Способ определения показателя рассеяния и устройство для его осуществления

)5 0 01 й 21/59 ОБРЕ ЕНИ ОПИСАНК ПАТЕНТУ олин, И,М.Левин, Фейгельс нков В.И. О нефеределения общего та морской водой.974, с. 1280-1289. ред. А.С.Монина, а, М., Наука, 1983,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Копелевич О,В., Бурелометрическом методе оппоказателя рассеяния свеИзв. АН СССР, ФАО, т,7, 1"Оптика океана", ПодФизйческая оптика океанс. 1280-1289,:.Изобретение относится к измерениям оптических характеристик жидкой среды "и зм", т,е, припогружении измерительного устройства непосредственно в исследуемую среду и позволяет определить показатель рассеяния в любой точке жидкой среды на любой глубине, например,в природных водоемах.Изобретение может найти применение в качестве контрольно-измерительной аппаратуры в водопроводных сетях, а также в пищевой, фармацевтической и др, отраслях . промышленности.В основе известных способов определения показателя рассеяния (о) жидкой среды "и з 1 ц" лежит измерение показателярассеяния в данном направлении (о(у) путем фотометрировании излучения, рассеянного некоторым заданным объемом водной среды под углом(у) к направлению распространения излучения,Наиболее простыми являются способы и устройства, с помощью которых проводят измерения о(у) для какого-либо одного уг(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ РАССЕЯНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ, ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Использование: измерение оптических характеристик водной среды, Показатель рассеяния можно определить в любой точке водной среды на любой глубине. Сущность изобретения: по отношению полной облученности жидкой среды и облученности от прямого нерассеянного света определяют показатель рассеяния в жидкой среде,2 с.п, ф-лы,.3 ил,ла, чаще всего фиксируютуголу= бо, и затемрассчитывают показатель рассеяния (а), используя соответствующую статистическуюкорреляционную зависимость. Точность определения общего показателя рассеяния (о) таким способом недостаточна, поскольку корреляционныесоотношения имеютбольшую погрешность, ООВ качестве прототипа принят более точ- фь,ный способ, по которому измеряют о(у 1 в С) широком диапазоне углов (у), от 0,2-3 до о 170 и затем рассчитывают показатель рас- р сеяния (а) по замеренным величинам о(у), используя численные методы интегрирования. Однако и этот способ недостаточно точен, т,к. при перемещении измерительного 6 д элемента в процессе измерения о(у) всегда остается неизмеренным рассеяние света в некоторых малых углах у от нуля до 0,2-3 О, где находится максимум индикатрисырассеяния. Кроме того, динамический диапазон измеряемых величин о(у) обычно составляет 10 з, что значительно усложняет способопределения показателя рассеяния и уст- фиг. 2 - схема устройства с совмещением ройство для его реализации оптическихосей измерительных каналов; наУстройство, являющееся прототипом фиг,.3 показана кольцевая площадь входнозаявляемого, состоит из источника света, го зрачка объектива, не закрытая фотодетекоптической системы, включающей длинно тором первого измерительного канала в фокусные объективы и диафрагмы с малыми устройстве по фиг.2.линейными размерами, и приемника иэлу- . Нафиг,1 помещенноевжидкуюсреду 1 чения,выполненного с возможностью пере- устройство имеет защитные стекла 2 и 3, мещения вместе с точечной диафрагмой в изотропный источник света 4 непосредстшироком диапазоне углов , 10 венно перед защитным стеклом 2, фотодеТакое устройство, являясь сложным и тектор 5 первого"измерительного канала громоздким,малопригодйодляпроведения непосредственно за защитным стеклом 3 измерений "и э 1 в", и обычно используется вблизи оптической оси 0-0 излучения света в лаборатории и, кроме того, не обладает . источником 4, объектив 6, снабженный дибольшой точностью, т,к. перемеЩение гро афрагмой 7 с переменным диаметром, диафмоздких элементов устройства вносит при рагму 8 с малым диаметром на расстоянии определении индикатрисы рассеяния до- (задний отрезок изображения объектива 6), полнительную погрешность. :определяющем плоскость резкого изобраЦель изобретейия - увеличейие точно- жения источника света 4 объективом 6 исти определения показателя рассеяния 20 фотодетектор 9 непосредственно за диафжидкой среды при одновременном конст- . рагмой 8 второго измерительного канала.