Способ дистанционного определения показателя поглощения жидких сред

(7 хлокв ле и м р ст к ги че 15 ике и может быть и онного определ ения жидких сред скйх вод. звестен способ д ния показателя и, основанный на та яркости моря в тра при естественпольэовано для дисния показателя понапрймер морских и танкиглооке н истанционного оглощения мо измерениях ко различных уча ном солнечном опре- ской е о ках свеспе щении и нахоцио ной связНедостат оч ость изме ос тановлен щен я по спе а я р к ости ННО ОЕ ВЕДОМСТВО ССС (ГОспАтент сссР)писдние изоь К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ) Бекасова О.Д. и др, Определение оптиких свойств морской воды, содержаниярофилла и взвеси в поверхностном слоеана по спектральным значениям яркостиходящего излучения. - Океанология,9, вып, 2, с. 233 - 238,Браво-Животовский Д,М. и др, Опредее показателя поглощения и рассеянияской воды по некоторым характериам светового пбля искусственных исников света. - Гидрофиэические ирооптические исследования в Атлантиком и Тихом океанах. М.: Наука, 1974, с.-156,бретение относится к физической ждении по известной корреляи показателя поглощения. ком способа является низкая рений; связанная с ошибками ия спектрального хода поглоктральному ходу коэффициени суммарной ошибкой 2(54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПОГЛОЩЕЙИЯ ЖИДКИХ СРЕД57) Использование: изобретение может быть использовано для дистанциойного оп- ределения показателя поглоЩения жидких сред, например морских и океанских вод, Сущность: световой. импульс направляют в исследуемую жидкость, затем регистрируют спектр плотности пространственных флук туаций отраженного с постояйнойглубины 1 . светового импульса, Определяют частоту Р 0 характерного провала в спектре, обуслоаленного корреляцией уклонов и возвышений волн, Показатель поглощения определяют по формуле к =1 фъП 1 - 1 2 7%мления жидкости. де в - показатель прело3 ил,определения коэффициента яркости, складывающейся иэ погрешностей измерения трех значений яркости, Результирующая ошибка в определении показателя поглощения может превышать 0,03 м 1 при типичных значениях показателя поглощения = - 0,04 -Наиболее близким по технической сущности является способ дистанционного определения показателя поглощения при помощи импульсного зондирования, основанного на измерениях временной зависимости мощности короткого светового импульса, отраженного толщей воды, после чего по известной формуле рассчитывают показатель поглощения.Недостатком способа является низкаяточность измерений.Относительная погрешность достигает30-35% в диапазоне значений показателяпоглощения; характерном для морских иокеанских вод.Целью изобретения является увеличение точности измерений показателя поглощения.Для этого, в способе дистанционногоопределения показателя поглощения жид. ких сред, основанном на измерении характеристик обратного рассеяния короткогосветового импульса, направляемого в исследуемую жидкость, измеряют спектр плотности пространственных флуктуацийотраженного с постоянной глубинысветового импульса, возникающих при двукратномпрохождении излучения черезвзволнованную границу раздела, определяют частоту Ъ характерного провала в спектре, обусловленного корреляцией уклонов ивозвышений волн и вычисляют показательпоглощения по формуле:к - р -- 1 уов - 1где в- показатель преломления жидкости.На фиг. 1 приведены пространственныеэнергетические спектры воэвышейий взволнованной границы раздела при:скоростиветра 10 м/с (кривэя 1) и 5 м/с (крйвая 2), атакже флуктуаций сигнала, приходящего сглубины . = 3 м, при таких состояниях поверхноСти (кривые 3 и 4 соответственно).Видно, что на кривых спектральнойплотности флуктуаций сигнала обратногорассеяния в области пространственных частот порядка нескольких десятых м 1 наблюдается глубокий характерный провал,положение которого не зависит от параметров волнения границы раздела,Физическая причина его возникновения - корреляция возвышений и уклоноввзволнованной границы раздела воздуховода,Пространственную энергетическуюспектральную плотность флуктуаций сигнала, отраженного слоем воды вблизи глубины. под взволнованной поверхностью, можнозаписатьАс 2 (у, .) = Р 2Ао 2 (р) 3 о 2 (р)хх 32 и,) , 2 (з Ц) 6 (1)О= -е+- +аРц1+( - 1а32 рцХ 12 р, )5 (1,Ц Х 1 (, Ц 1 Здесь Р - средняя мощность сигнала наприемнике;Ао ( м) - энергетический спектр возвышений взволнованной границы раздела;1 О(и) - спектр функции чувствительности .приемника, приведенный к плоскости поверхности моря;Я( м, ) - спектр поперечного распределения освещенности, создаваемой точеч- "0 ным мононаправленным источникомединичной мощности, расположенным подповерхностью раздела;Хф, 1.) - одноточечная характеристическая функция совместного распределения "5 возвышений и уклонов волн;я - показатель ослабления, е =к+о;о - показатель рассеянияк - показатель поглощения;, а - параметр индикатрисы;в - показатель преломления воды;а= (в - 1)/в.