИВЬИ 1 е относится к о СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРОДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Трохан А,М, Гидрмерения. М.: Изд-во сс, 122-126.Половинко В,В.Оптические некные методы исследования Мировогана. М.: Недра, 1984, с. 132. графическим исследованиям и можетбыть использовано для определенияпрозрачности природных вод, Цельюизобретения является повыщение поме хозащищенности и упрощение аппаратурной реализации способа путем йормирования непрерывного зондирувщего излучения, гармонически промодулированного по интенсивности, измерения разности йаз й( принимаемого и излучаемого потоков и определения показателя ослабления среды Я , В йормулеизобретения приводятся математическиевыражения для выбора частоты модуляции и расчета показателя ослабления,1 ил.Изобретение относится к океанограФическим исследованиям и может, бытьиспользовано, например, для определения прозрачности природных вод.5Целью изобретения является упрощение измерений (аппаратурной реализации способа) и повывение помехозащищенности,На чертеже приведена Функциональная схема устройства для реализацииспособа,Устройство содержит источник 1 непрерывного монохроматического излучения, модулятор 2, объектив 3, полупрозрачную пластину 4, диаФрагму 5,установленную в Фокальной плоскостиобъектива б, границу 7 раздела воздух - среда, исследуемую среду 8,объектив 9, приемник 10 излучения, 20устройство 11 измерения разности Фаз,вычислительное устройство 12,. При исследовании среды в оптическом тракте достигается ослаблениепо мощности принимаемого потока излучения по закону.Г Е)Бпа (п 1 + 7.)где 7. - координата по оси Х (ось Енаправленаперпендикулярно границераздела сред);- расстояние, проходимое излучением в воздухе;и - показатель преломления среды;Я - площадь входного зрачка приемопередающей системы (объектива 6);Я - телесный угол поля приемопередающей системы;Яп /д=М - масштабный коэФФициент,при условии, что глубина слоя зФФективного проникновения зондирующегоизлучения такова, что входной зрачокприемной системы виден с максимальной глубины этого слоя под телеснымуглом не меньше Я/и . Выполнение 45последнего достигается соответствую-.щим выбором световых диаметров полевой диаФрагмн 5 и объектива б с учетом ориентировочного ослабления излучения в среде, чтобы поток излучения,приходящий с глубин, больших указанной, был пренебрежимо мал. При этомпоток принимаемого однократно рассеянного излучения равенр) ,к,(т)бса( 21 ) 558 пъОоесинх Р1где с - время;- коэФФициент пропускания границы раздела среда - воздух;Киндикатриса рассеяния зондирующего излучения при5 - показатель рассеяния;Р- поток излучения, Формируемый передающей системой;- переменная интегрирования;Я. - показатель ослабления;с - скорость света.Анализ показывает что при гармонической амплитудной модуляции Р1)о поток Г (С) также гармонически изменяется во времени, и разность Фаэ принимаемого и излучаемого пучков равна2. Оп м = й -- агсС 8 -с фс,где й = ; 1; - ориентировочное изначение показателя ослабления,Расчет величин й (сигнап о ксторой передается в модулятор 2) и Е производится в вычислительном устройстве 12, Если ориентировочное значение Янеизвестно. с целью максимального приближения к оптимальной круговой частоте й = Ес/и возможна следующая методика измерений с использованием плавной перестройки й . Первый отсчет производится при некоторой произвольной начальной частоте й = 52 при которой определяется соответствующий показатель ослабления 1, которнй, в свою очередь, используется для определения частоты О.= с;, с/п, на которую перестраивается приемопередающая система, и измеряется Еи т.д. (й; = Е, с/и), При этом вычислительное устройство 12 и модулятор 2 должны быть соединены в замкнутую следящую систему, в которой вырабатывается управляющий сигнал, обуславливающий соответствующую подстройку частоты я., Каждое последующее измерение более точно по сравнена с предыдущим. Критерием оптимальности найденной таким образом величины Л., является минимальный разброс измеряемых величин Е;.Если неизвестно расстояние 1 то его можно измерить-обычным локационным дальномером.сЗеркально отраженное границей раздела среда - воздух зондирующее излучение необходимо в процессе приемай(ЬСр) сп а с 1 Е (Ес) + (пй) 35 с сЯ. =п 2 Ь 0с 8(ац + -"-)с 3143083подавлять либо введением циркулярного поляризатора в приемопередающуюсистему, либо небольшим наклоном системы по отношению к нормали поверх 5ности раздела, при котором зеркальноотраженное излучение не попадает вполе приема.При измерениях по известному способу зондированием короткими импульсами 10амплитуда принимаемого сигнала зависит от ряда параметров (С,х(Т),Ю),которые могут быть неизвестны, либоиввестны, но с ограниченной степеньюточности, а могут и случайным образом 15изменяться во времени, Это снижаетточность измерений и помехозащищенность,При измерениях по предлагаемомуспособу разность фаз р ле зависит от 20перечисленных параметров, что повышает помехозащищенность и точность измерений,Для выявления чувствительности метода продифференцируем (1) по Е Это выражение максимально при Я сс- что соответствует оптимальной 30пфчастоте модуляции, при которой относительная точность составляет где дифференциалы заменены конечными приращениями, следовательно, при 3(ьф = 0,1, что вполне достижимо, точность измерения показателя ослабления составляет десятые доли процента (относительная погрешность).При локационных исследованиях природных вод при и = 1,333 и Е0,28 мчастота амплитудной модуляции должна составлять 10 мГц.Кроме того, в способе может быть использован сравнительно простой источник непрерывного излучения, например газовый лазер, и нет необхоо4димости 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 законуМЕ(Е)(п 1. + Е) где М - масш=абный коэффициент;и - показатель преломления среды;расстояние, проходимое излучением в воздухе;Х - расстояние, 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 с, - ориентировочное заданное значение показателя ослабления средыс - 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 формуле1430839 Составитель В.КалТехред М.Дидык орректор С.Шекма актор И.Рыбченко аказ 533 б/45Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектна Тираж 847 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Раув