Способ определения показателя поглощения жидких сред

(56) Пелевин В.ля истинного иИзв. АН СССР,545 вание: изобретение вано для определени ения жидких сред, и океанских вод, Су ещают над границей ость, на высоте Ь, зате ктр плот-носги" врем свещенности на глуб частоту й)0 характе пектре." Показател пределяют по фо О И.Степановаениях показатесвета в море. - т., М 5, с. 539 -л. М 4эики им, Об измен глощенияФАО, 1965,ределение велия света морской ОВОГО ПОЛЯ ИЗООптика океана и с. 148 - 157, ИЯ ПОКАЗАТЕ-. Х СРЕД 1 где каэаФ М ие Зтель своб реломления жидкости, д - уск ного падения. 3 ил,нных облученностей "сверху" и "снизу" с агом, достаточным для последу 1 ощего нгя к области физи 1 ть использовано теля поглощения морских и океанхождения показателя вертикального ослабления (т.е. для вычисления производной по глубине от полупространственной освещенности "сверху";б) погрешностью измерений полупространственной освещенности "сверху" и "снизу" (-20% по оценке).Наиболее близким по технической сущности является способ определения показателя поглощения морских и океанских вод,основанный на измерениях характеристик светового поля (тела яркости) в толще воды, создаваемого изотропйым йсточником, размещенным на некоторой глубине, после чего по известным формулам рассчитывают показатель поглощения.Недостатком способа является его сложность и низкая точность погрешность до 38% в морских водах), связанные с но ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Пелевин В.Н, и др, Оп чины показателя поглощени водой по параметрам свет тропного источника, в сб. атмосферы, Л.; Наука, 1972 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН Я ПОГЛОЩЕНИЯ ЖИДКИ Изобретение относит ческой оптики и может бдля определения показа жидких сред, например,ских вод.Известен способ определения показателя поглощения морских и океанских вод, основанный на измерениях стратификации (изменения с глубиной) характеристик светового поля (отношения полупространственных облученностей "сверху" и "снизу" и показателя вертикального ослабления для освещенности "сверху"), обусловленного проникновением солнечного света в толщу воды, и вычислением по известной фОрмуле показателя поглощения.Недостатком способа является егость и низкая точность, связанные са) необходимостью измерения стратификации двух величин - полупространст(57) Испольэо быть испольэо зателя поглощ мер, морских источник раэм ла воздух-жидк стрируют спе флуктуаций о определяют провала в с глощения о может я пока- напри- щн ость; раздем региенных" ине 1., рного ь по- рмулек - " - с 4+ 1 2 щ - 1 Ок в п 1 + в ;в,+12 сГ 55 а) необходимостью громоздких измерений тела яркости на различных расстояниях от источника;б) погрешностями измерений яркости до 18%);в) получением значения показателя поглощения, осредненного по слою порядка сотен метров,Целью изобретения является увеличение точности и упрощение способа измерения показателя поглощения.Для этого в способе определения показателя поглощения жидких сред, осйованном на измерении светового поля, создаваемого в толще жидкости изотропным источником, источник размещают над границей раздела воздух- жидкость, измеряют спектр плотности временных флуктуаций освещенности, обусловленный волнением границы раздела, определяют частоту характерного провала на кривой спектральной плотности флуктуацией, обусловленного корреляцией уклонов и возвышений волн, и вычисляют показатель поглощения по фор- муле где щ - показатель преломления жидкости;и - высота расположения источника над границей раздела;- глубина, на которой проводятся измерения;9 - ускорение свободного падения;йь - значение частоты провала нэ кривой спектральной плотности флуктуаций.Сущность изобретения поясняется фиг,1.На фиг.1 приведены энергетические спектры возвышенной взволнованной границы раздела (кривая 1) и флуктуаций освещенности на глубине= 10 м от точечного. изотропйого источника, расположенного на высоте и = 10 м над водой. Спектр возвышений соответствует типичному состоянию поверхности моря - ветровые волны и зыбь скорость ветра 5 м/с, высота волн зыби 0,2 . м, их период 8 с). Спектр флуктуаций освещенности в типичной океанской воде (показатель поглощения к= 0,04 м, показатель рассеяния д= 0,06 м ) представлен кривой 2, а в морской водек=0,08 м, 0= 0,32 м )- кривой 3,На кривых спектральйой плотности флуктуаций в области часто 1 в=1 ссов круговая. частота) наблюдается характерный провал, глубина которого более двухпорядков при ширине -0,02 с 1,Примеры.На фиг,2 и 3 приведены участки кривых5 плотности энергетических спектров флуктуаций для океанский вод (фиг.2, и = 10 м,кривая 4 -=5 м, кривая 5 -=10 м, кривая6 - 1. = 30 м), и для морских вод (фиг,З, и = 5м, кривая 7 -= 3 м, кривая 8 -= 5 м,10 кривая 9 -= 10 м), Они описывают экспериментальную ситуацию, когда для указанной геометрии 01 и Е) производится записьнизкочастотных флуктуаций освещенности(частота среза предварительного фильтра15 низких частот на входе аналого-цифровогопреобразователя (АЦП) асср = 0,25 Гц) от мощной лампы накаливания. Измерения проводятся в темное время суток. В этомслучае отношение сигнал/шум, а значит, и20 глубина провала, определяется разрядностью АЦП - 8 бйт.Для обеспечения погрешности в определении к меньше 5% необходимое разрешение спектра флуктуаций освещенности25 М =Ьо/2 л=0,004 Гц, Отсюда легко оценить требуемую для обработки длину записи флуктуаций. При частоте среза асср = 0,25Гц и нормированной стандартной ошибке0,3. (такая величина стандартной ошибки0 вйолне достаточна для фиксирования глубокого провала) длина реализации составляет.порядка 1 ч. Ошибка в определении показателя поглощения будет меньше 10% даже вморских водах.5 Формула изобретенияСпособ определения показателя поглощения жидких сред, заключающийся в том,что через среду пропускают оптическое излучение, создаваемое изотропным источни 0 ком и регистрируют изменение егохарактеристик, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, пропускают излучение,от источника, размещенного.на высоте й над поверхностью среды, реги-.5 Стрируют на глубийеспектр плотностивременных флуктуаций освещенности, определяют частоту йь 0, характерного провалав спектре, обусловленного корреляцией уклонов и возвышений волн на поверхности0 среды и судят б показателе поглощения к иэсоотношения где а - показатель преломления среды; 9 - ускорение свободного падения.1791760 г а.кто р рректор О. Густи оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 аказ 149 ВНИИПИ Составитель Н,НазароваТехред М.Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5