Из (1) видно, что на некоторой частотеЪ, не зависящей от вида спектра волнения,. сомножитель становится равным нулю.Следует заметить, что провал до нуля накривой спектральной плотности флуктуацийполучен в результате линейного по уклонами возвышениям волн приближения при выводе (1), Условия применимости линейного 30 приближения в рассматриваемой областичастот для не оцень больших глубин выполняются достаточно хорошо. В этих же рам. ках для частоты провала Ъ из(1) следует 35 - + +а-фо0 г(2)3 а40Поскольку (ъ Оа) 1, то если известна частота юо для показателя поглощения,из (2) получаем2(1 +д), (3) 45 д = - 1+ - ).о. 2 к 12 аа 2 3На фиг. 2 приведены значения величиныд в различных водах для глубины , - 3 м,Кривая 5 описывает ситуацию, когда показа тель рассеяния о, поглощения к и параметр индикатрисы а изменяются с ев .соответствии с экспериментальными корреляционными соотношениями. При расчетекривой 6 учитывалась связь только показа телей ослабления, поглощения и рассеяния,а параметр индикатрисы полагался постоянным (а = 7).Видно, что с погрешностью не больше5% для вод открытых акваторий морей и1793336 ете н и я го определения идких сред, заегистрируют ха, отраженного значение (ио) обусловленно вышений волн дят о пока соотношения жидкчто,сруютфлукгубиньо,преломления ср к -де в -показате 5 ок анов в формуле (3) можно пренебречь ве ичиной д и записать П 1 1 гоТаким образом с высокой точностью эн чение показателя поглощения определяет я только положением провала на кривой сп ктральной плотности флуктуаций сигнала, значением показателя преломления и гл биной, с которой принимается сигнал обратного рассеяния. .Примеры. На фиг. 3 приведены участки кривых пл тности флуктуаций сигнала обратного ра сеяния с глубины Е = 3 м при скорости . ве а над поверхностью воды Ч = 5 м(с. Кр вая 7 соответствует воде с е - 0,1 м, к = 0,0375 м; кривая 8 - е = 0,35 м ; к =-1, =О, 44 м ; кривая 9 - я= 0,4 м ; к= 0,08 м ", Он описывают следующую зкспериментал ную ситуацию.На борту авианосителя на высоте неско ьких километров размещена импульсна система видения. Она состоит иэ ист чника излучения, диаграмма направлен ости которого обеспечивает на поверхнос и воды световое пятно размерами порядка десятков метров, и совмещенного с н м приемника излучения с элементом раз ешения на поверхности воды = 2 м, Схе а синхронизации пропускает сигнал на при мник в течение короткого промежутка вре ени(порядка наносекунд), соответствующ го моменту прихода на приемник сигнал обратного рассеяния с глубины 1 Ска ирующая система обеспечивает просмо р участков поверхности моря, отстояормула изобпособ дистанционн пок зателя поглощейия клю 1 ающийся в том, что рактеристики излучен ойсредой,отл ича ющийсятем, целью повышения точности, регистриспектр плотности пространственных аций отраженного с постоянной глу- Е светового импульса, определяют щих на расстояние = 0,7 м вдоль направления преимущественного распространенияволн. ТочностЬ измерения амплитуды флуктуаций в.расчете полагалась 0,1 оок(т. е.5 10% от сго к - величины, определяющей уро-.вень флуктуаций вблизи частоты, соответствующей максимуму в спектре возвышенийволн, ого - дисперсия возвышений волн),Оценим точность определения показателя поглощения по соотношению (4) приобработке таких записей,Поскольку, разброс значений показателя преломления в различных водах оченьмал (менее 1%), то точность вычисления показателя поглощения ограничивается в основном погрешностью определениячастоты Ж, или разрешающей способностью спектра Лю.Из уравнения (4) следуетЛк 2 Люк РоЭто означает, что для обеспечения погрешности меньше 5% необходимо получить спектр флуктуаций освещенности сразрешением АР=0,01 м при ио = 0,4м, Отсюда легко оценить требуемое дляобработки количество элементов изображения (длину. реализации).Для нормированной стандартной ошибки 0,3 (такая величина стандартной ошибкивполне достаточна для фиксирования глубокого провала) длина реализации составляетоколо 1500 точек, что соответствует длинепогрешности формулы (4) ошибка в определении показателя поглощения будет меньше 10%. частоты провала в спектре, о корреляций уклонов и возна поверхности. среды, и суателе поглощения. киз1793336 д ктор Е.Савина н Заказ 500 Тираж Подписное НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж; Раушская наб., 4/5 101 роизводственно-издательскии комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагар ЕЭА 19 Ю Составитель Н.НазароваТехред М.Моргентал Корректор М,К