Способ измерения показателя рассеяния

(19) (1 1 И 2147 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛЬСТ СВИ АВТОРСК йгельс,Кельба". А.С. Ма.-М. гпе 1 ааегАрр 1 дей дами. сть и путем ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к исслеваниям оптических характеристик вной среды дистанционными метоОно позволяет увеличить точномерения показателя рассеяния учета формы реальной индикатрисырасс еяния на длине волны излученияпри одновременном упрощении способа.Для этого при измерении показателя,рассеяния излучают в среду короткийузконаправленный световой импульс,принимают и измеряют рассеянныйсредой в обратном направлении световой сигнал, на заданном удалении отграницы раздела измеряют величинутрех или более значений сигнала навыходе приемника излучения, пропорционального мощности рассеянного средой в обратном направлении световогосигнала, При трех или более фиксированных и отличных друг от друга значениях угла зрения приемной оптической системы и по значениям угловзрения и отношениям соответствующихамплитуд сигналов вычисляют величинупоказателя рассеяния. 2 ил.( Н+ А - коэффициент, зависящий только от параметров излучателяи приемника,показатель поглощения среды;показатель рассеяния назад 1а - параметр аппроксимации индикатрисы рассеяния хф)функцией вида еф, учитывающий форму реальной индикатрисы- коэффициент преломления,6,Ь)- рассчитанная и табулированная функция, зависящая на.глубине Ь от 5 среды, парагде Ф( Изобретение относится к исследованиям оптических характеристик водной среды дистанционными методами и может быть использовано для определения показателя рассеяния воды в лабораторных условиях, с судов и сразличных летательных аппаратов.Цель изобретения - увеличение точности измерения показателя рассеяния путем учета формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновременном упрощении способа за счет исключения измерений эффективных показателей ослабления.На фиг. 1 показано взаимное расположение источника и приемника излучений с различными углами зрения; на фиг. 2 - номограмма определения величины показателя рассеяния при изменениях угла зрения приемной оптической системы, приведенного к поверхности соответственно в 2 и 10 раз,Сущность способа измерения показателя рассеяния заключается в следующем.На борту судна или летательного аппарата на высоте Н от границы раздела (фиг. 1) располагают источник 1 импульсного излучения и пространственно совмещенный с ним приемник рассеянного излучения с регулируемым углом зрения. Мощность сигнала обратного рассеяния Р с интересующей глубины Ь, приходящего в приемник через промежуток времени й = 2 Ьс, после прихода сигнала, отраженного от поверхности(с, - скорость света в воде), определяется по формулеметра а и угла зрения приемника, приведенного к поверхности,6 - угол, показанный на фиг.и связанный с углом зрения приемника 2 Ч соотношением 6 = агс 18( - + - ) Н 1 10 1. иЕсли источник и приемник находятся в одной среде (погружаемый прибор), то Н = О и 0 л ( . Далее измеряют мощности сигналов обратногорассеяния Р Р и Рэ, соответствующих одной и той же глубине приразличных фиксированных, углах зренияр иц (666 ) иберут их отношения20 Р Ф(а 9, Я Ь) Р Ф(а 60 Ь) Р, ф(а 6 БЬ)Ц 25 ар Поскольку типичн 2 ра значения Решая полученную систему иэ двухуравнений с двумя неизвестными (а иЯ ) вычисляют значение 6 . При необходимостии может быть также вычислено значение а, характеризующее фор"му реальной индикатрисы. Увеличениемчисла отсчетов углов зрения и соответственно числа отношений можно уве личить точность определения значенияО. Решение системы уравнения в зависимости от конкретных техническихсредств, реализующих способ, можнопроводить графически по номограммам, 40 полученным из таблиц функции Ф(а 6,б Ь), или на ЗВМ, решая численнымиметодами. систему из двух уравнений.Рассматривают на практическом примере нахождение показателя рассеяния45 б с помощью номограммы, приведенной на фиг. 2. В верхней части номограммы изображена зависимость вели 1чины у, = Ф(а 6)/Ф( ) (т.е, зави-,а 9симость отношения функции Ф при аргументе а 6 к функции ф при уменьшенииаргументаа д в 10 раз) от а 9 приразличных значениях величины 6 Ь. Внижней части номограммы аналогичныезависимости для величины у = Ф(а 9 )/аО15 189Н+Ь + 1/. 25 з14532величины а лежат в интервале а = 6-8,то диапазон изменения величины а 8,изображенный на фиг. 2, соответствует значениям 0 в интервале 6 =1145 (0,20,8 рад). Это соответствует,ф 5например, для Н = 200 м и Ь10 м,интервалу значений угла зрения приемной оптической системы ( = 0,572,3 (10-40 мрад),Пусть начальный угол зрения приемной оптической системы Ч 1, . Тогдапри известной высоте Н и выбраннойНглубине Ь 9,. агсе 8 , (- + - ). Для1этого значения 0, (,) находят величину электрического сигнала с приемника на удалении Ь от границы раздела,пропорциональную Р. Далее уменьшаютзначение 6 последовательно в 2 и10 раз путем соответствующего изменения значения угла и замеряют соответствующие значения электрического сигнала, пропорциональные Р и Р 1. По измеренным величинам, пропорциональным Р Ри Р, находят у = Р /Р = В и у = ЭО = Р,/Р 1 = А. Проводят на номограмме две прямые, параллельные оси аду= А и у = В. Из точек пересечения этих прямых с кривыми номограммы, соответствующих набору значений 6 Ь, опускают перпендикуляры на ось а 9, Та из точек пересечения этих перпендикулярных на оси аО, которая соответствует одинаковым значениям б Ь в верхней нижней частях иномограм мы, и определит искомое БЬ и а 8 ,.а так как значение 9 и Ь известны, то 1следовательно, определит и значения б и а , На фиг. 2 показаны практические построения, проведенные для определения б и а вод Черного моря для случая, когда Н = 100 м, Ь10 м, ср = 2 15 (В = 23 ). В этом случае получено у, = А = 22 и у = В = 664 1,8. Из построений, сделанных по изложенной методике, находят, что бЬ = 4,5 и а 8 = 3,0, Следовательно, (7 = 0,45 м , а = 1,75.Использование предлагаемого способа измерения показателя рассеяния по сравнению с известным обеспечивает следующие преимущества: уве личение точности измерения показате" ля рассеяния за счет учета формы реальной индикатрисы рассеяния, увеличение точности измерения показателя рассеяния за счет учета зависимости формы индикатрисы рассеяния от длины волны зондирующего излучения; упрощение способа за счет отказа от операций, связанных с вычислением эффектив ных показателей ослабления. Формула изобретения Способ измерения показателя рассеяния преимущественно водной среды, заключающийся в том, что излучают в среду короткий световой импульс, принимают и измеряют рассеянный средой в обратном направлении световой сигнал, после чего вычисляют величину показателя рассеяния, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности измерения показателя рассеяния путем учета формы реальной индикатрисы рассеяния на длине волны излучения при одновре" менном упрощении способа, дополнительно проводят измерения рассеянного в обратном направлении светового сигнала по крайней мере при двух фиксированных и отличных друг от друга и от первого значениях угла зрения приемной оптической системы и на заданном расстоянии от границы раздела сред. а величину показателя рассеяния вычисляют по значениям углов зрения и отношениям соответствующих сигналов и соответствующих значений табулированной функции, зависящей от параметра аппроксимации индикатора рассеяния.