руктивном и эксплуатационном его упроще- Все элементы устройства крепятся в корпу- .се 10, Два измерительных канала имеют выПоставлвйная цель достигается тем,что ходы на соответствующий усилитель 11 илйв способеойределения показателя рассея 12, с которыхизмеренные величины подния, включающем направленйе излучения, аются в вычислительный блок 13 и полученизотропного источника в жидкую среду, из- ный результат демонстрируется элементом мерение характеристик рассеяйного свето. На фиг, 2 приведена схема устройства вото"поля и последующий расчет показателя для реализации способа, когда фотодетекрассеяния, измеряют полную облученность 30 тор 5 первого измерительного канала нажидкой среды, создаваемую прямым и рас- ходится за защитным стеклом 3 на одной; сеянным светом, облученность прямым не- оптйческой оси О-О перед объективом 6, корассеянным светом, а показатель торый вместе с диафрагмой 8 и фотодетек" рассеяния жидкой среды Расчитывают по тором 9 образуют второй измерительныйследующей формуле .35 канал устройства 7. При этом, как показано1 Е 2 . на фиг. 3, фотодетектор 5 перекрывает ценр .п ( ) тральную часть дифрагмированного обьекгде В - заданное расстояние вжидкой среде тива 6, так что изображениеисточника света от источника света до точкиизмерений; во втором канале в диаграмме 8 образуетсяЕ 1- величина полной облученности; 40 периферийной частью обьектива 6, Способ Е 2- величина облученности прямым не- . реализуется с помощью устройства, предва рассеянным светом.рительно отрегулированного в эталоннойУстройство для реализации способа оп- среде описанным выше способом, по котоределения показателя. рассеяния, состоя-рому диафрагмированием объектива 6 илищее иэгерметичного корпуса с защитными 45 изменением коэффициейта усиления 12стеклами,внутрикоторогопоследовательно добиваются равенства измеренных в двух Установлены на одной оптической осиканалах устройства, помещенного в эталонистбчникизлучения, защитные стекла, ную среду, величин токов, т.е. одинаковой объектив, диафрагма и фотоприемник, сое- характеристики двух измерительных канадиненые"через усилитель с вычислительным 50 лов. Эталонной является среда, рассеянием блоком, снабжено дополнительным фотоде- в которой можно пренебречь по сравнению тектором и дополнительным усилителем,. в исследуемой жйдкой средой, т,е. для этапричем, фотодетектор установлен на опти- лоннойсредысправедливоусловие:ст=х=О; ческой оси между вторым по ходу излучения Эталонной средой является воздух, кроме защитным стеклом и объективом и соеди того, в качестве эталонной среды может исней с вычислителем через дополнительный пользоваться дистиллированная вода двойусилитель. ной очистки.На фиг.1 приведена схема устройства Тогда токи Щ, измеренные в первом идля определения показателя рассеяния; на втором каналах измерительного устройства, помещенного в эталонную среду, будутсоответственно равны1 С 1252- С 2,ггде- сила источника света;й - размер эаданкого объема воднойсреды, являющийся для устройства. базойизмерений;С 1, С 2- коэффициенты пропорциональности;Для отрегулированного устройства, т.е.когда 1= 2. коэффициент пропорциональности С будет одинаковый, т.е. дваизмерительных канал отрегулироваййогоустройства имеют одинаковую характериСтику: С 1=С 2=С.При установке настроенного уст. 20ройства в исследуемую жидкую средуоблучаемую изотропным точечным широкоизлучательным источником света 4, в первом измерительном канале фотодетектором5 вырабатывается ток 1, пропорциональный 2полной облученности Е 1 водной среды назаданном расстоянии В, т.е.1= С 1 Е 1=С 1 е ",ггде- сила источника света; 30х - показатель поглощения света йссле-дуемой водной среды;с 1 - коэффициент пропорциональйости, определяемый следующими параметрами."35С 1=Т 31 11 Ф 1где Т - пропускание защитного стекла 3;81- площадь рабочей части фотокатодафотодетектора 5;. д- чувствительность фотокатода.фотодетектора 5;в 1 - коэффициент усиления усилителя11,Во втором измерительном канале фотодетектор 9 вырабатывает ток (2), пропорциональный облученности (Е 2) только прямым,НЕраССЕяННЫМ СВЕТОМ, КОтОрий оВЫдбЕЛяоЕ 1 Сявторым измерительным каналом с помощьюточечной диафрагмы 8 и объектива 6, аименно.., 502= С 2 Е 2-С 2 - ех Й, ггде (т- показатель рассеяния света исследуемой среды,С 2 - коэффициент пропорциональности, определяемый следующими параметрами второго измерительного каналаТ Раб Тоб ЯдФД ПбС 2- 3 иэ где Т - пропускание защитного стекла 3;ОРб - площадь входного зрачка (диафрагма 7) объектива 6:ТРв - пропускание объектива 6;Яд - площадь точечной диафрагмы 8; Зиз - площадь изображения источника света объективом 6;у 2 -чувствительность фотокатода фотодетектора 9;в 2 - коэффициент усиления усилителя 12,Для устройства по фиг,2, с установкой фотодетектора 5 перед объективом 6, под площадью входкого зрачка (ОРб)объектива 6 в коэффиенте пропорциональности С 2 понимается кольцевая площадь диафрагмы 7, не закрытая фотодетектором 5, что изображено на фиг.З.Однако, приведенные выше коэффициенты С 1 и С 2, характеризующие первый и второй измерительные каналы устройства, подготовленного к проведению измерений описанной выше настройкой в эталонной среде, будут одинаковыми, т.е, С 1=С 2=-С,Тогда токи, вырабатываемые фотоприемниками первого и второго каналов, пропорциональныесоответствующим облученностям в исследуемой среде на расстоякии Я 1, будут соответственно равны1= С е "г=СВОтношение этих двух токов будет пропорционально показателюрассеяния света исследуемой среды, т,е,2 -бя- =е, или у=- - й - ,1ЯВычислительный блок 13 по отношению измеренных токов - рассчитывает путем21логарифмирования по последней формуле ПОКаЗатЕЛЬ РаССЕЯКИЯ"СВоЕ 1 а ИССЛЕДУЕМОЙ водной среды.Устройство может быть реализовано на известной элементной базе,По измеренному показателю рассеяния можно судить о концентрации частиц взвеси в исследуемой жидкой среде, поглощающей и рассеивающей свет. Известно, что показатель рассеяния света пропорционален концентрации взвешенных частиц в водной среде(13. Коэффициент пропорциональности определяется путем измерения показателя рассеяния различных образцов жидкой среды, с одной стороны, и с др. стороны - путем измерения концентрации частиц для этих же образцов с помощью, например, выпаривания. По градуировочной кривой, отражающей зависимость показателя рассеяния от концентрации частиц, определяют значение коэффициента пропорциональности в измеренном диапазоне изменения этой концентрации. В результате этого необхдимая характеристика жидкой среды; например, концентрация частиц взвеси в водопроводной воде, может уже без предварительного выпаривания или др. обработки непосредственно выводиться на экран регистрирующего элемента в соответ.ствии с определенным показателем рассеяния среды;Формула изобретения 1. Способ определения показателя рассеяния, включающий направление излучения изотропного источника в жидкую среду, измеренйе характеристик рассеянного светового поля и последующий расчет показателя рассеяния,отл ича ющийся тем, что, с целью увеличения точности при одновременно упрощении, измеряют полную облученность жидкой среды, создаваемую прямым и рассеянным светом, облучен- ность прямым нерассеянным светом, а пОд казатель рассеяния ожидкой среды рассчитывают по Формулео=- 1/В и (Е 2/Е 1).где В - заданное расстояние в жидкой среде 5 от источника света до точки измерений;Е 1 - величина полной облученности;Е 2- величина облученности прямым нерассеянным светом,10 2, Устройство дв спределения показателя рассеяния, состоящее из гермеричного корпуса с защитными стеклами, в котором последователЬно установлены на одной оптической осй источник излучения, защитные 15 стекла, объектива, диафрагма и фотоприемник, соединенный через усилитель с вычислительным блоком, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что; с целью увеличения точности прй одновременном упрощении в устройство введе ны дополнительный фотодетектор идополнительный усилитель, причем фотодетектор установлен на оптической оси между вторым по ходу изучения защитным стеклом и обьективоми соединен с вычислителем 25 через дополнительный усилитель,1784092 Т;Шагова еда 9 . Тираж ПодписноеПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 каз, ул. Гагарина, 10 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж Составитель Техред М.Мор адомысльскаянтал Корректор С;Пекарь